CN1118135C - 为混频器产生变换信号的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种调谐器，包括一个转换(或外差)级，该转换级包括一个本机振荡器和一个混频器，用于将相应于所选频道的RF信号转换为IF信号。本机振荡器仅具有一个用于产生信号的可调谐振荡部分，以及一个频率变换器，例如可控分频器，用于转换由所述振荡部分产生的信号的频率，从而接收机能够在UHF和VHF频带中调谐。频率变换器的操作响应数字控制器，例如微处理器。

Description

为混频器产生变换信号的装置和方法
本发明涉及具有用于由RF源信号产生中频信号的转换调谐器的电视接收机。
通常的做法是利用一个以上的本机振荡器来调谐电视RF源的全频率范围，在美国电视接收机的全频率范围可从较低VHF频带的频道2的55MHz延伸到UHF频带的频道69的847MHz，17∶1以上的频率范围。这要求常规全频带电视调谐器的本机振荡器覆盖从大约90MHz直到几乎1GHz的宽频率范围。
最好不要要求本机振荡器在具有大约3∶1的极限限制的2∶1范围以上调谐，这是由于保证振荡器振荡、宽频谱上所产生振荡器信号的频率可靠性和信号幅度的问题，以及跟踪问题，因为当本机振荡器频率改变时其他电路例如可调谐滤波器必须跟踪。而且，一般用来调谐本机振荡器的变容二极管具有有限的调整范围，并在调整范围的低容性部分变为非线性。由于这些原因，在电视接收机中，通常采用至少两个本机振荡器，每个仅覆盖部分可调谐频谱，例如一个用于VHF频带，另一个用于UHF频带。
另外，为了消除振荡器之间的拍频(要求振荡器不要在使用中被关断)问题最好利用单个振荡器。此外，减少振荡器数量可能导致部件减少、印刷电路板空间减小，成本降低。
H.Fuchs的题为“使接收机适应不同频道的光栅的装置”的DE 38 30 921中描述了减小本机振荡器调谐范围的公知装置。Fuchs描述了用于产生混频器变换信号的装置，包括用于在预定频率范围上产生第一RF信号的可变振荡器，用于按照二进制数N变换第一RF信号的频率的除法器，以提供频率范围随施加于混频器的二进制数N的函数变化的第二RF信号；以及用于选择二进制数N的值的微处理器，以为了降低多标准电视接收机存储器需求的目的而提供对于每个所选二进制数N值的第二RF信号的各个频率范围。
在某些应用中，比如需要正交解调的应用，最好提供第二混频器的正交相移输出信号。Huber等人在题为“具有同相和正交相位检测信号的平方和的磁盘驱动器的介质(声波或超声波)探伤装置”的美国专利5121057中描述了数字正交相移发生器的实例。Huber等人的装置包括用于产生施加于相应混频器的同相和正交信号的除4电路。
在此认识到混频器信号产生中所存在的问题是混频器信号产生包含数字相移，本机振荡器频率范围需求可能要求本机振荡器在大于混频器中变换所需要的频率范围中工作。
本发明的目的是提供一种用于产生混频器变换信号的装置和方法，其有益效果是使本机振荡器提供混频器信号所需覆盖的最大频率范围最小，并使得宽频谱电视调谐器具有单一的本机振荡器，以便消除振荡器之间的拍频问题和减少部件、减小印刷电路板空间，降低成本。
按照本发明的一种用于混频器信号发生器的装置，包括用于产生预定频率范围上的第一RF信号的可变振荡器装置；用于按照二进制数N变换第一RF信号的频率的频率变换装置，以提供频率范围随施加于混频器的二进制数N的函数变化的第二RF信号；以及用于选择二进制数N的数值以提供对于每个所选二进制数N的第二RF信号的相应频率范围的控制装置。
实施本发明的装置的特征在于：用于施加数字相移到第二RF信号以产生数字移相的信号的第一装置；用于施加模拟相移到第二RF信号以产生模拟相移信号的第二装置；以及用于选择应用于混频器的模拟移相的信号作为频率高于给定频率的第二RF信号和用于选择应用于混频器的数字移相的信号作为频率低于给定频率的第二RF信号的第三装置。
按照本发明的一个特征，控制装置为二进制数选择一个单位值，N＝1；第三装置选择应用于混频器的模拟相移信号从而提供给混频器的第二RF信号占据等于由可变振荡器装置产生的第一RF信号的频率范围的频率范围。
按照本发明的另一个特征，第一装置包含用于施加第一RF信号的真和补形式到第一除法器和第二除法器的各输入端的装置；和用于施加第一除法器的输出到第二除法器的控制输入端的装置，在第二除法器的输出端产生应用于混频器的移相后的第二RF信号，其频率等于由可变振荡器装置产生的第一RF信号的频率的一半。
