CN101931762A - 具有模拟和数字增益控制的接收器以及相应的方法 - Google Patents

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Abstract

接收器包括：第一放大器(A1)、用于对需要的通信信道进行下变频的混频器(M)、第二放大器(A2)、解调器(DM)以及数字控制器(MC)，在对需要的通信信道的选择之后，该数字控制器(MC)借助于数字增益控制(AGC2)来提供用于第二放大器的数字增益设置，并且在对需要的通信信道的解调期间，借助于模拟增益控制(AGC1)来提供用于第一放大器的模拟增益设置。具体地，在对需要的通信信道的解调期间，固定数字增益设置，并且仅仅当模拟增益控制在其控制范围之外时，该数字控制器提供对数字增益设置的重新校准。应用例如是用于接收DVB-S、DVB-S2或者ABS-S电视频道的直接转换数字卫星接收器。

Description

具有模拟和数字增益控制的接收器以及相应的方法
技术领域
本发明涉及一种接收器，其包括第一增益控制放大器、混频器、第二增益控制放大器以及用于对所选择的通信信道进行解调并控制所述两个放大器的增益的解调器。具体地，该接收器是为接收根据DVB或者ABS标准的数字卫星信号而设计的。
背景技术
当前的数字卫星接收器通常包括：具有RF输入级的调谐器，用于接收多个数字卫星信道；混频器，用于选择需要的卫星信道并且将需要的卫星信道下变频为中频范围或者基带；以及解调器，其将所选择的卫星信道的信号转换为电视机可使用的合适的电视信号。广泛使用的是直接转换卫星接收器，其具有以下优点：具有低数目的(low count)外部组件的高电路集成度。
直接转换接收器的混频器直接将所选择的电视信号转换为基带信号，基带信号随后被通过基带低通滤波器进行滤波、通过模拟/数字转换器进行数字化并且通过解调器处理为数字电视信号。调谐器包括增益控制RF放大器和增益控制基带放大器，增益控制RF放大器和增益控制基带放大器受解调器控制来提供至少50dB的增益变化，这是提供卫星接收器的高灵敏度和解调器的最优性能所需要的。
发明内容
一种接收器包括：RF输入端，用于接收多个通信信道；第一放大器，耦接到RF输入端；混频器，利用输入端耦接到第一放大器，用于选择并下变频需要的通信信道；第二放大器，利用输入端耦接到混频器的输出端；用于第一放大器的模拟增益控制；用于第二放大器的数字增益控制；以及数字控制器，例如微控制器。在对需要的通信信道的选择之后，该数字控制器借助于数字增益控制来提供数字增益设置，并且在对需要的通信信道的解调期间，借助于模拟增益控制来提供模拟增益设置。具体地，在对需要的通信信道的接收期间，不改变数字增益设置，以使得不发生数字增益切换。由此，在对需要的通信信道的接收期间，避免第二放大器的输出信号的步进的变化。
在优选的实施例中，该接收器是用于接收数字电视频道的直接转换数字卫星接收器，并且数字增益控制的控制范围是至少50dB以提供卫星接收器的高输入灵敏度。模拟增益控制的控制范围小得多，例如，20dB之下，这对于补偿在需要的电视频道的接收期间可能发生的输入信号电平的短时间变化(例如，补偿改变的天气状况或者调谐器内部的温度漂移)是足够的。因为较低的增益，模拟增益控制提供了对第二放大器的输出信号的精确的调整以允许解调器的最优的解调性能。仅仅在模拟增益控制在其控制范围之外的情形下，进行新的增益校准，在该新的增益校准期间，重新调整数字增益控制。然后再次，保持所有的数字控制的增益级恒定并且对于接收器的操作仅仅使能模拟增益控制。另外，当使能模拟增益控制时，关闭将微控制器与第二放大器耦接的数字总线，以避免第二放大器的输出信号的任何数字失真。
一种用于操作该接收器的方法，包括以下步骤：接收多个通信信道；将第一放大器的增益设置为所定义的额定值；选择并下变频需要的通信信道；借助于数字增益控制来逐步地改变第二放大器的增益并借助于电平检测器来观察第二放大器的输出信号；当第二放大器的输出信号在所定义的电压范围内时，保持数字增益控制恒定；以及随后使能模拟增益控制，以在对需要的通信信道的解调期间，仅仅使用第一放大器的模拟增益控制。
