DE102005025612A1

DE102005025612A1 - Tuner

Info

Publication number: DE102005025612A1
Application number: DE102005025612A
Authority: DE
Inventors: Nicholas Paul Wroughton Cowley; Peter Cricklade Coe
Original assignee: Zarlink Semiconductor Ltd
Current assignee: Microsemi Semiconductor Ltd
Priority date: 2004-06-05
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2006-01-05
Also published as: CN100492903C; US20050272387A1; GB2414876A; GB0412676D0; GB2414876B; CN1707948A; US7343142B2

Abstract

Ein digitaler terrestrischer Tuner verfügt über einen HF-Eingang (1), der mit einer Filteranordnung (2) verbunden ist, deren Ausgangssignal an eine Frequenzänderungseinrichtung (7-10) für die Zwischenfrequenz Null geliefert wird. Die Filteranordnung verfügt über mehrere Signalpfade (23-26) mit verschiedenen Frequenzantworten. Für das Einfügen zwischen den Tunereingang und die Frequenzänderungseinrichtung ist jeweils einer dieser Signalpfade auswählbar. Mindestens einer dieser Signalpfade enthält ein nicht nachfahrendes Filter (30), das für Schwächung von außerhalb des Bands liegenden Signalen sorgt, um harmonisches Einmischen zu verringern, das durch Harmonische des Wandlungssignals der Frequenzänderungseinrichtung oder durch Harmonische von Störsignalen bei tieferen Frequenzen hervorgerufen wird.

Description

Prio.: 05.06.2004, GB, 0412676.9
Die Erfindung betrifft einen Tuner, z. B. einen solchen, der zum Empfangen digitaler terrestrischer Rundfunksendungen verwendet werden kann.

Bekannte Empfänger zum Empfangen digitaler terrestrischer Übertragungen sind allgemein vom Superheterodyntyp mit Einfach- oder Doppelwandlung. Beide Tunertypen sorgen für angemessene Funktionalität, jedoch zeigen sie Merkmale, die es erschweren oder unmöglich machen, den Integrationsgrad zu erhöhen und damit die Tunerabmessungen zu minimieren.

Um bei Tunern mit Einfachwandlung angemessene Selektivität zu erzielen, um für akzeptierbare Funktionalität beim Vorliegen möglicherweise störender Signale zu sorgen, sind mehrere Nachlauffilter erforderlich. Derartige Filter müssen, entweder während der Herstellung oder mittels irgendeiner Art automatischer Kalibrierung während des Betriebs, justiert werden. Derartige Filter belegen eine erhebliche Fläche, und sie verhindern eine "Höherintegration", da sie nicht effektiv in einem Mehrchipmodul (MCM) oder durch Techniken für integrierte Schaltkreise integriert werden können. Auch sind derartige Filter zur Implementierung auf einer Hauptplatine wegen Herstellproblemen in Zusammenhang mit dem Justiererfordernis ungeeignet.

Tuner mit Doppelwandlung sind für eine Implantierung auf Platinenniveau und für Höherintegration geeigneter, da sie Breitbandtechniken nutzen, so dass keine eingangsseitigen selektiven Nachfahrfilter erforderlich sind. Jedoch ist es aufgrund der Breitbandnatur am Eingang schwieriger, den erforderlichen Dynamikbereich zum Bereitstellen akzeptierbarer Funktion zu erzielen. Auch ist ein Bildfilter auf der ersten Zwischenfrequenz (ZF) erforderlich. Ein derartiges Filter ist typischerweise eine Konstruktion mit hohem Q-Wert, und es kann als Filter mit akustischen Oberflächen (SAW) oder dielektrisches Filter realisiert werden.

Zusätzlich muss zur Filterung durch die Bild- oder selektiven Filter bei beiden Tunertypen eine weitere Zwischenfrequenzfilterung ausgeführt werden, um unmittelbar benachbarte Kanäle angemessen zu unterdrücken. Ein derartiges Filter ist typischerweise ein SAW-Bauteil, dessen Durchlassband auf einer Zwischenfrequenz, z. B. 36 MHz im Fall digitaler Übertragungen auf UK-Basis, zentriert ist.