按照本发明的一种用于混频器信号产生的方法，包括步骤：产生预定频率范围上的第一RF信号；按照二进制数N变换第一RF信号的频率，以提供频率范围随应用于混频器的二进制数N的函数变化的第二RF信号；以及选择二进制数N的值，以提供对于二进制数N的每一所选数值的第二RF信号的相应频率范围。
按照本发明的方法的特征在于还包括步骤：施加数字相移到第二RF信号以产生数字相移的信号；施加模拟相移到所述第二RF信号以产生模拟移相的信号；以及选择应用于混频器的模拟相移信号作为频率高于给定频率的第二RF信号和选择应用于混频器的数字相移信号作为频率低于给定频率的第二RF信号。
按照本发明的一个特征，该方法的特征还在于为二进制数选择一个单位值，N＝1；和同时选择应用于混频器的模拟相移信号从而提供给混频器的第二RF信号占据等于第一RF信号的频率范围的频率范围。
按照本发明方法的另一个特征，施加数字相移到第二RF信号的方法步骤包含：施加第一RF信号的真和补形式到第一除法器和第二除法器的各输入端；和施加第一除法器的输出到第二除法器的控制输入端，在第二除法器的输出端产生应用于混频器的模拟移相的第二RF信号，其频率等于由可变振荡器装置产生的第一RF信号的频率的一半。
图1以方框图的形式示出现有技术的电视调谐器，其中锁相环(PLL)用于控制用作第一本机振荡器(LO)的压控振荡器(VCO)，结合一个用于将RF输入信号转换为IF信号的混频器。
图2以方框图的形式示出按照本发明的方面的VCO，包括按级联方式布局的振荡部分和脉冲分频除法器。
图3按照本发明的方面以方框图形式示出了图2本机振荡器适于用在直接变换调谐器中的替换实施例。
图4示出图3振荡器中得出的波形。
图5按照本发明的方面以方框图形式示出了图2振荡器适于用在直接变换调谐器中的另一替换实施例。
图6以方框图的形式示出适于采用图3和5所示实施例的直接变换调谐器。
调谐器1从由RF源3提供的多个RF信号中选择相应于所选频道的RF信号，并将所选RF信号转换为常规IF(中频)频率范围(例如美国41至46MHz之间)内的相应IF信号。RF源3例如可包含电视广播接收天线，有线分布网络，盒式磁带录像机，视盘播放机，或者家庭计算机。视频和音频信号处理单元5将由调谐器1产生的IF信号解调并分为亮度、同步、色度和音频分量。视频和音频信号处理单元5对各分量作进一步处理以产生相应于所选频道的视频和音频响应。
这一调谐器包括一个RF输入端7，RF源3连接到该输入端。在输入端7接收的RF信号由RF滤波器部分9滤波，以选择相应于所选频道的RF信号，所得到的RF信号被耦合到第一混频器11。具有相应于所选频道的标称频率的本机振荡器(LO)信号由LO 13产生并也耦合到第一混频器11。如图1所示，LO 13包含一个VHF本机振荡器13a和一个VHF本机振荡器13b，根据选择的是哪一频道，由频带切换信号从频道选择器43选择适当的振荡器。混频器11外差所选的RF信号和LO信号以产生IF信号。混频器11产生LO信号和所选RF信号的和频以及差频分量。IF信号耦合到IF滤波器级15，IF滤波器级15具有选择来让LO信号和所选RF信号的差频分量通过的通带响应。LO信号的频率决定IF信号的频率范围。
LO 13是压控振荡器，RF滤波器9根据调谐控制电压Vt的大小被控制。调谐控制电压Vt的大小由包括锁相环(PLL)的调谐器控制部分25按照所选频道控制。在PLL中，晶体振荡器27输出信号的频率被分频器(÷R)29除，以产生频率参考信号。PLL还包括分频器(÷K)31和分频器(÷N)33，用于除以本机振荡器信号的频率，以产生LO信号的分频方式。用相位比较器35比较频率参考信号和分频器本机振荡器信号，以产生表示它们之间频偏大小和方向的脉冲信号。由一个用作低通滤波器的积分器37对脉冲误差信号滤波，以产生LO 13的调谐控制电压Vt。调谐控制电压的大小是变化的，直到频率参考信号的频率与已分频的LO信号基本上相等。
