CN101931426A - 通讯和广播接收机前置可调谐滤波器的电路和调谐方法 - Google Patents

通讯和广播接收机前置可调谐滤波器的电路和调谐方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种用于通讯和广播接收机前置可调谐滤波器的电路和调谐方法。其允许可调谐滤波器的电路可以与接收机的接收信号链路结构独立。在前置滤波器104中包括可变电容146，由调谐信号160调节。振荡器负阻元件144与前置滤波器104一起构成了一个振荡器。负阻元件144由振荡幅度控制电路142输出的幅度控制信号162所控制。振荡幅度控制电路142将射频信号130幅度稳定在设计的范围。振荡频率控制电路通过调谐信号160将信号130频率稳定在需要调谐的频率范围。直到振荡信号的幅度和频率都满足设定范围，至此调谐完成。

Description

通讯和广播接收机前置可调谐滤波器的电路和调谐方法
技术领域
本发明涉及一种通讯和广播接收机前置可调谐滤波器的电路和调谐方法。
背景技术
接收机在移动电话、电视、广播、全球导航系统(GPS)等领域得到广泛的应用。以我国为例，无线广播及电视信号分布在不同的频段。在相应的信号频段内，各个节目有自己的频道。以调频广播(FM)为例。调频广播的射频信号在88MHz到108MHz之间。每个FM频道是200KHz。
我国广播及电视频率划分表
 波段   频率(MHz)   电台间隔   用途
 LF(LW)   120-300KHz   ——   长波调幅广播
 MF(AM)   525KHz-1605KHz   9KHz   中波调幅广播
 HF(SW)   3.5-29.7MHz   9KHz   短波调幅广播及单边带通讯
 VHF(FM)   88-108MHz   200KHz   调频广播及数据广播
 VHF   48.5-92MHz   8MHz   电视及数据广播
 VHF   167-223MHz   8MHz   电视及数据广播
 UHF   223-443MHz   8MHz   电视及数据广播
 UHF   443-870MHz   8MHz   电视及数据广播
接收机需要将射频信号通过射频前端接收，然后通过一级或多级频率变换，把信号转移到基带进行解调处理。以二级频率变换的结构为例，接收到的射频信号先被转换到中频，进行放大和滤波，然后转换到基带进行解调处理。以FM调频广播为例，在FM接收机中，常常采用10.7MHz作为接收机的中频。首先，射频前端接收到的FM广播信号。接着，下变频到10.7MHz，进行滤波；如果需要，还会对得到的中频信号进行放大。然后，10.7MHz的调频信号被进一步下变频到基带，由解调电路进行解调处理。最终得到广播节目信号。常见的接收机结构还包含：零中频结构，暨直接把接收到的射频信号，不通过中频级，直接转换到基带进行解调处理；以及多中频结构，暨通过多级中频变换，最终把信号转换到基带进行解调。其他接收机的工作原理都相同。
图1说明接收机系统100。这样一个接收机系统，其具有：射频前端101、频率变换单元107、本机振荡电路(LO)110、基带解调电路114。射频前端101接收到信号130，处理后得到射频信号134；射频前端101对输入信号130的处理可以是增益处理，即放大或衰减；也可以是滤波，既滤除或衰减带外的信号，保留带内有用信号。本机振荡电路110产生一个调谐好频率的本振信号132，频率是FLO。频率变换单元107接收经过处理的射频信号134和本振信号132，得到基带信号135，频率是FIF。解调电路114对基带信号135解调，得到需要的解调信号138。
图2说明接收机系统110。系统110中增加了前置滤波器104。前置滤波器104对输入信号130先进行有选择的调谐滤波，根据选定的频道滤除或衰减不相关的频道外信号。然后，把得到的带内信号131输入给射频前端。
图3说明接收机系统111。系统111增加了天线102。天线接收空中的无线射频信号，进行滤波。如果是有源天线，还有对信号进行放大的功能。得到的射频信号130，输送给接收机的前置滤波器104。这里，无线接收机的天线，可以看作是前置滤波器的一种，或前置滤波器的一部分。