GB 1594632 offenbart einen Superheterodyn-Empfänger mit Einfachwandlung für relativ niederfrequente Signale vom Typ, wie sie während der Suche nach Kohlenwasserstoffen empfangen werden. Der Empfänger verfügt über mehrere individuell auswählbare Filterpfade zwischen einem Eingang und einer Frequenzänderungseinrichtung. Die Filterpfade werden entsprechend der zu empfangenden Frequenzdekade ausgewählt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tuner ohne Nachlauffilter zu schaffen.

Diese Aufgabe ist durch den Tuner gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Da der erfindungsgemäße Tuner kein Nachlauffilter benötigt, ist keine Justierprozedur erforderlich, und zwar weder während der Herstellung noch während des Betriebs. Die Filteranordnung kann in ein Mehrchipmodul oder mit einer Technik für integrierte Schaltkreise integriert werden. So können eine Miniaturisierung oder Höherintegration realisiert werden, um einen kompakten Tuner mit verringerten Herstellkosten zu erzeugen. Ein derartiger Tuner kann bei der Anwendung flexibel sein, und er kann es ermöglichen, eine Anpassung an verschiedene Frequenzbereichserfordernisse zu erzielen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Tuners, der eine Ausführungsform der Erfindung bildet;
2 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Filteranordnung des Tuners der 1; und
3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Tuners, der eine andere Ausführungsform der Erfindung bildet.
In allen Zeichnungen sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet.
Der in der 1 dargestellte Tuner ist für digitalen terrestrischen Empfang vorgesehen, jedoch kann er auch bei anderen Anwendungen eingesetzt werden, z. B. zum Empfangen analoger Signale sowie von Signalen, die über Satellit oder Kabel verteilt werden.
Der Tuner verfügt über einen Hochfrequenz(HF)-Eingang 1, der mit dem Eingang einer durch eine Steuerungseinrichtung verbundenen Filteranordnung 2 verbunden ist. Der Ausgang der Filteranordnung 2 ist mit dem Eingang eines rauscharmen Verstärkers (LNA) 4 verbunden, dessen Ausgang mit einer automatischen Verstärkungssteuerung (AGC) 5 verbunden ist, die mit einer Pegelerfassungsschaltung 6 versehen ist. Der Ausgang der AGC 5 ist mit Mischern 7 und 8 zum Wandeln eines zum Empfang ausgewählten Kanals in die Zwischenfrequenz Null oder das Grundband verbunden. Die Mischer empfangen von einem durch einen PLL(Phase Locked Loop)-Synthesizer 10 er zeugten Wandlungssignalgenerator 9 Wandlungssignale. Der Generator 9 verfügt über einen Ortsoszillator, der auf einer Harmonischen der gewünschten Wandlungssignalfrequenz arbeitet, gemeinsam mit einer Quadraturerzeugungsschaltung zum Liefern der Wandlungssignale mit einer Phasenverschiebung von 90° an die Mischer 7 und 8. Der Synthesizer 10 wird ebenfalls durch die Steuerungseinrichtung 3 gesteuert.
Die Phasengleichheits(I)- und Quadratur(Q)-Grundbandsignale von den Mischern 7 bzw. 8 werden an Tiefpassfilter (TPF) 11 und 12 geliefert, die über im Wesentlichen identische Charakteristik verfügen können und die unerwünschte Signale schwächen, während sie minimalen oder einen akzeptierbar kleinen Effekt auf den gewünschten, für den Empfang ausgewählten Kanal haben. Die Filter 11 und 12 werden durch eine Systemsteuerung, die beispielsweise Teil der Steuerungseinrichtung 3 ist, justiert, und ihre Bandbreiten können unabhängig voneinander oder "parallel" einjustiert werden. Die Ausgänge der Filter 11 und 12 sind mit den Eingängen von Verstärkern 13 bzw. 14 mit automatischer Verstärkungssteuerung verbunden. Die Ausgänge der Verstärker 13 und 14 liefern Ausgangssignale 15 bzw. 16 des Tuners zum Liefern der Grundbandsignale I und Q an eine Demodulatoranordnung (nicht dargestellt), die die Verstärkung der Verstärker 13 und 14 unabhängig oder parallel steuert.
