CN100542010C - 单一转换调谐器 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种单一转换调谐器，其适于接收对于选择性、线性度和镜像干扰抑制具有不同要求的RF信号。这种调谐器尤其可用于数字陆地和有线接收，其中不同的调制方式一方面要求非常高的镜像干扰抑制，另一方面要求高线性度或者通带平坦性。本发明的调谐器的特征在于双调谐可调谐滤波器与镜像干扰抑制混频器的组合。双调谐可调谐滤波器提供良好的通带平坦度，而镜像干扰抑制混频器提供高的固有镜像干扰抑制。镜像干扰抑制混频器与可调谐滤波器的组合的镜像干扰抑制比率非常高，并且满足诸如8VSB的通常使用的调制方式的要求，而通带平坦度符合诸如QAM的调制方式的要求。

Description

单一转换调谐器

技术领域

本发明涉及一种用于接收调制的RF信号的调谐器。具体地说，本发明涉及一种包含用于接收调制的RF信号的调谐器的电视接收器。

背景技术

使用陆地、有线或者卫星传输方式以射频(RF)来传输电视信号。陆地和有线TV(电视)信号典型地以大约57到860MHz的频率、6MHz的频道间距传输。卫星TV信号典型地以大约980到2180MHz的频率传输。

现代电视接收器可以直接从天线或者有线网络接收传输。最近，传输被调制以用于传输表示节目的音频和视频信号的数字信号。当数字信号被传输时，对于从天线直接接收--所谓的非空中(off-air)信号或陆地信号的传输，和经由有线网络接收--所谓的有线接收的传输，使用不同的调制方式。举例来说，非空中信号是使用残留边带调制方式进行调制，通常以其首字母缩写为VSB。先进电视标准委员会ATSC规定，在美国，使用一种特殊的残留边带调制方式：8VSB。8VSB是一种8级的残留边带调制方式。对于有线接收数字电视信号，采用不同的调制方式：QAM。QAM是正交幅度调制的缩写。QAM是幅度调制和相移键控的组合。电视设备必须能够对两种信号源进行操作，即非空中和有线网络。不同的调制方式，比如8VSB和QAM，对于调谐器的输入灵敏度、镜像干扰抑制(image rejection)、线性度和通带平坦度有不同的要求。例如，8VSB需要高输入灵敏度和较大的镜像干扰抑制值。另一方面，用于有线网络接收的QAM首先需要带通滤波器具有好的线性度和高平坦度。

一般来说，镜像干扰抑制和平坦度是RF下转换的两个关键性能参数。如上面讨论的，镜像干扰抑制和线性度取决于具体的应用和相应的显示要求。因为其重要性，下面进一步解释镜像干扰抑制。

图1图解了示出由调谐器执行的下转换和镜像干扰抑制的示例频谱100。更具体地，该谱100图解了分别具有880MHz的RF载波110、888MHz的RF载波114、和844MHz的本地振荡器112的示例RF输入。为了图解目的，将本地振荡器输入设定为844MHz，从而RF输入102被调谐器变频到44MHz。假设没有镜像干扰抑制，如图所示，所变换的信号114’落到所变换的IF信号110’之上。镜像干扰抑制被计算为期望的镜像比较于不期望的镜像的相对幅度。比如说，如果频道110’是期望的频道，则调谐器的镜像干扰抑制就是信号110’的幅度比较于信号114’的幅度的比率。如果该调谐器具有完美的镜像干扰抑制，则信号114’的幅度应该为0。

不论什么传输方式，都使用调谐器将接收到的RF信号下转换成中频(IF)信号或者基带信号，其适于处理以便在TV或者计算机屏幕上显示发送的内容。如具体应用所必需的，调谐器在下转换期间将提供足够的镜像干扰抑制。为了处理陆地电视信号，调谐器最好具有高水平的镜像干扰抑制，但是对于有线接收来说，可以要求滤波器具有高通带平坦度。然而，所述要求取决于所使用的调制方式。

