CN1878263A - 单次转换集成电路电视调谐器 - Google Patents

Abstract

单次转换集成电路电视调谐器包含一第一滤波器，其包含一射频讯号输入端及一实数输出端，该射频讯号输入端用来接收射频讯号；一谐波拒斥混频器，包含一实数输入端及一复数输出端，该谐波拒斥混频器的实数输入端耦接于该第一滤波器的实数输出端；以及一多相滤波器，其包含一复数输入端，耦接于该谐波拒斥混频器的复数输出端；该第一滤波器仅将一实数讯号传送至该谐波拒斥混频器。

Description

单次转换集成电路电视调谐器

技术领域

本发明涉及一种电视调谐器(tuner)，特别是涉及一种用于一射频讯号的单次或直接频率转换(frequency conversion)的集成电路电视调谐器。

背景技术

宽带调谐器(broadband tuner)可应用于诸如电视、录放机等各种不同种类的消费及商用系统中，宽带调谐器也可应用于缆线调制解调器(cablemodem)及缆线机上盒(cable set-top-boxes)等更复杂、精密的装置中。

作为宽带讯号的射频前端(RF front-end)，调谐器负责接收所有可用的频道、选择期望的频道、并滤除其它的频道。一般说来，这些调谐器操作于40至900百万赫兹(MHz)的频率范围内，且与传统调谐器有不同的性能要求。在这些调谐器中，频率转换结构对于调谐器的设计而言，是十分重要的。

世界知识产权组识(World Intellectual Property Organization)公开号WO 02/093732，披露了一种先进的电视调谐器，这种型式的电视调谐器使用双次转换，因此，其必需包含两个多相滤波器(polyphase filter)及两个混频器(mixer)。

另外一种整合式电视调谐器(TDA8275硅集成电路调谐器)是由菲利浦公司所开发的，该TDA8275硅集成电路调谐器可提供一低中频(lowintermediate frequency，IF)讯号至一后端的译码装置，然而，该TDA8275硅集成电路调谐器必需依赖专属的结构才得以实现该低中频讯号的传送。也就是说，现有的译码器或解调器(demodulator)无法与TDA8275共享。

发明内容

因此，本发明的主要目的在于提供一种单次转换集成电路电视调谐器，以解决现有技术的缺点。

本发明的单次转换集成电路电视调谐器包含一第一滤波器，其包含一射频讯号输入端及一实数输出端，该射频讯号输入端用来接收射频讯号；一谐波拒斥混频器，包含一实数输入端及一复数输出端，该谐波拒斥混频器的实数输入端耦接于该第一滤波器的实数输出端；以及一多相滤波器，其包含一复数输入端，耦接于该谐波拒斥混频器的复数输出端；其中该第一滤波器仅将一实数讯号传送至该谐波拒斥混频器。