附图说明
以下参照示意附图，借助示例来更详细地解释本发明的优选实施例，所述附图示出：
图1，用于接收数字电视频道的接收器。
具体实施方式
在图1中，将接收器示出为包括射频输入端IN，所述射频输入端IN也被称作RF输入端，其用于接收高频信号，具体地，用于接收多个通信信道；并且包括第一放大器A1，其利用输入端耦接到RF输入端IN。为了选择并下变频需要的通信信道，该接收器包括混频器M，所述混频器M在该实施例中为正交混频器，其具有用于提供输入信号的I分量的第一混频级M1和用于提供输入信号的Q分量的第二混频级M2。通过本地振荡器LO来控制混频级M1、M2，该本地振荡器LO提供具有相同频率、但具有90°相位差的第一振荡器信号f1和第二振荡器信号f2，用于对所选择的通信信道进行下变频。
在优选的实施例中，该接收器是经由低噪声转换器(未示出)接收由卫星天线提供的多个数字电视频道的卫星接收器。具体地，该接收器是用于DVB-S、DVBS-S2和/或ABS-S标准的数字卫星接收器，并且借助于本地振荡器LO来选择需要的电视频道。
将电视频道下变频为基带并且通过第二放大器A2进行放大，第二放大器A2利用输入端耦接到混频器M的输出端。在该实施例中，放大器A2包括用于对I和Q信号分量的放大的两个输入端和两个输出端。放大器A2提供对下变频后的信号的放大，该信号随后被低通滤波器FI1、FI2滤波。放大器A1是模拟增益控制放大器而放大器A2是数字增益控制放大器。
包括放大器A1、A2、混频器M、本地振荡器LO和基带滤波器FI1、FI2的电路通常被称为调谐器T或者RF前端，并且被布置在屏蔽的、独立的单元中。包含混频器M的调谐器T的输入部分被称为RF部分，而包含第二放大器A2和基带滤波器FI1、FI2的输出部分被称为基带部分。卫星接收器可以另外包含被布置在RF输入端IN和第一放大器A1之间的第三增益控制放大器A3。第三放大器A3通常是低噪声放大器，但也可以替代有源放大器而在RF输入端IN和放大器A1之间布置阻尼(damping)级。
接收器进一步包含解调器DM，其利用输入端耦接到第二增益控制放大器A2的输出端，用于解调所选择的通信信道。接收器进一步包括数字控制器，例如，微控制器MC，其经由电平检测器LD检测由解调器DM接收的放大器A2的输出信号电平，用于对第一放大器A1和第二放大器A2进行增益控制，当包括第三放大器A3时，也用于对第三放大器A3进行增益控制。
在优选的实施例中，解调器DM包括利用输入端耦接到第一基带滤波器FI1的输出端的第一模拟/数字转换器ADC1以及利用输入端耦接到第二基带滤波器FI2的输出端的第二模拟/数字转换器ADC2，用于将滤波器FI1、FI2的输出信号转换为数字化的信号。模拟/数字转换器ADC1、ADC2的输出信号被提供给信号处理单元SP，信号处理单元SP对所选择的通信信道的基带I、Q信号执行主要解调功能(包括纠错)，用于提取需要的信号(例如，在数字卫星接收器的情形下用于电视机的数字电视信号)。
具体地，信号处理单元SP还提供关于表示从调谐器T接收的RF输入信号的信号强度的电平检测器LD的信息。微控制器MC例如经由被连接到调谐器T中包含的串行总线接口SI的串行总线来提供数字增益控制AGC2，用于控制第二放大器A2的增益，在包括第三放大器A3时也用于控制第三放大器A3的增益。串行总线例如是I2C总线。串行总线接口SI将微控制器MC的数字控制信号DS转换为放大器A2、A3的增益控制信号，用于例如借助于MOSFET开关来改变放大器A2、A3的增益。
另外，微控制器MC经由数字/模拟转换器DAC提供模拟增益控制AGC1，所述数字/模拟转换器DAC将微控制器MC的数字控制信号转换为模拟控制信号AS，用于控制第一放大器A1的增益。