现有技术的单一转换调谐器对于有线接收提供足够的通带平坦度。图2示出了根据现有技术的示例的单一转换调谐器200。在图中，从有线网络或者天线接收的信号覆盖宽的频率范围。该宽的频率范围分割成三个频带B1、B2、B3。因为单一调谐器的调谐电路的调谐范围可能不足以调谐输入RF频率的整个范围，所以这种分割是必须的。根据应用，所述宽输入范围可以分割成仅两个频带或者更多个频带。然而，如果要接收的RF信号的频率范围足够窄，则可以省略频带选择滤波器2。为了频带分割，RF信号通常被馈入到频带选择滤波器2，该频带选择滤波器2用于将来自天线的可能RF频率的较大范围分割成多个通道B1、B2、B3，每一个通道覆盖了较小的频率范围。从频带选择滤波器2，信号被馈入可变增益放大器3。为了防止过驱动与下游连接的处理阶段，该可变增益放大器3用于向下游连接的处理阶段提供合适的信号电平。单一转换调谐器通常具有可调谐滤波器4和混频器6，所述可调谐滤波器4在混频器6的上游。该可调谐滤波器4用于为混频器6选择下混频期望的频率，并且抑制调谐的频道的镜像信号。该可调谐滤波器4必须有比较大的通带带宽，而且提供良好的通带平坦度。因此，该滤波器通常被实现为双调谐可调谐滤波器。单一调谐可调谐滤波器在通带中通常不显现足够的平坦度。这样就把使用单一调谐可调谐滤波器排除在了某些应用之外。可控混频器6将来自可调谐滤波器的信号下转换成固定的中频IF，该中频比RF频率要低。接收的RF频率的下混频是必需的，因为从调制的RF信号中提取所传送内容的处理电路不能够直接在传输使用的高频率范围内操作。可变频率振荡器LO1、LO2、LO3用于将不同的输入频率调谐成期望的中频IF。在现有技术已知的典型接收器中，具有窄带宽和固定中心频率的滤波器7被连接到混频器6的输出。提供这个滤波器用于将期望的信号从位于混频器输出的一组输出信号中分离开。在图2中，表面声波滤波器--也被简称为SAW--提供这种频道分离。该SAW滤波器具有与中频IF相对应的固定中心频率。放大器8可以被用于缓冲滤波的中频IF。图2所示的调谐器可以适于从天线接收信号，如图所示，或者从有线网络接收信号。根据调谐器设计所用的信号的类型，双调谐滤波器可以有不同的带宽和斜率特性。

双调谐滤波器需要挑选和匹配相当多的元件，因此在减少所需电路成本方面有一些尝试。

为了达到高水平的镜像干扰抑制，现有技术的调谐器利用双转换架构，其具有两个混频器和表面声波滤波器7。图3示出了根据现有技术的双转换调谐器300的示例方框图。为了满足高镜像干扰抑制要求，调谐器300进行两种频率转换(一种是上转换，一种是下转换)。总的来说，调谐器300从射频信号RF中下转换选定的频道，并且将该选定频道作为中频信号IF2输出。在图中，在多个载波频率有多个频道的RF信号被从天线1接收。所述天线也可以是有线网络连接。所述RF信号通常被馈入频带选择滤波器2，该频带选择滤波器2用于将较大的可能RF频率范围分割成多个通道，每一个通道容纳小的频率范围，正如上面讨论过的那样。在图2中仅仅示出了调谐器的一个示例性通道。之后，所述信号被馈入可变放大器3。所述可变放大器3确保后级接收合适电平的信号。第一混频器4把接收的RF信号上转换为第一中频IF1，该中频被使用第一、可变频率本地振荡器信号LO1固定在上述RF信号频带之上。为了获得在固定的第一中频IF1上的上转换的信号，本地振荡器信号在输入频率的范围之上是可控的。表面声波滤波器7的中心被设置在第一中频IF1，并且在中频IF1上具有窄通带，所述表面声波滤波器选择落在其窄通带内的期望的频道。SAW滤波器实质上抑制了所有剩余频道并且提供了必要的镜像干扰抑制以防止信号干扰。由固定频率本地振荡器信号LO2驱动的第二混频器9将在第一中频IF1处的信号下转换为更低的第二中频IF2。为了在期望的中频IF2处提供IF，适当选择信号LO2的频率。第二SAW滤波器11进一步从所述中频信号中去除任何不期望的信号，产生信号IF2。信号IF2被放大器8放大，以便产生输出。通过调节第一和第二本地振荡器信号LO1、LO2来实现频道选择，从而期望的上转换频道落在SAW滤波器7、11的窄通带中。SAW滤波器抑制了剩余的频道，特别是相邻频道。

传统调谐器300的双转换架构有几个缺点。比如，每一种元件都有两个，包括两个混频器、两个高频率本地振荡器、和两个SAW滤波器。在这种调谐器概念中，以高噪声和因为双转换引起的相关更低灵敏度为代价，获得中等的镜像干扰抑制。

电路的高开销和为了在单一或者直接转换调谐器里设置双转换调谐器和双调谐滤波器所需元件的较高数量，引发了在降低调谐器复杂性方面的尝试。

一种方法是在单一转换调谐器中使用镜像干扰抑制混频器。该镜像干扰抑制混频器是在单一频率转换中执行下转换操作的关键，代替传统的双转换操作。换而言之，镜像干扰抑制特性替代了对双转换架构的需要。