Die Filteranordnung 2 ist in der 2 detaillierter dargestellt, und sie verfügt über einen Eingang 20, der mit optionalen, in Reihe geschalteten Hochpass- und Tiefpassfiltern (TPF, HPF) 21 und 22 verbunden ist. Wenn diese Filter 21 und 22 vorhanden sind, wirken sie als Bandbegrenzungsfilter zum Schwächen von Energie außerhalb des Empfangsbands, für den der Tuner vorgesehen ist, oder in dem er arbeiten kann. Als Alternativen ist, anwendungsabhängig, keines der Filter 21 und 22 vorhanden, es ist nur eines derselben vor handen, oder sie sind durch ein Bandpassfilter ersetzt.
Die Ausgangssignale der in Reihe geschalteten Filter 21 und 22 werden an vier Signalpfade geliefert, die mit 23 bis 26 gekennzeichnet sind. Diese Signalpfade sind mit einem elektronischen Schalter oder Multiplexer 27 verbunden, der über einen Steuerungseingang verfügt, der mit einem Eingang 28 der Filteranordnung 2 verbunden ist, um Steuerungssignale von der Steuerungseinrichtung 3 zu empfangen. Der Ausgang des Schalters 27 ist mit einem Ausgang 29 der Filteranordnung 2 verbunden.
Die Signalpfade 23 bis 25 verfügen über jeweilige nicht nachfahrende Filter 30 bis 32 fester Bandbreite. Diese Filter können z. B. vom elliptischen Typ oder von fünfter Ordnung sein. Die Filter 30 und 31 sind Tiefpassfilter mit verschiedenen Grenz- oder Übergangsfrequenzen, wohingegen das Filter 32 ein Hochpassfilter ist. Der Signalpfad 26 ist ein nicht frequenzselektiver Signalpfad, und so ändert er das Frequenzspektrum der diesen Pfad durchlaufenden Signale im Wesentlichen nicht.
Obwohl bei dieser Ausführungsform vier Signalpfade 23 bis 26 dargestellt sind, können die Anzahl und die Typen der Signalpfade entsprechend der jeweiligen Tuneranwendung ausgewählt werden. Die Eigenschaften, wie die Grenzfrequenzen sowie die Durchlassband- und Sperrbandcharakteristiken (Dämpfung, Welligkeit), werden so ausgewählt, dass die Effekte einer harmonischen Einmischung entfernt oder ausreichend verringert werden und der nicht frequenzselektive Signalpfad 26 für diejenigen Betriebsfrequenzbereiche des Tuners arbeitet, in denen harmonisches Einmischen kein Problem darstellt.
Harmonisches Einmischen ist ein Effekt, durch den Harmoni sche der Wandlungssignalfrequenz störende Eingangssignale in die Frequenz des zum Empfang ausgewählten Kanals wandeln, wodurch sich nichtlineare Harmonische eines störenden Eingangssignals auf der Frequenz des gewünschten Kanals befinden. Die störenden Eingangssignale werden dann durch die Grundfrequenz des Wandlungssignals, gemeinsam mit dem gewünschten Kanal, in das Grundband gewandelt. So liegen die störenden Signale im Frequenzbereich des gewünschten Kanals und können nicht durch Filterung folgend auf die Frequenzwandlung entfernt werden.
Wenn z. B. ein gewünschter Kanal nominell auf 200 MHz liegt, beträgt auch die vom Generator 9 an die Mischer 7 und 8 gelieferte Wandlungssignalfrequenz 200 MHz, um die Wandlung auf die Zwischenfrequenz Null auszuführen. Jedoch befinden sich Harmonische der Wandlungssignalfrequenz ebenfalls auf zumindest einigen Frequenzen entsprechend (N × 200) MHz, wobei N eine ganze Zahl größer als 1 ist, so dass alle störenden Signale, die auf derartigen harmonischen Frequenzen liegen, ebenfalls in die Zwischenfrequenz Null gewandelt werden.
In ähnlicher Weise können, wenn ein gewünschter Kanal eine Nennfrequenz von 900 MHz aufweist, störende Signale mit Frequenzen von (9/N) MHz harmonische Verzerrungsprodukte erzeugen, die sich ebenfalls auf 900 MHz befinden und auf die Zwischenfrequenz Null gewandelt werden.