图4说明接收机系统112。系统112中增加了对前置滤波器104的调谐控制环路，可以帮助接收机进一步调谐到接收的节目频道。在这种方案中，当对前置滤波器104进行调谐时，除前置滤波器104和校准反馈电路116必须工作以外，接收机信号链路中的频率变换单元107和基带解调电路114模块也必须工作。基带解调电路114还需要产生一个反馈信号126给校准反馈电路116。这个反馈信号126用来指示射频信号130的强弱以及频率的偏差。校准反馈电路116根据反馈信号126，产生调谐校准信号120，和调谐控制信号122。调谐控制信号122控制开关118。当在前置滤波器调谐时，开关118闭合，将调谐校准信号120送到射频信号130上。校准反馈电路116还产生对前置滤波器104的控制信号124。控制信号124用来调节前置滤波器104里的可调谐元器件值。前置滤波器104随控制信号124的变化，对注入的调谐校准信号120有不同的频率响应，并反映在射频信号130上。这样射频信号130沿信号链路到达基带解调电路114。在解调电路114和校准反馈电路116的作用下，不断调整校准反馈电路的输出信号120、122、124，最终将前置滤波器104调谐到接收机系统需要的最佳频率。
系统112中的调谐方案存在以下缺点。第一，系统112中的调谐方案依赖接收信号链路的正常工作。其次，校准反馈电路116产生的调谐校准信号120必须和本振信号132相差一个中频信号的频率FIF。只有这样，在调谐过程中，频率变换单元107输出的基带信号135正好是在接收信号链路的中频频率FIF上。导致这个调谐方案的电路实现需要在校准反馈电路116中包含一个振荡器，工作频率和本地振荡器132的工作频率FLO相差频率FIF。第三，这个调谐方案需要基带解调电路114对调谐过程的基带信号135作单独处理，产生出需要的反馈控制信号126。这部分功能是在解调功能以外额外增加的，增加了电路的开销。第四，这个调谐方案的控制环路长，涉及接收信号链路上的多个模块。导致校准反馈电路116受到很多限制，极难优化。第五，这个调谐方案中，校准反馈电路116的设计严重依赖于接收机信号链路的结构，校准反馈电路116的独立性、可重用性、移植性差。
发明内容
本发明提出了一种适用于通讯和广播接收机中前置可调谐滤波器的电路结构和调谐方法，适用于通讯和广播接收机中的射频电路。
根据本发明的调谐方案，在前置滤波器中的调谐校准部分采用了有源器件。当接收机需要对前置滤波器进行调谐时，有源器件与前置滤波器一起构成了负阻振荡器。在振荡器中，至少包含一个可控调谐元件，用来调节振荡信号频率。在振荡器中，可以包含一个可控有源器件，用来调节振荡器振荡信号幅度。调谐校准电路的振荡幅度控制电路检测到振荡信号，并把振荡信号的幅度与预设范围比较。根据比较结果，振荡幅度控制电路输出控制信号到振荡器，将其信号幅度稳定在设计的范围。调谐校准电路的振荡频率控制电路检测到振荡信号频率，并与预设频率比较。根据比较结果，振荡频率控制电路输出控制信号到振荡器的可控调谐元件，将振荡信号频率稳定在设计的范围。至此调谐完成。接收机可以正常工作。
本发明的调谐校准电路包括两个控制环路：振荡幅度控制电路的控制环路和振荡频率控制电路的控制环路。前者稳定振荡信号的幅度，后者决定调谐频率。两个环路可以相对独立调节，也不需要接收信号链路参与调谐校准，不但减少了设计工作量，而且大大简少了设计调试中的迭代次数和周期，使电路可以最优化。
本发明的调谐校准电路与接收信号链路独立，不再依赖接收信号链路的正常工作。在接收信号链路，也无需处理调谐校准信号。使调谐校准电路独立于接收机信号链路，适用于采用零中频、低中频、高中频、多中频各种电路结构的接收机。实现了调谐校准电路的独立性、可重用性和移植性。
本发明的调谐校准电路结构简单，节省了硬件。不需要为调谐增加额外电路以向输入端口注入小信号。解调电路也不需要对调谐信号作单独处理。在系统设计允许的情况下，甚至可以省略振荡幅度控制电路的控制环路，进一步简化电路。
本发明提出的调谐校准电路，对接收到的频道信号提供增益。
本发明提出的调谐校准电路，两个反馈控制环路与前置滤波器紧密耦合。由于不需要接收信号链路参与，反馈回路短。所以可以提高调谐速度，同时降低功耗。