图4示出了镜像干扰抑制混频器400。镜像干扰抑制混频器400包括同相分频器402，分量混频器404a、404b和正交分频器406。同相分频器402接收RF输入信号RF，并且将该信号RF分频成分量信号403a和404b，其中信号403a和404b实质上具有相同的相位和相同的幅度。信号403a和404b也被分别称作I分量和Q分量。正交分频器406接收本地振荡器信号LO并且将信号LO分频为LO信号分量405a和405b，其中信号405b相对于信号405a被相移90度。混频器404a将I分量信号403a和LO信号405a混频，产生同相IF分量I。混频器404b将Q分量信号403b和LO信号405b混频，产生正交IF分量Q。多相滤波器(未示出)将同相IF分量I和正交IF分量Q组合在一起。因为I和Q分量之间的相位关系使得在镜像频率处信号抵消，所以当同相和正交分量I、Q被组合时，镜像干扰抑制发生了。

理论上，如果混频器400的I和Q频道在所关心的频率处完美地均衡，则可以达到无限的镜像干扰抑制。然而，如果I和Q频道之间的相位关系在某些频率上不是90度，那么在该频率处实际的镜像干扰抑制就会恶化。此外，如果I和Q频道之间的幅度不同，则镜像干扰抑制也会恶化。I和Q频道之间的幅度和相位关系通常总称作I/Q均衡。当I和Q频道的幅度响应对于频率相等，并且在频率上I和Q通道之间的相位差是90度时，就实现了完美的I/Q均衡。

图5示出了现有技术的调谐器500，该调谐器使用了如上所述的镜像干扰抑制混频器400。如上所述，因为它们的工作原理，镜像干扰抑制混频器提供了固有的镜像干扰抑制。在图5中，天线1接收具有多个频道的RF信号。通过可调谐预选滤波器4和放大器3，该信号被馈入到镜像干扰抑制混频器400。放大器3是可变增益放大器，用于为后面的处理阶段确保合适的信号电平。使用本地振荡器信号LO1，该镜像干扰抑制混频器400将输入信号RF直接下转换为中频信号IF1。为了将所下混频的中频信号IF1落到滤波器7的窄通带中，上述本地振荡器响应于调谐信号(未示出)是可调的。通过其工作方式，镜像干扰抑制混频器提供相对高水平的镜像干扰抑制。因为镜像干扰抑制是调谐器设计者和开发者的一个主要目标，所以在混频器上游的调谐滤波器电路的选择性较小。在镜像干扰抑制混频器的下游，下混频的中频信号IF1被馈入滤波器7，该滤波器从IF信号中选择感兴趣的频道。被滤波的信号进一步连接到放大器8。通过改变信号LO1的频率来进行频道的选择，从而使得期望的频道移入滤波器7的通带中。镜像干扰抑制混频器400的镜像干扰抑制特性和滤波器4的选择性决定了这种电路的镜像干扰抑制。

图6示出了使用镜像干扰抑制混频器400的另一种现有技术的调谐器600。RF信号从天线1接收，并且经由频带选择滤波器2和可变增益放大器3被馈入到可变低通滤波器14。从可变低通滤波器14，该信号被馈入到镜像干扰抑制混频器400。在镜像干扰抑制混频器400的输出，中频IF1通过用于频道分离的SAW滤波器7被馈入到放大器8。与图3中所示的电路相同的方式，这个调谐器以合理的电路复杂程度提供了中等的镜像干扰抑制。低通滤波器通过输入信号的高频谐波防止混频器的过驱动。但是，低通滤波器没有抑制次谐波频率。这可能造成在镜像干扰抑制混频器的输出处的过驱动，以及/或者被混频为期望的输出信号的更低频率。

鉴于上面所解释的，可以说：已知的单一和双转换调谐器概念对于进行非空中和有线接收两者不是理想的。为了补偿不同调谐器概念的缺点和对于接收质量的相关不利影响，用于非空中和有线接收的现有技术电视接收器使用两个调谐器，这两个调谐器被分别针对非空中和有线接收进行优化。

