CN1726640B

CN1726640B - 可调谐跟踪滤波器

Info

Publication number: CN1726640B
Application number: CN2003801060207A
Authority: CN
Inventors: L·J·M·勒伊滕伯格
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Callehan Tiele Co ltd
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2023-11-27
Also published as: CN1726640A; KR20050085506A; WO2004055984A1; JP2006510289A; US7519342B2; US20060072276A1; EP1573911A1; AU2003279479A1

Abstract

具有任意中频输出的集成调谐器电路(20)。调谐器包含集成电路，该集成电路具有固定频率控制回路(30)和匹配的外部可变电容C_t，以实现调谐LC带通滤波器与任意振荡器的跟踪。

Description

可调谐跟踪滤波器

技术领域

本发明通常涉及例如在电视和收音机中使用的集成调谐器电路，更加具体而言，涉及调谐器滤波器与任意振荡器的跟踪。

背景技术

调谐器技术已经发展到这样的程度：用于电视机信号接收机和收音机等的调谐器现在能被形成在单个集成电路上。目前，可利用的集成调谐器通常是特定的应用，例如，

使用特定的振荡器和中频(IF)频率设计调谐器用于操作。因此，对于不同的射频应用需要不同的集成调谐器。

本发明提供集成调谐器电路一个任意的中频输出。调谐器包含集成电路(IC)控制回路和匹配的外部可变电容C_t，以实现与任意振荡器的跟踪。

从结合附图的本发明多方面的以下详细的描述可以比较容易地理解本发明的这些和那些特性。

附图说明

图1描述了含可变电容C_t和固定电感L的调谐LC带通滤波器。

图2描述了可变外部负载电容C_t和图1的调谐LC带通滤波器。

图3是根据本发明的集成调谐器电路的一个方块图。集成调谐器电路包含用于滤波器跟踪的固定频率控制回路。

应当指出的是这些图仅仅是示意性表示，并不意味着描述本发明的特定参数。这些图仅仅想要描述本发明的典型方面，因此，这些图不应该被认为限制了本发明的范围。

具体实施方式

在图1中说明了调谐LC带通滤波器10。带通滤波器10包含可变总电容c_t和感应线圈L，它们是并联设置的。通过可调谐电压V_TUN调谐带通滤波器10，可调谐电压V_TUN被应用于与带通滤波器10耦合的变容二级管(未显示)。当L被固定时，带通滤波器10的谐振频率ω_tank可由下面等式给出：

ω_tank＝ω_LO±ω_IF (等式1)

或者

ω_tank ²＝1/LC_t (等式2)

这意味着：

ω_tank ²c_t＝1/L＝常数，(等式3)

等式3可导出：

C_t∷ω_tank ^-2＝(ω_LO±ω_IF)^-2，(等式4)

这是跟踪所需要的频率相关关系。

在包含这样一个带通滤波器10的频率合成调谐器中，被应用在混频器上的调谐器的本机振荡器频率ω_LO通过等式5与参考晶体(X-ta1)振荡器频率ω_xtal相关：

ω_LO＝N_div/M_divω_xtal (等式5)

在等式5中，M_div是固定分频比，N_div是可编程序分频器。给定一个固定的参考X-tal振荡器频率ω_xtal，那末等式5意味着：

ω_LO∷N_div， (等式6)

这也意味着，根据等式1，对于零中频或者低中频来说：

ω_tank＝(ω_LO±ω_IF)∷N_div (等式7)

对于零中频调谐器的概念，带通滤波器10的谐振频率ω_tank等于调谐器的本机振荡器频率ω_LO，用于适当的跟踪。对于接近零的中频概念，ω_tank ≈ω_LO，因此，从等式4得到：

C_t∷ω_LO ^-2. (等式8)

从等式7中，可以导出：

C_t∷N_div ^-2. (等式9)