本发明的优点在于该单次转换集成电路电视调谐器可实现单次或直接转换。

本发明的优点在于任何现有的译码器或解调器皆可应用于该单次转换集成电路电视调谐器的应用上。

本发明的优点在于该单次转换集成电路电视调谐器内的所有组件皆可整合至单一硅芯片上。

附图说明

图1为本发明的第一实施例中一电视调谐器电路的方块图。

图2为图1中的可选择带通滤波器的方块图。

图3为本发明的第二实施例中一电视调谐器电路的方块图。

图4为图3中的数字式控制追踪滤波器的方块图。

图5为本发明的电视调谐器的一种应用方式的方块图。

附图符号说明

100、300、500  电视调谐器电路          101、301  外接天线

102、303       低噪声可变增益放大器    103       可选择带通滤波器

105、305       谐波拒斥混频器          106、306  中频多相滤波器

107、307       表面声波驱动器          108、308  分频器

109            分数n型锁相回路         111       逻辑控制

120            外接回路滤波器          122       晶体振荡器

302            数字式控制追踪滤波器    309       锁相回路

310            压控振荡器              311       充电泵

312            相位检测器              320       外接低通滤波器

401            放大器                  501       天线

540            控制讯号                550       解调器

560            显示硬件                C1、C2    可变电容

L1、L2              电感

具体实施方式

本发明是以一地面广播式电视调谐器(terrestrial TV tuner)为例来加以说明，然而，本发明亦可应用于其它类型的电视调谐器，例如像是有线电视、机顶盒、以及数字电视等。此外，本发明也可应用于其它系统，只要该系统所使用的讯号模式类似于电视内所使用的讯号模式即可。本发明提供了一种用于单次或直接频率转换的单芯片解决方案。本发明可将一般的高频电视讯号直接地降频(down-convert)成一可程控的中频(intermediatefrequency，IF)电视讯号，其可兼容于大多数常用的解调器或译码器。

第一实施例

第1图示出了本发明的第一实施例中一电视调谐器电路100的功能方块图。电视调谐器电路100包含一射频讯号输入端(RF signal input)，该射频讯号输入端耦接于一外接天线101。电视调谐器电路100还包含一低噪声可变增益放大器(low-noise variable gain amplifier，LNA)102，其连接至一可选择带通滤波器(selectable band-pass filter，BPF)103。可选择带通滤波器103连接至一谐波拒斥混频器(harmonic rejection mixer)105，其包含复数输出端(complex output)。在以下的内容中，「复数」一词用来指任何包含余弦分量(in-phase，I)及正弦分量(quadrature-phase，Q)的连接或讯号。紧接在谐波拒斥混频器105之后的是一中频多相滤波器(IFpolyphase filter，PPF)106，中频多相滤波器106后连接于一表面声波(surface acoustic wave，SAW)驱动器107。电视调谐器电路100还包含一分频器(将频率除以四)108、以及一分数n型锁相回路(fractional-nphase-locked loop，FNPLL)109，分频器108包含六个连接至混波器105的输出相位，而分数n型锁相回路109连接于一外接回路滤波器120及一参考频率，该参考频率由一晶体振荡器(crystal oscillator)122所产生的。电视调谐器电路100的逻辑控制111设置于一硅芯片上，并由一串行输入接口来控制电视调谐器电路100的选择功能。电视调谐器电路100中的组件102至109设置于相同的硅芯片上，但外接天线101及外接回路滤波器120则设置于该硅芯片外。

天线101将一宽带射频电视讯号供应至放大器102，之后，带通滤波器103所产生的窄频讯号到达混频器105。在混频器105上，该相对窄频实数射频讯号与分频器108所输出的本地振荡(LO)讯号(0、45、及90度)相互混合，以形成该余弦中频讯号，该相对窄频实数射频讯号还与分频器108所输出的其它本地振荡讯号(90、135、及180)互相混合，以形成该正弦中频讯号。该多个本地振荡讯号的分辨率大约为八分之一相位(也就是45度)，以合成一合成式的本地振荡余弦/正弦讯号。混频器105所输出的混频后的讯号，先在中频多相滤波器106中被混合后，然后，才被传送至表面声波驱动器107，以备其它设置于该硅芯片外的装置(例如一中频表面声波滤波器)所使用。

低噪声可变增益放大器102可处理电视所通用的宽带讯号。低噪声可变增益放大器102应有足够的动态范围，如此一来，低噪声可变增益放大器102便可调整至不同的输入讯号电平，以应付那些出现于标准电视讯号中的输入讯号。此外，当放大器102的输出电平实质不变时(该输出电平有相对不变的噪声)，放大器102可提供宽带匹配(wideband matching)。

整合式可选择带通滤波器103可限制加载于混频器105内的频道数目，因此，带通滤波器103减低了对于该讯号链中剩余项目(105-107)的线性要求。此外，带通滤波器103可衰减一镜像频率，该镜像频率是因该本地振荡频率中的谐波所造成的非期望的讯号。该射频输入可被分成数个射频频段，之后，一频带选择控制讯号可视需要而选取所需的射频频段。电视调谐器电路100的另一项优于现有技术的特点在于，可选择带通滤波器103的增益及频率设定可由使用者或内部校正电路加以程序化。