发明内容

因此，期望提供一种用于接收调制RF信号的单一调谐器，其对于非空中接收具有良好的输入灵敏度和镜像干扰抑制特性，并且对于有线接收具有高通带平坦度和线性度。

按照本发明的电路提供了这样一种期望的调谐器。具体地，提供了一种单一转换调谐器(700)，其适于选择性地在输入端(1)接收经调制的第一类型和第二类型的信号(RF)，所述第一类型的信号是根据第一调制方式调制的，所述第二类型的信号是根据第二调制方式调制的，其中第一调制方式在预定的带宽上要求平坦的幅度响应，其中第二调制方式要求预定的镜像干扰抑制比率，其特征在于：提供双调谐可调谐带通滤波器(4)，其适于在预定的带宽上具有平坦的幅度响应用以根据第一调制方式接收信号并且提供第一镜像干扰抑制比率，其中由双调谐可调谐带通滤波器(4)提供的第一镜像干扰抑制比率比第二调制方式所需的预定的镜像干扰抑制比率要小；并且提供第二镜像干扰抑制比率的镜像干扰抑制混频器(400)连接到可调谐带通滤波器(4)，其中所述第二镜像干扰抑制比率比第二调制方式所需的预定的镜像干扰抑制比率要小，并且在镜像干扰抑制混频器(400)的输出端提供中频信号(IF1)。

本发明的调谐器用于接收关于镜像干扰抑制、通带平坦度和输入灵敏度方面具有不同要求的调制信号，并且所述调谐器将所选定的频道从RF频率直接下转换为IF频率，而不执行如在传统调谐器中的中间上转换频率变换。

本发明的单一转换调谐器包括预选滤波器、放大器、可调谐带通滤波器和镜像干扰抑制混频器。预选滤波器接收具有多个电视频道的RF信号。可调谐带通滤波器提供了期望频道的第一选择，并且具有良好的线性度和通带平坦度。镜像干扰抑制混频器将选定的频道下转换为IF频率，所述IF频率在与下游连接的IF滤波器的通带之内。通过调谐驱动镜像干扰抑制混频器的本地振荡器信号的频率来执行频道选择，从而调谐了被变换为IF滤波器的通带的频道。并行地，调谐在镜像干扰抑制混频器的上游的可调谐带通滤波器的频率。

本发明的示例性实施例在附图中被图解说明，并且在下面的描述中被更详细地解释。

附图说明

图1示出了用于下混频的频率分布的图示；

图2示出了根据现有技术的单一转换调谐器的图示；

图3图解说明了根据现有技术的双转换调谐器的图示；

图4示出了镜像干扰抑制混频器的方框图；

图5示出了根据现有技术的使用镜像干扰抑制混频器的单一转换调谐器的第一图示；

图6示出了根据现有技术的使用载波抑制混频器和低通滤波器的单一转换调谐器的第二图示；

图7示出根据本发明一方面的使用镜像干扰抑制混频器的调谐器；

图8是用于最佳镜像干扰抑制的双调谐窄带滤波器的衰减与频率的关系曲线的图示；

图9是用于最佳带通平坦度的双调谐宽带滤波器的衰减与频率的关系曲线的图示；和

图10示出根据本发明的双调谐宽带滤波器和镜像干扰抑制混频器的组合的衰减与频率的关系曲线的图示。

在图中，相同或者类似的元件使用同样的附图标记。

具体实施方式

上面已经参考现有技术讨论了图1到6，因此不再累述。

在图7中示出了根据本发明一方面的使用镜像干扰抑制混频器的调谐器700。在调谐器700中通过天线1接收射频信号RF。由天线1接收的信号RF被耦合到频带选择滤波器2。从频带选择滤波器2，信号经过可变增益放大器3传输到双调谐可调谐滤波器4。从双调谐可调谐滤波器4，信号被耦合到镜像干扰抑制混频器400。可变本地振荡器信号LO1驱动镜像干扰抑制混频器400，并且将所述RF信号下转换成中频信号IF1。中频信号IF1进一步馈入SAW滤波器7用于频道分离。放大器8接收被滤波的信号IF1并且将其缓冲以进一步处理。

现在参考图8到10来描述本发明的调谐器电路700产生的优点。

在图8中以图示方式示出了双调谐窄带滤波器800的衰减与频率的关系曲线。根据图1，滤波器被调谐到期望的频率110--选择为800MHz。通过分别位于低和高3dB的拐点频率处的垂直线来表示期望的通带带宽BW1。双调谐滤波器800在信号114的频率为888MHz处具有70dB的衰减，其当使用本地振荡器在844MHz(未在图8中示出)进行下转换时为镜像信号，如图1所示。所述镜像干扰抑制值是典型值并且仅仅用于图解的目的。依据不同的应用，可以出现其他值。所述镜像干扰抑制值对于非空中接收可能是足够的。但是，对于某些调制方式，例如数字有线接收中使用的方式，所述通带带宽BW1可能太小。