对于低中频集成电路(例如，接近零或零中频)的概念，例如通过电流源能提供振荡器或者被分开的(divided)振荡器频率给一个外部负载电容C_t，它与带通滤波器10中的电容C_t相匹配。在图2中说明了包含带通滤波器10和外部负载电容C_t的集成调谐器电路20。集成调谐器电路20包含集成电路22，它有一个用于产生可调谐电压V_TUN的控制回路(未示出)。通过可调谐的电压V_TUN调谐外部负载电容C_t，可调谐的电压V_TUN被应用于变容二级管(图中未示出)，该变容二级管是外部负载电容C_t的部分(元件)。定义加在外部电容C_t上的电压为：

u_t(t)＝N_div ²U_tcosω_xtalt，(等式10)

等式10遵守下面等式：

i_t(t)＝-ω_xtalC_tN_div ²U_tsinω_xtalt.(等式11)

通过使i_t(t)振幅独立于N_div和C_t，然后：

C_t∷N_div ^-2 (等式12)

因而，在带通滤波器10中的外部负载电容C_t和电容器C_t的电容都与N_div ^-2成比例。同样地，在零或低中频频率概念的振荡器和含固定L和可变的c_t的变容二级管调谐LC带通滤波器10之间跟踪的情况下，集成调谐器电路20能在匹配的负载电容器C_t上产生被很好定义的振荡器频率的相关的电压。相反地，在没有跟踪的情况下，电压将偏离预测的振荡器频率相关的运行特性。如果，在此情况下，集成调谐器电路20产生用于带通滤波器10的电容器C_t和外部负载电容器C_t的可调谐电压V_TUN，则限定控制回路使在C_t上的(分频)的振荡器电压运行是跟踪所需要的。控制回路将确保用于振荡器和带通滤波器10的频率相关运行特性是一样的。这将意味着带通滤波器10和振荡器将始终用同一因数进行解调。

在上面所描述的方案中，假设外部负载电容器C_t对集成调谐器电路20是唯一的外部负载。然而，集成调谐器电路20将增加额外的电容负载，该额外的电容负载将导致跟踪错误，特别是在频带的较高端，在频带的较高端，C_t变小。由集成调谐器电路20组件和芯片上的电容确定附加的电容(例如，寄生电容C_p)。由于在集成调谐器电路的设计期间，可以预先估计C_p的值，所以能考虑到在控制回路30中的补偿。

本发明提供了固定频率控制回路30(图3)，用于调谐带通滤波器10的电容C_t以便在一个频率点校准(如果必需的话)之后，带通滤波器10保持与实际可变的振荡器频率(例如，在集成调谐器电路20中不必出现的频率)的跟踪。控制回路30位于集成调谐器电路20之内，而带通滤波器10和外部负载电容器c_t位于集成调谐器电路20之外。带通滤波器10的谐振频率ω_tank大约等于ω_LO±ω_IF。

根据以上分析，设计控制回路30以产生具有相关分量的信号，该相关分量通过下面表达式给出：

1-(αω_xtal ²R²C)N²C_t.(等式13)

其中α是可变增益，ω_xtal是X-tal振荡器32频率，R是电阻，C是电容，和N是可编程的值，该值与N_div成一定比例，用于调整ω_LO的值。N_div可被转换为N，因为N_div通常是15比特的数字，这些数字能启动小振荡器的步长(steps)，但是使带通滤波器10的步长(steps)要大很多，因此，限制N例如为7比特字，该字与N_div成比例。从等式7，从而得到：

ω_LO＝ω_tank＜＝＞N_div≈N.(等式14)

先前的等式(ω_LO∷N_div(等式6)和ω_tank＝(ω_LO±ω_IF)∷N(等式7))是有效的，并且隐含地在N和N_div之间的ω_LO和ω_IF相关关系跟随。因此，通过编程N和N_div，获得跟踪。在零或低中频的情况下，对于跟踪，N_div≈N是足够的。

在等式13中，N和C_t是唯一的振荡器频率相关的分量。同样地，只要ω_LO∷N_div≈N，则将调谐电容C_t以便：

1-(αω_xtal ²R²C)N²C_t→0(等式15)