选择除法器29的除法因子R，以确定频率参考信号的频率(fREF)。选择除法器31的除法因子K，以在进一步处理前减小较大频率的LO信号的频率，并与除法因子R一起确定除法因子K。控制单元39控制除法器33的除法因子N，以按照存储在寄存器41中的所需频道的频道号的二进制表示设置第一LO信号的频率。频道号的二进制表示根据频道选择器43的用户操作被输入频道号寄存器41，例如频道选择器43可以包含一个计算器一类的键盘，通过键盘用户可以顺序输入所需频道的频道号的十位和个位数。
图2表示出本发明的一个方面，一个本机振荡器的实施例，例如，本机振荡器13，如以上在背景部分中所讨论的，它能够在电视接收机所需频率的宽频率范围上调谐。
调谐电压Vt(见图1)通过适当的电阻60施加到变容二极管62，用于改变变容二极管62的电容，以调谐VCO 13的振荡部分64，其在示范实施例中是能够从0.5调谐到1GHz的振荡器。来自振荡器64的输出信号66耦合到分频器控制器68，它是一种可编程的二进制计数器，根据施加到端子70的除法器控制信号将振荡器64的振荡信号除以二进制数。端子70上的除法器控制信号可以由调谐控制微处理器72提供，或者可以由图1频道选择器43(未示出)导出。
对于除数1，输出信号Vo具有与振荡器64的频率相同的频率，即，由Vt调谐的500到1000MHz，并且可以认为该分频器是除法器旁路。对于500MHz到1000MHz的振荡频率范围而言，如下表所给出的，当除法器控制器68的除数增大时，信号Vo的频率下降：
       除法器68的除数                Vo的频率
       N＝2                          F＝250MHz到500MHz
          4                             125MHz到250MHz
           8                       62.5MHz到128MHz
          16                       31.25MHz到62.5MHz
为频道组选择N的值，并在所选频道是在一个不同的组中时改变其值。该表是关于振荡部分64的频率与输出信号Vo的频率随除法器68的除数变化的关系的表示。可以按需要调整振荡部分64的振荡频率和范围。此外，为Vo所作的频率选择取决于来自混频器的和或者差信号是否用作IF信号。
在另一情况下，振荡部分64可以在相当低的频率振荡，例如，在VHF频率，控制器68可以是倍频器(未示出)，例如，两倍频器或三倍频器。在这种情况下，Vo可以获得高于振荡部分64产生的频率信号的频率。
图3示出另一实施例。图3实施例具有两个附加的除2电路74a，74b，和提供90度相移的时钟76，以获得两个正交相位的输出信号Vo1，Vo2，它们对于以下结合图6讨论的直接变换调谐器是有用的。在图4中示出了图3实施例的波形，并示出如何利用Q和Q非时钟并将它们除以2得到提供90度相移的时钟76。从除法器74a输出端所作的连接使除法器74a，74b同步，这样74a的时钟总是超前的。该实施例示出由除法器74a，74b所作的附加除法，因此压控振荡器64在1GHz到2 GHz的较高频率之间是可调谐的。
图5示出了结合以下图6讨论的具有用于直接变换调谐器的VCO 13的相应于图3的另一替换实施例，其中UHF频带的正交相位信号Vo1，Vo2由两个离散LC相移网络76a，76b实现，Vo1，Vo2的输出频率大于500MHz。对于500MHz以下的本机振荡器频率，对该装置进行切换以使得正交相位信号Vo1，Vo2是通过如前文参照图3所述的除2除法器产生的。输出信号Vo1，Vo2用开关78在外部部件与额外的除法器74a和74b之间切换。
图6示出按照PCT专利申请第94/00138号的一种直接变换调谐器。该直流变换调谐器基本上包含两个频道，各自有两个转换级。收到的RF信号经由提供增益和一些选择性的调谐的RF放大器耦合到两个混频器M1A和M1B中的每一个。希望响应自动增益控制(AGC)信号(未示出)自动地控制RF放大器的增益。第一本机振荡器LO1产生的第一本机振荡器信号(如上述图3和图5中所示)被调谐到下边带(LSB)与上边带(USB)之间的所需频道频带的中心频率w0。以用于驱动混频器M1A和M1B的正交分量Vo1，Vo2形成第一本机振荡器信号。混频器M1A和M1B的相应IF输出信号由两个低通滤波器LPF A和LPF B滤波。低通滤波器LPF A和LPF B提供所需选择性以抑制来自相邻频道的响应和混频器M1A和M1B的高阶分量。