图2示出了带通滤波器103的实施例。输入至带通滤波器103的射频讯号被分成五个部分，其可藉由一「选择」的输入控制选取所需的射频频段。依据应用的不同，该被选取的射频频段有不同的预定频率范围。同样地，输入至带通滤波器103内的射频讯号也可被分成三个频段，例如像是高频、带通频、以及低频，当然，输入至带通滤波器103内的射频讯号也可被分成任何其它数目频段。这些带通滤波器的型式仅作为范例之用，电视调谐器电路100也可采用其它类型的带通滤波器。

带通滤波器103可由数个电感和/或电容来加以实现，这些电感及电容可视需求的不同而设置于硅芯片上、或设置于硅芯片外。

谐波拒斥混频器105包含一双正弦混频器(double quadraturemixers)，其内包含有三个供余弦用的相位、以及三个供正弦用的相位，谐波拒斥混频器105会拒斥(reject)第三阶(3rd order)及第五阶本地振荡谐波。混频器105接收射频讯号及本地振荡讯号。当该第三阶本地振荡谐波超出该输入频谱时，混频器105可以一传统的双正弦混频器(double-quadrature mixer)来加以替换。如此的替换仅使用一单一相位本地振荡(无论对该余弦讯号或该正弦讯号)便可完成。在该较佳实施例中，谐波拒斥混频器105直接连接至可选择带通滤波器103，并在这个输入处仅接收实数(余弦I)讯号。这种直接连接、以及不需使用一中介(intervening)多相滤波器是本发明优于现有技术的另一项特点。

中频多相滤波器106用来抑制谐波拒斥混频器105所输出的中频讯号中的负频率，中频多相滤波器106可由一中频调谐控制输入所控制。中频多相滤波器106的中心频率可大约为30至60百万赫兹(MHz)，以符合于美国电视中常用的表面声波滤波器，其它的应用可能需要其它的中心频率。

表面声波驱动器107应选用可依据线性方式驱动该特定外接表面声波滤波器的表面声波驱动器，并且，表面声波驱动器107的频率应符合美国标准线性，例如44百万赫兹。为了能被广泛地应用，表面声波驱动器107最好能相容于现有的表面声波滤波器。

分数n型锁相回路109包含一频率合成器，其且有分数选择，该分数选择可合成该讯号链(102-107)的频道选择中的本地振荡频率。分数n型锁相回路109中的压控振荡器可包含一整合式螺旋型电感及可变电容器。有了整合式螺旋型电感，该压控振荡器便不需设置硅芯片外(off-chip)电感及IC构装连接线电感了。因此，任何相关于这些电感的变异性皆可减少。如之前所述，分频器108可将分数n型锁相回路109除以四，因此，分数n型锁相回路109的操作频率大约为该本地振荡频率的四倍。此外，将分数n型锁相回路109加以程序化之后，表面声波驱动器107的输出端上便可依据设计需求的不同，选择性地输出高或低中频，这又是一项优于现有技术的特点，特别是对于那些内含芯片上表面声波滤波器的电视调谐器而言，这些电视调谐器仅可输出低中频。电视调谐器电路100也可选用其它常见的锁相回路或电感(也就是非螺旋型电感)，以取代锁相回路109及该整合式螺旋型电感。

第一实施例较现有技术的整合度还要高。该单次(直接)转换高中频结构实质上降低了复杂度及制造成本。此外，高中频结构的选择缩小了晶载组件(也就是电阻及电容)的数量，因此，也就缩小了芯片(die)的尺寸。另外，低中频结构的选择也是可能的。而这个实施例还可兼容于市场上现有的解调器(译码器)及芯片外表面声波滤波器。在考虑过所有的效能表现后，最好是使用一芯片外中频表面声波滤波器，以用于频道选择，因为该芯片外中频表面声波滤波器具有优异的滤波特性。就成本及效能表现来看，本发明的单次转换高中频结构是个相当不错的折衷方案。

第二实施例

请参阅图3，图3示出了本发明的第二实施例中一完全集成化(fullyintegrated)的电视调谐器电路300的方块图。电视调谐器电路300所采用的前端数字式控制追踪滤波器包含晶载变容器或相类似组件。