以保证带通滤波器10保持跟踪所期望的振荡器频率。

在控制回路30中，通过现有技术中已知类型的模拟乘法电路34传递振荡器32的输出U₀以产生信号u₀N²。例如，正如图3所示的，模拟乘法电路34可以包含具有可编程增益的两个相同的级联放大器。应当指出的是，还用计数法提供N和U₀N²。通过软件或者硬件控制提供对应于带通滤波器10的所期望的可调谐振荡器频率ω_LO的值N给乘法电路34。通过可调整的增益电路36传送信号U₀N²进入级38，设计该级38以产生信号40，信号40由下列等式给出：

-U₀{1-αN²(jω₀RC-ω_xtal ²R²CC_p)}.(等式16)

提供反馈级42以产生信号44，信号44由下列等式给出：

-αN₂U₀{jω^xtalRC-ω_xtal ²R²C(C_t+c_p)}(等式17)

在方块图中，假设在集成电路设计阶段的期间，提供用于集成电路20的寄生电容C_p的补偿。同样，C_p出现在级38中并且与外部负载电容C_t是并联的。

分别用于从级38和40分别得到用等式16和17所表示的表达式的电路分析被假定在本领域的普通技术人员的范围之内，并且在这里将不详细介绍该电路分析。而且，应当理解的是，除了这里所公开的电路和在图3中所示出的电路，还使用模拟和/或者数字电路提供用等式16和17所表示的表达式。

分别在加法器46中组合用等式16和17所表示的信号40，44，产生信号48，信号48由下列等式给出：

-U₀{1-(αω_xtal ²R²C)N²C_t}.(等式18)

将信号38与振荡器32信号混合50和积分为可调谐电压V_TUN52之后，控制C_t以便实现等式13所表示的表达式，也就是，1-(αω_xtal ²R²C)N₂c_t→0。因而，c_t∷(ω_LO±ω_IF)^-2或Ct∷ω_LO ^-2用于零和低中频，它们是跟踪时所需要的频率相关关系。

在本发明中，固定频率控制回路30使用值N，N大约等于分频比N^div，在不使用实际振荡器频率ω^LO本身的情况下，值N用于振荡器的调谐。在高中频的情况下，用于调谐带通滤波器10跟踪所使用的比率N与N_div不一致(例如，N_div≠N)，带通滤波器10被调谐为一个频率，该频率不同于所期望的振荡器频率ω_LO。在这种情况下，需要为N_div和N单独的编程。然而，单独的校准(alignment)之后，带通滤波器10被调谐到的频率对于每个N值是精确地知道的。通过由可调整增益电路36提供的可变增益α和/或者通过在带通滤波器10中调整感应器L的固定值可以完成该校准。作为替换方案，或附加地，对于带通滤波器10和振荡器频率ω_LO之间的小频率偏移，在带通滤波器10中，给外部负载电容C_t提供相对于电容C_t的某一失配。因而，通过独立地访问对于N的值，带通滤波器10被调谐为每个想要的中频，该中频离所期望的振荡器频率ω_LO有距离。应当指出的是，对于非零概念，通过外部负载电容C_t的电压相关性的适应也可以实现频率偏移。

正如上面所陈述的，本发明不限于零或低中频应用。在单独频率校准之后，例如在通过调整增益值α与可编程的N和ω_xtal的单独频率校准之后，调谐LC带通滤波器10被调谐为每个想要的频率。按照这种方法，带通滤波器10变成“频率合成”滤波器，该滤波器被锁定到“实际振荡器频率”Nω_xtal，因为在集成电路中这个频率不必出现。

选择对于N的值的自由度允许本发明给单独的集成调谐器提供任意的中频输出。使用本发明的跟踪，可以实现超外差机(Supradyne)，低外差机(Infradyne)，零中频，上变换或一个振荡器的应用。使用同一集成调谐器电路在软件控制下一体化提供所有这些应用。

还应该指出的是，本发明提供了几个其他特性。例如，由集成电路20本身引起的寄生电容C_p在集成电路20内能被过渡补偿。同样地，对于恰当的跟踪，电容器C_p需要被外部地连接到集成电路上。有利地，总是为最小的不想要的并联电容设计LC带通滤波器10，因此，得到最大频率范围。另外，固定频率控制回路30在环路中可以使用X-tal振荡器频率ω_xtal。这样可以将干涉的危险减少到最小，因为不引入新的频率。

