CN1211870A - 具有变抗器调谐带通开关带通滤波器的选择射频电路 - Google Patents

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Abstract

一种用于一个双变频调谐器的选择RF电路包括三个双调谐带通部,其每个均在所述调谐频带的三分之一的范围上进行调谐。每个带通部的输入和输出使用开关二极管以根据一个频带切换信号选择性地激活带通滤波器中的一个并使其余的处于停止工作状态。运算放大器或其它装置通过为工作的带通提供一个电流信宿而为待用的带通提供电流信源来提供频带切换信号。

Description

具有变抗器调谐带通开关带通滤波器的选择射频电路
本申请是一个序列号为No.08/516,031的部分继续申请，申请日期08/17/95，标题为“具有变抗器调谐及开关带通滤波器的选择RF电路”。
本发明涉及RF输入电路，更具体地是涉及一种用于数字电视信号(如转让给Zenith公司的U.S.专利No.4,435,841中所提出的Zenith/AT&T数字频谱兼容高清晰度电视系统(DSC/HDTV)中的)双变频调谐器中的RF电路，其目的在于减小双变频调谐系统中的二阶和三阶互调失真。其本质是当调谐多个频道时，选择性地切换一组电容及电感，通过限制输入信号的带宽而呈现所调谐频带上的高通和低通特性从而达到控制互调失真的目的。转让给Zenith公司的U.S.专利No.4,571,560中公开了一种用于一个双变频调谐器的开关带通滤波器配置。每个带通滤波器部均包括一个使该滤波器部处于使用状态以通过或使其处于待用状态以抑制被调谐的频带的开关二极管。部分处于待用状态的带通滤波器部的作用是引出具有工作滤波器部的通带以外的频率上的陷波的频率响应。因而当调谐多个频道时为了改善频带的拒斥斜率工作滤波器部使用了待用带通滤波器部的某些器件。转让给Zenith公司的U.S专利No.5,311,318中公开了一种双变频调谐器，其第一本机振荡器由一个提供有第一数字编号的低噪声锁相环控制，而第二本机振荡器由一个补偿第二本机振荡器的频率以第一IF频率与一个预定值的任何偏差的第二数字编号控制。这些专利为本发明提供了相关背景。
随着电视信号数字传输系统和HDTV的进步，其越来越需要对目前NTSC传输尚能接受的电视调谐器的性能进行改进。具体地说，调谐器的选择性必须被加强。其最好是加宽并改善在一个6MHz频道中的频率响应并最小化不同频道之间频率响应的变化。其还期望HDTV传输能够启动所谓的禁忌频道。当使用标准的单变频变抗器调谐TV调谐器时，上述的需要是相反的。一个双变频调谐器(已被有线电视行业使用多年)在产生多种所需的改进的同时也会带来与其宽带RF输入有关的其它问题。与具有一个低IF频率并允许某种程度上的RF及本机振荡器统调的单变频调谐器不同，一个双变频调谐器具有相对较高的第一IF频率(大约1GHz)。近年来在专用微处理器，D/A转换器，电子开关电路和电路集成方面的发展使其能够提供一种利用一个微处理器控制RF选择性的前端的双变频调谐器成为可能，这也就是本发明的目的。
本发明的一个基本目的是提供一种新型的选择RF电路。
本发明的另一个目的是提供一种用于可用在一个数字传输系统中的一种双变频双调谐带通调谐系统的选择RF电路。
本发明的另一个目的是提供一种可以用数字方式控制的选择RF调谐系统。
通过阅读接下来结合附图的说明可以很明显地看出本发明的这些及其它的目的和优点，其中：
图1所示为根据本发明所构造的一个双变频调谐器的部分方框图；
图2所示为图1所示的调谐器中的选择性切换及变抗器调谐带通电路的简图；
图3所示为图2所示的电路中用于控制变抗器和开关二极管及提供用于调谐数据保存的装置的配置。