电视调谐器电路300在射频讯号输入端耦接于一外接天线301。电视调谐器电路300包含一数字式控制追踪滤波器302，其连接于一低噪声可变增益放大器303。低噪声可变增益放大器303连接于一谐波拒斥混频器(harmonic rejection mixer)305，其包含复数输出端。相似于第一实施例，接续于谐波拒斥混频器(harmonic rejection mixer)305后的是一中频多相滤波器306，而接续于中频多相滤波器306后的是一表面声波驱动器307。电视调谐器电路300还包含一分频器(将频率除以四)308及一锁相回路309，其中，分频器308包含六个连接至混频器305的输出相位，而锁相回路309连接于一外接低通滤波器320及一参考频率。锁相回路309包含一压控振荡器310、一充电泵(charge pump，CP)311、以及一相位检测器(phase detector，PD)312。锁相回路309也连接于追踪滤波器302，如此一来，锁相回路309的控制讯号才得以传送至追踪滤波器302。电视调谐器电路300中的组件302至312设置于相同的硅芯片上，但外接天线301及低通滤波器320设置于该硅芯片外。

天线301将一宽带射频电视讯号传送至数字式控制追踪滤波器302，该宽带射频电视讯号随后通过低噪声可变增益放大器303，之后，低噪声可变增益放大器303所产生的窄频讯号到达混频器305。在混频器305上，该相对窄频实射频讯号与分频器308所输出的本地振荡(LO)讯号(0、45、及90度)相互混频，以形成该余弦中频讯号，该相对窄频实射频讯号另与分频器108所输出的其它本地振荡讯号(90、135、及180)互相混频，以形成该正弦中频讯号。该多个本地振荡讯号的分辨率大约为八分之一相位(也就是45度)，以合成一合成式的本地振荡余弦/正弦讯号。如同第一实施例，混频器305所输出的混频后的讯号，先在中频多相滤波器306内被混合后，才被传送至表面声波驱动器307，以备其它设置于该硅芯片外的装置(例如一中频表面声波滤波器)所使用。

数字式控制追踪滤波器302设置于此结构的前端，以提供先期的频道选择。追踪滤波器302接收该数字控制码，其来自于压控振荡器310的变容器数字控制码。因此，低噪声放大器303的输入讯号强度便减弱了。其结果就是，在全部的讯号链302至307中，线性要求及电能消耗可显著地降低。若追踪滤波器302够敏锐的话，就不需要使用到混频器305，而另以一适当的镜像拒斥混频器来加以取代。图4示出了数字式控制追踪滤波器302的一种

实施例。

图4示出数字式控制追踪滤波器302的一种实施例。追踪滤波器302包含两个数字调校式可变电容C1、C2，其可用变容器(varactor)、变容二极管(varicap)、或其它相类的组件来加以实现。电容C1及天线301之间设置有一电感L1，另一电感L2则设置于该二电容C1、C2及芯片外接地(off-chipground)之间。电感L1、L2可为芯片连接线(chip bonding wire)、或连接线与芯片外电感的组合。追踪滤波器302还包含一放大器401，设置于可变电容C1、C2的输出端。(请注意，在接下来的方程式及图4中，相像的变量是相同的，尽管其下标可能有所不同，例如Zin等同于Zin)

请参阅图4，假设，当该调谐频率系调谐至匹配条件时，也就是当一来源阻抗Zs大约相等于一输入阻抗Zin时，该调谐频率

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{CH}}=\frac{1}{\sqrt{L1C1}}=\frac{1}{\sqrt{L2C2}}.$

因此，

$\mathrm{Zin}=j{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{CH}}L1+\frac{1}{j{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{CH}}C1}+(j{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{CH}}L2//\frac{1}{j{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{CH}}C2}//\mathrm{Rin})$