Bei einem typischen Beispiel kann der in den 1 und 2 dargestellte Tuner dazu verwendet werden, digitale terrestrische Rundfunkübertragungen (DVB-T) zu empfangen, die, im VK, im UHF-Band übertragen werden, das sich von ungefähr 470 bis ungefähr 860 MHz erstreckt. Harmonische des Wandlungssignals liegen auf Frequenzen, wo sie keine störenden Signale bilden, die durch harmonisches Mischen zu einer Wechsel wirkung führen könnten, in welchem Fall keine Tiefpassfilterung erforderlich ist. Jedoch wird in anderen Ländern das VHF-Band 3 von ungefähr 170 bis ungefähr 230 MHz verwendet, und Signale in diesem Band können Harmonische innerhalb des UHV-Bands erzeugen. Wenn demgemäß harmonisches Einmischen aufgrund dieses Mechanismus ein Problem bildet, kann ein Hochpassfilter, wie das Filter 32, durch die Steuerungseinrichtung in den Signalpfad der Filteranordnung 2 geschaltet werden. Das Filter 32 kann z. B. eine solche Charakteristik aufweisen, dass das UHF-Band mit akzeptierbar niederiger Schwächung und Welligkeit durchgelassen wird, wohingegen das VHF-Band 3 um mindestens 40 dB geschwächt wird, so dass Effekte eines harmonischen Einmischens auf ein akzeptierbares Niveau verringert werden.
Umgekehrt wird, wenn es erwünscht ist, das VHF-Band 3 zu empfangen, ein Tiefpassfilter wie das Filter 30 durch die Steuerungseinrichtung in den Signalpfad der Filteranordnung 2 geschaltet, um ein nicht akzeptierbares harmonisches Einmischen in Harmonische des Wandlungssignals zu verhindern. Die Eigenschaften des Filters 30 werden dann entsprechend diesen Erfordernissen und abhängig davon ausgewählt, ob der durch den Generator 9 erzeugte erste "Oberton" der zweiten oder dritten Harmonischen entspricht. Wenn z. B. der erste Oberton die dritte Harmonische ist, verfügt das Filter 30 über eine derartige Grenzfrequenz und Charakteristik, dass alle Signale über 505 MHz um mindestens 48 dB geschwächt werden.
Die AGC 5 ist vorhanden, um den Beginn einer Überlastung der ersten Stufe des Tuners, die überlastet werden kann, zu verzögern. Bei der in der 1 dargestellten Ausführungsform werden die Tiefpassfilter 11 und 12 als erste überlastet, so dass die AGC 5 stromaufwärts in Bezug auf diese vorhanden ist. Da die Mischer 7 und 8 eine feste Verstärkung zeigen, so dass der Signalpegel am Eingang der Pegelerfassungsschal tung 6, entsprechend den Überlastungspunkten der Filter 11 und 12, bestimmt werden kann, erfolgen die Pegelerfassung und der AGC-Vorgang stromaufwärts in Bezug auf die Mischer 7 und 8.
Um für akzeptierbare Funktionalität zu sorgen, muss das Signal-zu"Rauschen zuzüglich Intermodulation"-Verhältnis maximiert werden oder zumindest auf einem Pegel gehalten werden, der für akzeptierbaren Empfang ausreicht. Die durch den LNA 4 erzielt Verstärkung überwindet Rauschen auf effektive Weise, dessen Hauptbeitrag in der Eingangsstufe des Tuners liegt. Die Verstärkung der AGC 5 wird so gesteuert, dass Intermodulation kein Problem bildet und akzeptierbarer Empfang erzielt werden kann. Die Pegelerfassung zum Steuern der Verstärkung erfolgt stromaufwärts in Bezug auf die Filter 11 und 12, um dies zu bewerkstelligen. Die Steuerungsfunktion wird so gewählt, dass sich die maximal mögliche Verstärkung ergibt, um das Rauschen zu minimieren, ohne dass sich ein nicht akzeptierbares Intermodulationsverhalten ergäbe.
Der in der 3 dargestellte Tuner unterscheidet sich von dem in der 1 dargestellten dadurch, dass der LNA 4 stromabwärts in Bezug auf die Filteranordnung 2 angeordnet ist und er ein HF-Ausgangssignal an einen HF-Ausgang 40 liefert. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass, da keine Filterung stromabwärts in Bezug auf den LNA 4 vorliegt, keine einer Filterung zuzuschreibenden Einfügeverluste vor der ersten Verstärkungsstufe des Tuners vorliegen, so dass eine kleinere Rauschzahl erzielt werden kann. Jedoch kann es erforderlich sein, dass der LNA 4 über bessere Signalhandhabungsfähigkeiten verfügt, da der Eingangssignalpegel durch die Filteranordnung 2 nicht verringert wird. Die Position des LNA 4 in der 3 vereinfacht es, für eine Bandumschaltung zwischen den verschiedenen Signalpfaden der Filteranordnung 2 zu sorgen, und es ist möglich, den HF-"Umgehungs"ausgang 40 anzubringen.