接收器的操作如下：当用户选择需要的通信信道时，接收器进行信道调谐，多个通信信道之一(例如，数字电视频道的频带之一)被接收器选择、被混频器M进行下变频并且被提供给解调器DM。提供控制信号AS来将第一放大器A1的增益设置为所定义的额定值，并且然后通过微控制器MC经由串行总线接口SI步进地改变第二放大器A2的增益来完成数字增益校准。当电平检测器LD检测到放大器A2的输出信号的足够的信号电平(例如处于由模拟/数字转换器ADC1、ADC2接收的需要的电压范围内)时，放大器A2的增益被固定并且在接收器的操作中(具体地，在需要的通信信道的解调期间)保持恒定。
当设置了数字增益时，通过微控制器MC来使得能够进行第一放大器A1的模拟增益控制AGC1，以在需要的通信信道的接收期间提供用于各ADC(ADC1和ADC2)的操作的最优的输入信号。由此，通过改变第一放大器A1的模拟电压AS来补偿输入信号IN的所有的电平改变或者例如由调谐器T的温度漂移所造成的其他任何电平改变。模拟增益控制AGC1的控制范围是例如相对于参考电平+13dB/-3dB，这对于数字卫星接收器情形下的信号处理单元SP的最优操作是足够的。具体地，串行总线接口SI不工作并且可以保持为关闭，从而不在调谐器T的内部生成可能注入到调谐器T的模拟电路的任何数字噪声。也避免了源自放大器A2的数字增益设置的任何失真。
在数字卫星接收器的情形下，输入电平变化的主要的起因是雨衰(rainfade)，其可能造成可达10dB的电平下降，但是远多于10dB的则不太可能。因此，利用模拟增益控制AGC1的相对小的增益控制范围，可以为了解调器DM的最优操作而非常精确地控制调谐器的输出信号。模拟和数字增益控制环路的主要目的是：总是以相同的电压电平来递送调谐器T的输出信号I、Q以使解调错误最小化，利用最大幅度稍小于(shortly below)在各ADC(ADC1、ADC2)的限幅的电压电平来提供ADC分辨率的最优使用并且保持I/Q信号的幅度总是明显高于ADC的量化噪声基数(floor)。
对于调谐器T，可以使用例如ST微电子公司的调谐器IC STB6000或者STB6100，它们是用于DBS电视应用的高度集成的直接转换调谐器IC。这两者均允许经由串行I2C总线接口的数字增益控制、以及经由附加的输入管脚的RF放大器级的模拟增益控制。对于解调器DM，可以使用例如CONEXANT公司的DVB-S2解调器CX24116，其是用于I/Q解调的高度集成的解调器IC，并且包括两个模拟/数字转换器、微处理器、电平检测器和用于相应的调谐器IC的操作的调谐器接口。
可替换地，可以将接收器设计为接收移动电话通信信道以用于移动电话内的应用，或者可以将其设计为用于无线局域网(WLAN)或者用于其他任何数字通信信道的操作和接收的无线接收器。
例如，可以借助于可以通过使用CMOS技术而容易地进行集成的开关来实施数字增益设置。所有数字增益控制解决方案的缺点在于：在发生数字增益切换的时刻干扰来自调谐器的输出信号。这具体地对于数字电视频道的接收是一个问题，当用户已经选择了需要的电视频道时，所述数字频道提供恒定的数据流，而任何步进的幅度变化可能导致解调器的解码错误。
进一步地，由于由AC耦合造成的和/或由任何DC电压控制环路引起的调谐器的输出级的高通道特征，步进的增益设置引起短的失真，这导致输出端处的暂态波形，造成信号劣化，这将导致增加的比特错误率。具体地，用于补偿由放大器A2的高增益造成的偏移电压所必须的DC偏移抵消导致毫秒范围内的暂态波形。因此，通过在需要的通信信道的解调期间仅仅使用接收器的模拟增益控制AGC1，而不使用数字增益控制AGC2，本质上改善了接收器的性能。为实施本发明仅仅需要用于微控制器MC的附加的软件。
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员还可以提供本发明的其他实施例。具体地，该接收器不限于接收电视频道，而还可以用于接收已知的例如来自移动电话或者无线数字数据传输的其他任何射频通信信道。因此，本发明存在于所附的权利要求。

Claims (13)

1.一种接收器，包括：
RF输入端(IN)，用于接收多个通信信道；