当(L1，C1)及(L2，C2)的设定可形成该调谐频率，并且假设一输入电阻系等于Rin(如图4所示)。

因此，

$\mathrm{Zin}=\frac{-{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{CH}}^{2}L1C1+1}{j{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{CH}}C1}+\frac{\frac{L2\mathrm{Rin}}{C2}}{\frac{L2}{C2}+\mathrm{Rin}\left(\frac{-{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{CH}}^{2}L2C2+1}{j{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{CH}}C2}\right)}.$

既然 $-{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{CH}}^{2}L1C1=-{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{CH}}^{2}L2C2=-1,$ 所以，Zin＝Rin。

因此，若输入电阻Rin设定为等于来源阻抗Zs，则该输入网络可兼容于该调谐频率。

请再参阅图3。低噪声可变增益放大器303可处理低噪声干扰及低功率的输入讯号。低噪声可变增益放大器303应有足够的动态范围，如此一来，低噪声可变增益放大器303便可调整至不同的输入讯号电平，以应付那些出现于标准地面广播电视讯号中的输入讯号。

如同在第一实施例中，谐波拒斥混频器305包含双正弦混频器，其内包含有三个供余弦用的相位、以及三个供正弦用的相位，谐波拒斥混频器305会拒斥第三阶及第五阶本地振荡谐波。混频器305接收射频输入讯号及本地振荡输入讯号。混频器305最好能选用可应付低侧混波(low-side mixing)的混频器，混频器305也可于该第三阶本地振荡谐波超出该输入频谱时，以一传统的双正弦混频器来加以替换。如此的替换仅使用一单一相位本地振荡(无论对该余弦讯号或该正弦讯号)便可完成。

锁相回路309提供包含分数选择的频率合成功能，该频率合成功能可为该讯号链提供频道选择。锁相回路309中的压控振荡器310可包含一整合式螺旋型电感及变容器。压控振荡器310的数字控制讯号(n位)应用于前端追踪滤波器302。如之前所述，分频器308将该锁相回路的输出除以四，所以，锁相回路309的操作频率约为该本地振荡频率的四倍。此外，电视调谐器电路300也可选用其它常见的锁相回路或电感(也就是非螺旋型电感)，以取代锁相回路309及该整合式螺旋型电感。

第二实施例较现有技术的整合度还要高。藉由将一载晶数字控制式追踪滤波器整合至一单次高中频转换结构中，该讯号链中剩余组件的线性要求及其电能消耗也可实质性地降低。此外，这个实施例也可兼容于市场上现有的解调器(译码器)及芯片外表面声波滤波器。

一般考虑

由于第一及第二实施例使用相类似的组件，因此也有着相类似的优点。此外，任一实施例中大部分的特定组件也可应用至另一实施例中。特别的是，第一实施例可用追踪滤波器302取代可选择带通滤波器103，正如同第二实施例可用可选择带通滤波器103取代追踪滤波器302。并且，放大器102与可选择带通滤波器103、及追踪滤波器302与可变增益放大器303的个别讯号链的设置顺序也可颠倒。很自然地，分数n型锁相回路109及锁相回路309可依实际需要而应用于任何一个实施例中。

图5示出了本发明的电视调谐器500的一种应用方式。电视调谐器500可为电视调谐器100或300。连接至电视调谐器500的天线501将一通用电视讯号馈入至电视调谐器500。在经过单次或直接频率转换与其它于上述实施例中所描述过的程序后，电视调谐器500将一中频讯号输出至一解调器(或译码器)550，解调器550之后将一解调(或解码)后的讯号输出至显示硬件560。电视调谐器500的控制是通过一控制讯号540，控制讯号540可包含一频道选择。

图1至图5以示意的方式说明相关于本发明的组件及连接。为了清楚说明起见，其它不相关于本发明的组件并未见于图标中，而示于图标中的组件除了可以图示中所示的连接方式相互连接外，也可以不同于图示中所示的连接方式彼此相连。此外，图1至图5所使用的电路符号皆为熟知的电路符号，因此，图1至图5中所出现的符号，其所表示的组件的功能也就是该符号所通常表示的功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (16)