为了说明和描述，已经给出了本发明各个方面的上述描述。这并不意味着是穷尽本发明，或者将本发明限制为所公开的精确的形式。很显然，许多修改和变更是可能的。对于本领域的普通技术人员来说显而易见的修改和变更意味着被包括在本发明的范围之内，正如所附权利要求所限定的。

Claims

1.一个电子电路，包括集成调谐器电路和外部负载电容器，所述外部负载电容器具有可变电容C_t并形成所述集成调谐器电路的至少一部分负载，其中，所述集成调谐器电路包含：

具有可变电容C_t和固定电感L的调谐LC带通滤波器(10)；

和

用于产生电压V_TUN的固定频率控制回路(30)，该电压V_TUN用于调整带通滤波器和外部负载电容器的可变电容以实现带通滤波器与任意振荡器频率ω_LO的跟踪。

2.根据权利要求1的集成调谐器电路，其中，固定频率控制回路(30)进一步包含固定频率振荡器(32)和接收可编程值N的电路(34)，该值N用于设置ω_LO的值，其中，固定频率控制回路调整可变电容C_t以便C_t::(ω_LO±ω_IF)^-2::N^-2:，其中ω_IF是中频。

3.根据权利要求2的集成调谐器电路，其中，通过调整可编程值N，带通滤波器(10)被调谐为与ω_LO有一定距离的多个不同中频的每一个频率。

4.根据权利要求2的集成调谐器电路，其中，固定频率振荡器(32)输出具有频率ω_xtal的信号，和其中，将调谐LC带通滤波器(10)调谐为实际振荡器频率ω_LO，由Nω_xtal给出ω_LO。

5.根据权利要求1的集成调谐器电路，其中，固定频率控制回路(30)包括补偿装置，所述补偿装置用于为寄生电容C_p的跟踪提供补偿，所述寄生电容C_p至少部分地由所述集成调谐器电路组件来确定，而且所述补偿装置包括额外电容器，所述额外电容器具有表示所述寄生电容的电容值。

6.根据权利要求1的集成调谐器电路，其中，固定频率控制回路(30)运行以产生一个信号：

1-(αω_xtal ²R²C)N²C_t→0

其中，α是可变增益，ω_xtal是固定频率振荡器的频率，R是电阻，C是电容，和N是可编程值，该值用于设置ω_LO的值。

7.根据权利要求6的集成调谐器电路，其中，N和C_t是仅有的振荡器频率相关变量。

8.一种用于跟踪LC调谐带通滤波器(10)与任意振荡器频率ω_LO的方法，其中，带通滤波器包含可变电容C_t和固定电感L，包含：

提供用于产生电压V_TUN的固定频率控制回路(30)，该电压V_TUN用于调整调谐带通滤波器(10)的可变电容C_t和用于调整负载电容器的可变电容C_t；和

输入可编程的值N到固定频率控制回路(30)中，用于设置ω_LO的值，其中，固定频率控制回路调整可变电容C_t以便Ct::(ω_LO±ω_IF)^-2::N^-2:，其中ω_IF是中频。

9.根据权利要求8的方法，进一步包含：

通过调整可编程值N，带通滤波器(10)被调谐为与ω_LO有一定距离的多个不同中频的每一个频率。

10.根据权利要求8的方法，其中，固定频率控制回路(30)包括固定频率振荡器(32)，该振荡器输出具有频率ω_xtal的信号，进一步包含：

调谐带通滤波器(10)为实际振荡器频率ω_LO，由Nω_xtal给出ω_LO。

11.根据权利要求8的方法，包括使用固定频率控制回路(30)为针对寄生电容C_p的调整进行补偿，所述寄生电容C_p至少部分地由所述集成调谐器电路组件来确定，其中所述补偿包括使用固定频率控制回路中采用的额外电容器，所述额外电容器具有表示所述寄生电容的电容值。

12.根据权利要求8的方法，其中，固定频率控制回路(30)运行以产生一个信号：

1-(αω_xtal ²R²C)N²C_t→0

其中α是可变增益，ω_xtal是固定频率振荡器的频率，R是电阻，C是电容。

13.根据权利要求12的方法，其中，N和C_t是仅有的振荡器频率相关变量。