第一放大器(A1)，耦接到RF输入端(IN)；
混频器(M)，耦接到第一放大器(A1)，用于对需要的通信信道进行下变频；
第二放大器(A2)，利用输入端耦接到混频器(M)的输出端；
解调器(DM)，利用输入端耦接到第二放大器(A2)的输出端；
用于第一放大器(A1)的模拟增益控制(AGC1)和用于第二放大器(A2)的数字增益控制(AGC2)；以及
数字控制器(MC)，在对需要的通信信道的选择之后，借助于数字增益控制(AGC2)来提供数字增益设置，并且在所述数字增益设置之后以及在需要的通信信道的解调期间，固定数字增益设置(AGC2)并借助于模拟增益控制(AGC1)来提供模拟增益设置。
2.如权利要求1所述的接收器，其中仅仅在模拟增益控制(AGC1)在其控制范围之外时，数字控制器(MC)在需要的通信信道的解调期间提供数字增益设置。
3.如权利要求1或2所述的接收器，其中在使能模拟增益控制(AGC1)时，不改变数字增益设置。
4.如权利要求1、2或3所述的接收器，其中数字控制器(MC)经由串行总线(DC)耦接到第二放大器(A2)，用于提供步进的增益设置，并且其中在使能模拟增益控制(AGC1)时，关闭串行总线(DC)的操作。
5.如前述的权利要求中的任一项所述的接收器，其中混频器(M)将所选择的通信信道转换为基带，并且其中第一放大器(A1)是增益控制RF放大器，而第二放大器(A2)是增益控制基带放大器。
6.如权利要求5所述的接收器，其中在集成的调谐器电路内将第一放大器(A1)、混频器(M)和第二放大器(A2)与基带输出滤波器(FI1，FI2)以及本地振荡器(LO)集成在一起。
7.如前述的权利要求中的任一项所述的接收器，其中解调器(DM)包括：
模拟/数字转换器(ADC1、ADC2)，利用输入端耦接到混频器(M)的输出端；
信号处理单元(SP)，耦接到模拟/数字转换器，用于对所选择的通信信道进行解调；以及
电平检测器(LD)，耦接到模拟/数字转换器和数字控制器(MC)。
8.如权利要求7所述的接收器，其中在集成的解调器电路中将数字控制器(MC)、模拟/数字转换器(ADC1、ADC2)、电平检测器(LD)和信号处理单元(SP)集成在一起。
9.如前述权利要求中任一项所述的接收器，其中数字增益控制(AGC2)的控制范围至少是50dB而模拟增益控制(AGC1)的控制范围小于20dB。
10.如前述权利要求中任一项所述的接收器，其是用于接收DVB-S、DVB-S2或者ABS-S数字电视频道的直接转换数字卫星接收器。
11.一种用于操作包括以下部分的接收器的方法，所述接收器包括第一增益控制放大器(A1)、利用输入端耦接到第一放大器的输出端的混频器(M)、利用输入端耦接到混频器的输出端的第二增益控制放大器(A2)、数字控制器(MC)以及电平检测器(LD)，其中所述方法包括以下步骤：
利用第一放大器(A1)接收多个通信信道；
借助于混频器(M)选择并下变频需要的通信信道；
借助于电平检测器(LD)来评估第二放大器的输出信号的信号强度；
借助于数字控制器(MC)、通过步进地改变第二放大器的增益直至第二放大器的输出信号在所定义的电压范围内，来在对需要的通信信道的选择之后提供用于第二放大器的数字增益设置(AGC2)；
当第二放大器的输出信号在所述电压范围内时，固定数字增益设置(AGC2)；
在对数字增益设置(AGC2)的固定之后使能用于第一放大器的模拟增益设置(AGC1)，并且解调需要的通信信道；
在对需要的通信信道的解调期间，使用模拟增益设置(AGC1)来保持第二放大器的输出信号在所述定义的电压范围内。
12.如权利要求11所述的方法，具有以下步骤：仅仅当模拟增益设置在其控制范围之外时、提供对第二放大器(A2)的重新校准。
13.如权利要求11或12所述的方法，具有以下步骤：当使能模拟增益控制(AGC1)时，关闭将数字控制器(MC)与第二放大器(A2)耦接的串行总线(DC)的操作。
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