图1所示为一个由微处理器12控制用于向一个信号处理电路29提供一个输出信号的调谐器模块22。RF输入信号，其可以是电缆连接或无线传输的54MHz-806MHz的DTV或HDTV信号，通过一个PIN二极管衰减器21提供给一个标注为选择性带通滤波器的部件10。部件10的RF输出被提供到一个放大器11，随后被提供给一个加载了来自第一锁相环合成器16中的第一本机振荡器26的一个信号的第一混频器14。第一混频器14的输出为，例如，一个施加到第一IF滤波器和放大器18上的920MHz的IF信号。来自第一IF放大器18的该信号被施加到第二混频器20上，其上还施加了一个来自第二本机振荡器26’(在第二锁相环16’中)的一个信号以产生频率为44MHz的第二IF信号。该第二IF信号被施加到第二IF放大器28，其输出被施加到信号处理电路29上(其另外包括用于处理电视信号的电路(未示出))。一个微处理器12控制部件10(利用控制器12a)及合成器16和16’，并从控制器12a中的EEPROM存储器(本图中未示出)中检索所有必要的调谐数据。
合成器16包括一个用于控制第一本机振荡器26的低相位噪声锁相环。为此，提供了一个晶体基准(Crystal reference)17，一个相位检测器15和一个滤波器13。微处理器12将第一数字编号提供给一个可编程分频器19。第一本机振荡器26的输出被耦合到向相位检测器15提供一个输入的可编程分频器10上。由于第一本机振荡器信号的粗调谐增量，第一IF信号频率可以与所需值相差几分之一个MHz。
微处理器12还向第二合成器16’中的一个可编程分频器19’提供一个第二数字编号。第二合成器16’类似于第一合成器16且包括一个用于控制第二本机振荡器26’的低相位噪声锁相环。来自晶体基准17和可编程分频器19’的信号被提供给相位检测器15’，其通过一个滤波器13’对第二本机振荡器26’进行控制。第二本机振荡器26’的输出被耦合到可编程分频器19’上。可以理解的是尽管所示是一种双变频调谐器，为了达到本发明的目的，任何类型的调谐器均可被使用。
图2表示了图1中的部件10。三个双调谐变抗器调谐带通电路(一个低(Lo)频带，一个中(Mid)频带，一个高(Hi)频带)被连在RF输入及RF输出之间。这三个带通滤波器的一个典型的频率分布为：Lo频带，大约为54-133MHz；Mid频带，大约为133-327MHz；Hi频带，大约为327-806MHz。每个双调谐电路提供有一个公用可变输入部调谐电压T1，一个公用可变输入部调谐电压T2，一个公用可变耦合因数调节电压T3及一个单独的切换电压。调谐电压T1和T2，如果被独立地控制，便为一个自动计算机化调整处理提供了一个合适配置。第三独立电压T3提供了用于保持最佳带通响应的方法。各个切换电压最终由对应数目的运算放大器或其它能够同时提供电流源发(sourcing)及吸收(sinking)的装置产生。该操作由微处理器12经一个控制总线13(图3)通过控制器12a进行控制。
特别参照Lo频带带通电路，调谐电压T1从控制器12a通过一个RF去耦电阻38耦合到一对变抗器调谐二极管33,34的结点上。类似地，调谐电压T2从控制器12a通过一个RF去耦电阻39耦合到一对变抗器调谐二极管36,37的结点上。一个小串联电容35被连在变抗器二极管33和36的正极之间。变抗器二极管34和37的正极通过一个电阻43和一个电容44的并联组连到(不论AC或DC)地电势。公用耦合因数调谐电压由控制器12通过一个RF去耦电阻65提供到电容66和一个变抗器二极管67上，它们与电阻43和电容44并联。Lo频带电路的输入端80通过一个电容30和一个电感41连到电容35和变抗器二极管33的结点上，而Lo频带输出端90类似地通过一个电容31和一个电感48连到电容35和变抗器二极管36的结点上。电容30和电感41的结点通过一个电感42接地，而电容31和电感48的结点也通过一个电感49接地。
Lo频带带通电路的操作是这样的，理想情况下，一个宽于6MHz的频带作为所调谐及耦合的电压T1,T2和T3的一个函数沿Lo频带电路54到133MHz的带宽被跟踪。正如所将要看见的，某些二极管开关将激活Lo、Mid、Hi频带带通电路中的一个而同时使其它两个停止工作，使得每个带通电路仅使用于一个限定的频率范围上。这些切换电路的基本特性是这些二极管被完全地闭合及断开(以防止串线)而不需要一个双极性电源或产生不必要的能量消耗。