1.一种单次转换集成电路电视调谐器，其包含：

一第一滤波器，包含一射频讯号输入端及一实数输出端，该射频讯号输入端用来接收射频讯号；

一谐波拒斥混频器，包含一实数输入端及一复数输出端，该谐波拒斥混频器的实数输入端耦接于该第一滤波器的实数输出端；以及

一多相滤波器，其包含一复数输入端，耦接于该谐波拒斥混频器的复数输出端；

其中该第一滤波器仅将一实数讯号传送至该谐波拒斥混频器。

2.如权利要求1所述的单次转换集成电路电视调谐器，其中该第一滤波器是一连接于该谐波拒斥混频器的可选择带通滤波器。

3.如权利要求2所述的单次转换集成电路电视调谐器，其还包含一可变增益放大器，耦接于该射频讯号输入端及该可选择带通滤波器之间。

4.如权利要求1所述的单次转换集成电路电视调谐器，其中该第一滤波器是一数字式控制追踪滤波器。

5.如权利要求4所述的单次转换集成电路电视调谐器，其还包含一可变增益放大器，直接地耦接至该数字式控制追踪滤波器及该谐波拒斥混频器。

6.如权利要求4所述的单次转换集成电路电视调谐器，其中该数字式控制追踪滤波器包含至少二串联的可变电容。

7.如权利要求6所述的单次转换集成电路电视调谐器，其中该二串联的可变电容中至少一可变电容包含一变容器。

8.如权利要求6所述的单次转换集成电路电视调谐器，其中该数字式控制追踪滤波器还包含：

一第一电感，以串联的方式耦接于该射频讯号输入端及该二串联的可变电容之间；以及

一第二电感，连接于该二可变电容及一接地输入端之间。

9.如权利要求6所述的单次转换集成电路电视调谐器，其中该数字式控制追踪滤波器还包含一放大器，以串联的方式耦接于该二串联的可变电容之后。

10.如权利要求1所述的单次转换集成电路电视调谐器，其还包含一放大器，耦接于该多相滤波器及一讯号输出端之间。

11.如权利要求1所述的单次转换集成电路电视调谐器，其还包含一本地振荡器电路，耦接于该谐波拒斥混频器。

12.如权利要求11所述的单次转换集成电路电视调谐器，其中该本地振荡器电路包含一锁相回路、及一分频器，该分频器耦接于该锁相回路及该谐波拒斥混频器之间，用来提供五种输出相位至该谐波拒斥混频器。

13.如权利要求1所述的单次转换集成电路电视调谐器，其中该第一滤波器、该谐波拒斥混频器、及该多相滤波器设置于单一硅芯片上。

14.一种单次转换集成电路电视调谐器，其包含：

一第一滤波器，包含一射频讯号输入端及一输出端，该射频讯号输入端用来接收射频讯号；

一谐波拒斥混频器，耦接于第一滤波器的输出端，该谐波拒斥混频器包含一实数输入端及一复数输出端，其中仅一实数讯号由该第一滤波器被传送至该谐波拒斥混频器；

一多相滤波器，包含一复数输入端，耦接于该谐波拒斥混频器的复数输出端；

一放大器，耦接于该多相滤波器及一讯号输出端之间；以及

一本地振荡器电路，耦接于该谐波拒斥混频器，该本地振荡器电路包含一锁相回路及一分频器，该分频器系耦接于该锁相回路及该谐波拒斥混频器之间，用来提供五种输出相位至该谐波拒斥混频器；

其中该第一滤波器、该谐波拒斥混频器、该多相滤波器、该放大器、以及该本地振荡器电路设置于单一硅芯片上。

15.如权利要求14所述的单次转换集成电路电视调谐器，其中该第一滤波器是一直接耦接至该谐波拒斥混频器的可选择带通滤波器，该单次转换集成电路电视调谐器还包含一可变增益放大器，耦接于该射频讯号输入端及该可选择带通滤波器之间。

16.如权利要求14所述的单次转换集成电路电视调谐器，其中该第一滤波器是一数字式控制追踪滤波器，该单次转换集成电路电视调谐器还包含一可变增益放大器，直接连接于该数字式控制追踪滤波器及该谐波拒斥混频器。

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