图9示出对于具有宽带宽的双调谐滤波器802的衰减与频率的关系曲线。假设信号和本地振荡器频率(未示出)与图8中所示的信号相同。如图所示，与图8中的滤波器相比较，这个滤波器提供了较大的通带带宽BW2，因此提供了高通带平坦度。然而，与图8中的值相比较，信号114的镜像干扰抑制值更小。

在图10中，以图示形式示出了双调谐滤波器802和镜像干扰抑制混频器804的组合衰减与频率的曲线关系，例如曲线806。所述镜像干扰抑制混频器的曲线804用虚线表示。镜像干扰抑制混频器的效应可以被当作在信号114的镜像处引入的极点，而保持期望的信号110不变。理想的镜像干扰抑制混频器应该提供无限的镜像干扰抑制。但是，理想的镜像干扰抑制混频器是不存在的，而且典型的镜像干扰抑制值大约是30dB。当双调谐滤波器和镜像干扰抑制混频器的曲线组合时，镜像干扰抑制值增加。曲线806示出了在根据本发明的典型应用中双调谐滤波器802的曲线和镜像干扰抑制混频器804的曲线进行叠加后可能出现的外形。镜像干扰抑制混频器在镜像处充当陡凹槽滤波器(steep notch filter)，并且给双调谐滤波器的镜像干扰抑制增加了大约30dB的镜像干扰抑制。总镜像干扰抑制超过了期望的70dB，并且通带带宽BW2的值实质上与只有上述双调谐滤波器时相同。

如上所述，上述值只是为了图解目的而选择的。根据元件和设计的实际选择，值可以变化。然而，在实施本发明的其他实施例中，可以发现本发明镜像干扰抑制混频器和双调谐滤波器的组合对于通带带宽和镜像干扰抑制的效果。

本发明的调谐器适于接收对于镜像干扰抑制、选择性或者带通平坦度具有不同要求的调制RF信号。本发明调谐器的单一转换概念进一步提供了低噪声特征，其提高了调谐器的灵敏度。本发明的调谐器可用于电视机或者无线电接收机，也可用于接收调制RF信号的任何设备。

本发明不局限于图2所示的IQ镜像干扰抑制混频器。本领域的技术人员应当理解，也可以使用其他镜像干扰抑制混频器，包括但不限于无源混频器。

在本说明书中天线符号和附图标记1对于任何RF信号输入源都是可以互换使用的。对于本发明调谐器电路的RF信号输入源没有任何限制。

Claims (8)

1.单一转换调谐器(700)，其适于选择性地在输入端(1)接收经调制的第一类型和第二类型的信号(RF)，所述第一类型的信号是根据第一调制方式调制的，所述第二类型的信号是根据第二调制方式调制的，其中第一调制方式在预定的带宽上要求平坦的幅度响应，其中第二调制方式要求预定的镜像干扰抑制比率，其特征在于：提供双调谐可调谐带通滤波器(4)，其适于在预定的带宽上具有平坦的幅度响应用以根据第一调制方式接收信号并且提供第一镜像干扰抑制比率，其中由双调谐可调谐带通滤波器(4)提供的第一镜像干扰抑制比率比第二调制方式所需的预定的镜像干扰抑制比率要小；并且提供第二镜像干扰抑制比率的镜像干扰抑制混频器(400)连接到可调谐带通滤波器(4)，其中所述第二镜像干扰抑制比率比第二调制方式所需的预定的镜像干扰抑制比率要小，并且在镜像干扰抑制混频器(400)的输出端提供中频信号(IF1)。

2.根据权利要求1的调谐器(700)，其特征在于：选择第一和第二比率的镜像干扰抑制，从而镜像干扰抑制的比率之和达到用于根据第二调制方式接收信号所要求的镜像干扰抑制的预定比率。

3.根据权利要求1的调谐器(700)，其特征在于：可变增益放大器(3)连接到所述镜像干扰抑制混频器(400)或者所述可调谐带通滤波器(4)的上游。

4.根据权利要求3的调谐器(700)，其特征在于：所述输入端(1)经由频带选择滤波器(2)连接到所述可变增益放大器(3)。

5.根据权利要求1的调谐器，其特征在于：所述镜像干扰抑制混频器的输出被馈入到固定频率带通滤波器(7)。

6.根据权利要求5的调谐器，其特征在于：所述固定频率带通滤波器(7)是表面声波滤波器。

7.根据权利要求1的调谐器(700)，其特征在于：所述输入端(1)经由频带选择滤波器(2)连接到所述可调谐带通滤波器(4)。

8.包括根据在前权利要求中任意一项的调谐器的电视设备。

Images