本发明提出的调谐校准电路可以用分离电子元件实现。也可以完全在集成电路内部实现。或是部分电路在集成电路内部外加分离电子元件实现等多种方式。图6说明本发明电路完全在集成电路实现的实施例。其中，本发明提出的调谐校准电路和前置滤波器完全在集成电路202中。外置天线102与无线接收机通过集成电路管脚204相连接。图7说明本发明电路部分在集成电路实现的实施例。其中，本发明提出的调谐校准电路和部分前置滤波器在集成电路202中。外置天线102和部分前置滤波器元件206与集成电路管脚204相连接。
附图说明
参考附图进一步说明如下：
图1是说明无线接收机系统电路结构
图2是说明具有前置滤波器的接收机系统电路结构
图3是说明具有天线和前置滤波器的接收机系统电路结构
图4是说明具有前置滤波器调谐控制环路的接收机系统电路结构
图5是说明根据本申请案的实施例的具有前置滤波器调谐控制环路的接收机系统电路结构
图6是说明图4中系统200完全在集成电路上实现的电路结构
图7是说明图4中系统200部分在集成电路上实现的电路结构
图8是说明使用图4中系统200的调谐方法
具体实施方式
接收机在手机、无线/有线电视、GPS导航等领域得到广泛的应用。在这样一些射频信号中，例如FM调频广播，不但有波段频率的范围(中国FM广播是从88MHz到108MHz)，而且有频道间隔的规定，比如中国FM广播频道彼此间距只有200KHz。本发明完全可以适用于这些信号以及其他无线或有线信号的接收机中，可以用来调谐至特定的频道。
图5说明根据本申请案的实施例的系统200。其具有：前置滤波器104、射频前端101、频率变换单元107、本机振荡电路(LO)110、基带解调电路114、前置滤波器104和调谐校准电路150。所述系统200可以适用于任何接收机的调谐控制。
前置滤波器104包括可调谐元件。所述可调谐元件可以是可变电容146、可变电感、变容二极管、电压可变微机电系统(MEMS)或其他频率调节元件。举例来说，根据调谐信号160，可以改变可变电容146的电容值，从而改变前置滤波器的接收频率。调节的方式可以是用数字信号进行数字调节，也可以是模拟信号连续调节。
调谐校准电路150包括振荡幅度控制电路142、振荡频率控制电路140、振荡器负阻元件144和调谐控制开关152。
图8说明根据本申请案的实施例的系统200的调谐算法。当接收机需要调谐时，接收机首先需要设定调谐频率。然后打开调谐校准电路150开始工作。调谐校准电路150通过信号168将控制开关152闭合。这样，振荡器负阻元件144与前置滤波器104一起构成了一个振荡器。振荡信号的频率也就是前置滤波器的接收频率。负阻元件144可以是单独的元件或是多个元件，由振荡幅度控制电路142输出的幅度控制信号162所控制。振荡信号同时输入到振荡频率控制电路140和振荡幅度控制电路142。振荡幅度控制电路142振荡信号与接收机系统预设的范围比较。根据比较结果，振荡幅度控制电路142输出控制信号162到振荡器负阻元件144，将射频信号130幅度稳定在设计的范围。振荡频率控制电路140检测到振荡信号130的频率，并与设定的调谐频率比较。根据比较结果，振荡频率控制电路140输出控制信号160到前置滤波器104的可控调谐元件，将信号130频率稳定在设计的范围。如此操作，直到振荡信号的幅度和频率都满足设定范围。至此调谐完成，调谐校准电路通过信号168将控制开关152断开，接收机进入正常工作。
所属领域的技术人员将理解：可以使用多种技术来表示信号。上述内容提及的信号，可以是模拟信号，或数字信号，用以表示电压或电流。
所属领域的技术人员将进一步了解：结合本文所描述的实施例而描述的各种说明性的模块、电路、结构和算法步骤可以实施为电子硬件、软件或两者的组合。所属领域的技术人员可以根据特定应用，决定以软硬件的实施方法。但此类实施方式不应被理解为脱离本发明的范围。
结合本申请案所揭示的实施例二描述的电路和算法步骤可以直接实施在电路中、由处理器执行的软件模块中、以及上述两者的结合。电路可以是数字电路状态机、模拟电路、以及上述两者的结合。处理器可以是微处理器，也可以是任何常规处理器、控制器。
本申请案前文提供实施例的描述旨在使所属领域的技术人员了解使用和制作本发明。本申请案所定义的一般原理在不脱离本发明的精神和范围的情况下应用其他实施例。

Claims (13)