这些二极管切换电路切换每个带通电路的输入和输出，而其由运算放大器或其它同时提供有用于开关二极管电流的一个信源和一个信宿的装置驱动。Lo频带的切换电路包括一个连到一对电阻54和55的结点上的正电压信源。电阻54通过一个电感56连到一个串联开关二极管58的正极上(其负极被连到Lo频带输入端80上)，而电阻55通过一个电感57连到一个串联开关二极管60的正极上(其负极被连到Lo频带输出端90上)。在输入方，一个并联开关二极管59将其正极连到Lo频带输入端80上，而将其负极通过一个电容62接地(AC wise)。在输出方，一个并联开关二极管61将其正极连到Lo频带输出端90上，而将其负极通过一个电容64接地(AC wise)。电容62和641的未接地端通过一对低阻值电阻45和46连在一起，其结点通过一个为带通滤波器的所有切换电路所公用并具有远高于电阻45和46的阻值的电阻47接地。控制器12a在端A通过一个高逻辑(信源)和一个低逻辑(信宿)电压。该电压通过一个电感51提供到Lo频带输入端80并通过一个电感52通过到Lo频带输出端90。
在操作中，端A的一个高逻辑电压将并联二极管59和61正向偏置，使其导通，从而使得电阻47上的电压接近于正的电源电压。该电压依次提高其它滤波器中的并联二极管的反向偏置，同时反向偏置串联二极管58和60，使其截止。因此Lo频带部处于待用状态。另一方面，端A的一个低逻辑电压将串联二极管58和60正向偏置，使其导通。在该过程中，电阻54和55上的压降不断增大从而提高了全部待用串联滤波器二极管的反向偏置并反向偏置并联二极管59和61，使其变为截止状态。在此情况下，Lo频带带通部保持工作状态。
RF输入信号通过一个电容65加载到串联二极管58的正极(及共接串联二极管58’和58”的正极)上，而RF输出信号通过一个电容70从串联二极管60的正极(及串联二极管60’和60”的共接正极)中引出。
Mid频带和Hi频带带通部的电路布局基本相同。其元件值明显不同，这是由于Mid频带电路是在133及327MHz之间调谐而Hi频带电路是在327及808MHz之间调谐的。另外，输入及输出电感在电路连接方面有所不同。在Lo频带电路中，电感42及49分别并联于电感41和48的输入端及输出端。在Mid频带及Hi频带电路中，对应的输入电感42及42”分别并联于电感41及41”的反向端。类似地，对应的输出电感49及49”分别并联于电感48及48”的反向端。
Mid频带电路和Hi频带电路的二极管切换电路与Lo频带电路的切换电路相同，其输入串联二极管58’和58”对应于二极管58，输入并联二极管59’和59”对应于二极管59，输出串联二极管60’和60”对应于二极管60，而输出并联二极管61’和61”对应于二极管61。类似地，电阻45’和46’被连到二极管59’及61’与其对应的电容62’及64’的结点上，并依次将其各自的结点连到公用电阻47上。Hi频带电路同样也包括类似连接的电阻45’及46’，和电容62”及64”。端B和C分别通过电感51’及51”和电感51’及52”从提供信源/信宿电流的控制器12a耦合到端80’,80”和90’,90”。
其应被理解的是当控制器12a1的输出A、B、C的任何一个为低(电流信宿)时，其它输出均为高(电流信源)，从而使得仅有一个带通滤波器保持工作状态而其它均为待用状态。加载到在串联开关二极管58,58’和58”的正极上的RF信号被任一个处于工作状态的带通滤波器处理并从串联开关二极管60,60’和60”中处于工作状态的一个的正极引出。控制器12a提供用于控制其操作(如使各个带通电路在适当的频带上处于工作状态，而在所有其它的频带上处于待用状态)的信号。控制器还提供可有效引发带通滤波器在其对应范围跟踪输入调谐RF信号的调谐电压T1,T2和T3。
那些技术熟练者将理解本系统并不仅局限于三个带通滤波器，其可以扩展为更多个数的情况(或在适当情形减少为两个)。由于在任何时候仅有一个带通工作，电阻54和55的阻值分别由其所提供的单个工作的开关二极管的电流需求所固定。另一方面，电阻47的值是作为二极管的电流需求及在非工作带通电路中被驱动导通的并联二极管的数目的函数来选择的。因而电阻47的值是所采用的单独导通电路数目的函数。