混频器M1A和M1B的每个输出信号包括相应于所收到RF信号的LSB和USB部分的下边带部分和上边带部分。低通滤波器LPF A和LPF B的输出信号耦合到第二对混频器M2A和M2B中相应的那个。混频器M2A和M2B由第二本机振荡器LO2产生的第二对正交本机振荡器信号中相应的那个驱动，如在图3和5中所示的。每个第二本机振荡器信号具有位于低通滤波器LPF A和LPF B的截止频率以上的频率wN，以满足奈奎斯特准则。混频器M2A和M2B的输出信号在求和单元SU中相加以产生输出信号。该输出信号耦合到用于解调的解调器(未示出)，解调的结果耦合到另外的信号处理部分。

Claims (6)

1.一种用于产生混频器的变换信号的设备，包含：
用于产生预定频率范围上的第一RF信号的可变振荡器装置(62，64)；
用于按照二进制数N变换所述第一RF信号的频率的频率变换装置(76)，以提供频率范围随施加于所述混频器(M1)的二进制数N的函数变化的第二RF信号；以及
用于选择所述二进制数N的数值以提供对于所述每个所选二进制数N数值的所述第二RF信号的相应频率范围的控制装置(72)；
其特征在于：
用于施加数字相移到所述第二RF信号以产生数字移相的信号的第一装置(74a，74b)；
用于施加模拟相移到所述第二RF信号以产生模拟移相的信号的第二装置(76a，76b)；以及
用于选择应用于所述混频器(M1)的所述模拟移相的信号作为频率高于给定频率(500MHz)的所述第二RF信号和用于选择应用于所述混频器的数字移相的信号作为频率低于给定频率的所述第二RF信号的第三装置(78)。
2.如权利要求1所述的设备，其特征还在于在所述设备的最大频率范围内工作：
所述控制装置为所述二进制数选择单位值，N＝1；以及
所述第三装置(78)选择应用于所述混频器(M1)的所述模拟移相的信号从而提供给所述混频器(M1)的所述第二RF信号(Vo2)占据等于由所述可变振荡器装置(62，64)产生的所述第一RF信号的频率范围的频率范围。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征还在于，所述第一装置包含：
用于施加所述第一RF信号的真和补形式到第一除法器(74a)和第二除法器(74b)的各自输入端的装置；以及
用于施加所述第一除法器(74a)的输出到所述第二除法器(74b)的控制输入端(D)的装置，用于在所述第二除法器(74b)的输出端产生应用于所述混频器(M1)的移相的第二RF信号，其频率等于由所述可变振荡器装置(62，64)产生的所述第一RF信号的频率的一半。
4.一种用于产生混频器的变换信号的方法，包括步骤：
产生预定频率范围上的第一RF信号；
按照二进制数N变换所述第一RF信号的频率，以提供频率范围随应用于所述混频器(M1)的所述二进制数N的函数变化的第二RF信号；以及
选择所述二进制数N的值，以提供对于所述二进制数N的每一所选数值的所述第二RF信号的相应频率范围；
其特征在于：
施加数字相移到所述第二RF信号以产生数字移相的信号；
施加模拟相移到所述第二RF信号以产生模拟移相的信号；以及
选择应用于所述混频器的所述模拟移相的信号作为频率高于给定频率的所述第二RF信号和选择应用于所述混频器的数字移相的信号作为频率低于所述给定频率的所述第二RF信号。
5.如权利要求4所述的方法，其特征还在于：
为所述二进制数选择一个单位值，N＝1；以及
同时选择应用于所述混频器(M1)的所述模拟移相的信号从而提供给所述混频器(M1)的所述第二RF信号(Vo2)占据等于所述第一RF信号的频率范围的频率范围。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征还在于，施加数字相移到所述第二RF信号的步骤包含：
施加所述第一RF信号的真和补形式到第一除法器(74a)和第二除法器(74b)的各自输入端；和
施加所述第一除法器(74a)的输出到所述第二除法器(74b)的控制输入端(D)，用于在所述第二除法器(74b)的输出端产生应用于所述混频器(M1)的所述模拟移相的第二RF信号，其频率等于由所述可变振荡器装置(62，64)产生的所述第一RF信号的频率的一半。
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