1.一种通讯和广播接收机前置可调谐滤波器的电路和调谐方法，其包括：接收机的前置滤波器，其具有可调谐元件，可以通过调谐控制信号使调谐元件变化，从而改变滤波器的调谐频率；以及调谐校准电路，其具有振荡幅度控制电路、振荡频率控制电路和有源负阻器件；其特征在于：由前置滤波器和有源负阻元件构成振荡器，振荡信号的幅度控制与频率控制由振荡幅度控制电路和振荡频率控制电路独立或联合控制，根据接收机工作频率的要求，振荡幅度控制电路调节振荡器信号幅度，振荡频率控制电路调节可调谐元件的数值，将滤波器修正到接收机需要调谐的频率。
2.根据权利要求1所述的通讯和广播接收机前置可调谐滤波器的电路和调谐方法，其特征在于可以适用的信号频段包括但不仅限于长波调幅广播，中波调幅广播，短波调幅广播及通讯，调频广播及数据广播，电视及数据广播，移动及固定数据通讯。
3.根据权利要求1所述的通讯和广播接收机前置可调谐滤波器的电路和调谐方法，其特征在于前置滤波器中的可调谐元件是电容、或是电感、或是二极管、或是电阻、或是微机电系统(MEMS)、或是电感/电容/电阻/微机电系统的组合。
4.根据权利要求1所述的通讯和广播接收机前置可调谐滤波器的电路和调谐方法，其特征在于前置滤波器在调谐过程中，与调谐校准电路中的有源器件接通，一起构成振荡器；而在接收机正常工作过程中，前置滤波器与调谐校准电路的有源器件断开，只对接收到的无线信号进行滤波。
5.根据权利要求1所述的通讯和广播接收机前置可调谐滤波器的电路和调谐方法，其特征在于调谐校准电路中的振荡幅度控制电路在调谐过程中，根据检测到振荡信号的信号幅度，产生对有源器件的控制信号，将振荡信号的信号幅度控制在设定的幅度；。
6.根据权利要求1所述的通讯和广播接收机前置可调谐滤波器的电路和调谐方法，其特征在于调谐校准电路中的振荡频率控制电路在调谐过程中，根据检测到振荡信号的频率，产生对可调谐元件的控制信号，将振荡信号的频率控制在设定的范围；而在接收机正常工作过程中，振荡频率控制电路将保持对可调谐元件的控制信号不变。
7.根据权利要求1所述的通讯和广播接收机前置可调谐滤波器的电路和调谐方法，其特征在于所采用的调谐方法如下：步骤一，接收机决定需要接收信号的工作频率；步骤二，接收机根据其电路结构，将调谐校准电路的接收频率输入端口配置到相应的设定值；步骤三，接收机开启调谐校准电路的调谐模式控制端，调谐校准电路开始工作；步骤四，前置滤波器与有源器件接通，开始受控振荡；步骤五，振荡幅度控制电路检测到振荡信号，并将其幅度稳定在接收机系统设计的范围；步骤六，振荡频率控制电路检测到振荡信号的频率，与接收机预设的接收频率比较，最终将稳定在接收机需要调谐的频率；步骤七，调谐完成，前置滤波器与有源器件断开，接收机可以正常工作。
8.根据权利要求1所述的通讯和广播接收机前置可调谐滤波器的电路和调谐方法，权利要求7所述的步骤一至七可以增减、置换、组合、合并或重复。
9.根据权利要求1所述的通讯和广播接收机前置可调谐滤波器的电路和调谐方法，其特征在于所采用的调谐方法如下：步骤一，接收机决定需要接收信号的工作频率；步骤二，接收机根据其电路结构，将调谐校准电路的接收频率输入端口配置到相应的设定值；步骤三，接收机开启调谐校准电路的调谐模式控制端，调谐校准电路开始工作；步骤四，前置滤波器与有源器件接通，开始受控振荡；步骤五，振荡频率控制电路检测到振荡信号的频率，与接收机预设的接收频率比较，最终将稳定在接收机需要调谐的频率；步骤六，调谐完成，前置滤波器与有源器件断开，接收机可以正常工作。
10.根据权利要求1所述的通讯和广播接收机前置可调谐滤波器的电路和调谐方法，权利要求9所述的步骤一至六可以增减、置换、组合、合并或重复。
11.根据权利要求1至10任意一项所述的通讯和广播接收机前置可调谐滤波器的电路和调谐方法，其特征在于调谐控制电路与调谐方法，与接收机的接收信号链路独立；接收机是零中频、或是低中频、或是高中频、或是多中频电路及其它各种接收机结构。
12.根据权利要求1至7任意一项所述的通讯和广播接收机前置可调谐滤波器的电路和调谐方法，其特征在于调谐控制电路是分离电子元件实现、或是单集成电路实现、或是部分在集成电路外加分离电子元件实现。
13.根据权利要求1至7任意一项所述的通讯和广播接收机前置可调谐滤波器的电路和调谐方法，其特征在于调谐控制电路和调谐方法是硬件电路实现、或是处理器执行的软件模块实现、或是上述两者的结合；硬件电路可以是数字电路状态机、或是模拟电路、或是上述两者的结合；处理器可以是微处理器、或是任何常规处理器/控制器。
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