图3所示为图1所示的控制器12a1的一个示例。控制器产生必要的调谐电压T1,T2和T3及提供于端A,B和C上的频带切换信源/信宿电流。控制器12a还利用一个EEPROM存储器电路12b提供调谐数据保存功能。在此配置中，控制器12a的全部部件基本上均为集成电路。三个集成电路D/A 72,74和76产生模拟调谐电压T1,T2机模拟耦合电压T3。D/A 72为处于工作状态的输入电路提供调谐电压T1,D/A 74为处于工作状态的输出电路提供调谐电压T2，而D/A 76提供处于工作状态的输入电路及输出电路之间的调节电压T3。三个电流信源/信宿发生器集成电路82,84和86控制频带切换操作，而EEPROM 12b以数字形式保存根据所选中的频道编号调谐及切换所有这些电路所必要的编码数据。那些技术熟练者将理解可能有多种不同层次的集成电路，其最高为一个单独的具有用于T1,T2和T3的三个模拟输出管脚，三个信源/形式输出管脚和一组与所互连的总线通信等量的管脚。
其应被理解的是对于那些技术熟练者，在不背离其真实精神机范围的情况下可对所说明的实施例进行多种修正及改变。本发明仅局限于如权利要求所定义的电路。

Claims (10)

1．一种用于在一个调谐频带中的调谐操作的选择RF电路，其特征在于包括：
一组可调谐双调谐带通部，其每个均具有一个输入和一个输出并分别可在所述调谐频带的对应部分进行调谐；
连到每个所述带通部的所述输入和所述输出的开关二极管装置；
用于操作所述开关二极管装置的装置，以选择性地将多个双调谐带通部的每一个的所述输入和所述输出耦合，以调谐所选择出的一个频道信号；以及
用于调谐所述双调谐带通部的调谐电压装置，用于跟踪所述选中所述频道信号。
2．如权利要求1所述的电路，其特征在于所述可调谐双调谐的带通部包括一个变抗器调谐二极管，所述调谐电压装置改变所述变抗器调谐二极管的电容。
3．如权利要求2所述的电路，其特征在于所述操作装置源发及吸收所述开关二极管以当所述开关二极管被截止时提供一个较大的反向偏置，而当所述开关二极管导通时其提供能量消耗。
4．如权利要求3所述的电路，其特征在于所述操作装置包括运算放大器。
5．一种用于调谐器的选择RF电路，包括：一组可调谐的双调谐带通部，其每个均具有一个变抗器二极管及一个输入和输出，并可在所述调谐频带的一个对应部分上进行调谐；
连到所述带通部的所述输入及所述输出上的开关二极管装置；
用于为选择性地耦合所述三个双调谐带通部的每一个的所述输入及所述输出而驱动所述开关二极管装置以选择性地调谐所述频道信号中的一个的运算放大器装置，所述运算装置源发及吸收所述开关二极管以当所述开关二极管被截止时提供一个较大的反向偏置，而当所述开关二极管导通时其提供最小的能量消耗。
用于为跟踪所述频道信号而改变所述变抗器二极管的特性以调谐所述双调谐带通部的调谐电压装置。
6．一种用于操作在一个调谐频带中的双变频调谐器的选择RF电路，其特征在于包括：
三个可调谐的双调谐带通部，其每个均具有一个输入及一个输出并在所述调谐频带的三分之一上进行调谐
连到每个所述带通部的所述输入及所述输出上的开关二极管装置；
用于为选择性地耦合所述三个双调谐带通部的每一个的所述输入及所述输出而操作所述开关二极管装置以调谐一个选中的所述频道信号的装置；
用于为跟踪所选中的所述频道信号而调谐所述双调谐带通部的调谐电压装置。
7．如权利要求6所述的电路，其特征在于每个所述可调谐的双调谐带通部包括一个变抗器调谐二极管，所述调谐电压装置改变所述变抗器调谐二极管的电容。
8．如权利要求7所述的电路，其特征在于所述操作装置源发及吸收所述开关二极管以当所述开关二极管被截止时提供一个较大的反向偏置，而当所述开关二极管导通时其提供能量消耗。
9．如权利要求8所述的电路，其特征在于所述操作装置包括运算放大器。
10．一种用于双变频调谐器的选择RF电路，其特征在于包括：
三个可调谐的双调谐带通部，其每个均具有一个输入及一个输出并在所述调谐频带的三分之一上进行调谐
连到每个所述带通部的所述输入及所述输出上的开关二极管装置；
用于为选择性地耦合所述三个双调谐带通部的每一个的所述输入及所述输出而驱动所述开关二极管装置放大器以选择性地调谐所述频道信号中的一个的运算放大器装置，所述运算装置源发及吸收所述开关二极管以当所述开关二极管被截止时提供一个较大的反向偏置，而当所述开关二极管导通时其提供最小的能量消耗。
用于为跟踪所选中的所述频道信号而调谐所述双调谐带通部的调谐电压装置。
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