Claims

Tuner mit – einem Eingang (1) zum Empfangen eines breitbandigen Signals, das mehrere Empfangskanäle enthält; – einer Frequenzänderungseinrichtung (7–9) für die Zwischenfrequenz Null oder nahezu Null, um irgendeinen zumindest einiger der Kanäle auszuwählen, und mit mindestens einem Mischer (7, 8) und einem Wandlungssignalgenerator (9); und – einer Filteranordnung (2), die zwischen der Frequenzänderungseinrichtung und dem Tunereingang vorhanden ist und über mehrere Signalpfade (23–26) mit verschiedenen Frequenzantworten verfügt, von denen jeweils einer zum Einfügen zwischen der Frequenzänderungseinrichtung und dem Tunereingang auswählbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass ein erster der Signalpfade über ein erstes nicht nachfahrendes Filter (30–32) verfügt, um bei einer Frequenz N₁f₁ oder f₂/N₁ für zumindest eine erste vorbestimmte minimale Schwächung zu sorgen, wobei N₁ eine ganze Zahl größer als eins und kleiner als vier ist und f₁ und f₂ die untere bzw. obere Frequenzgrenze eines ersten Abstimmbereichs der Frequenzänderungseinrichtung bilden.
Tuner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filter (30–32) eine feste Frequenzantwort zeigt.
Tuner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass N₁ den Wert Zwei hat.
Tuner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass N₁ den Wert Drei hat.
Tuner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filter (30–32) über einen ersten Frequenzbereich von über N₁f₁ oder unter f₂/N₁ für zumindest die erste minimale Schwächung sorgt.
Tuner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filter (30, 31) bei der Frequenz N₁f₁ für zumindest die erste minimale Schwächung sorgt und es ein Tiefpassfilter aufweist.
Tuner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filter (32) bei der Frequenz f₂/N₁ für zumindest die erste minimale Schwächung sorgt und es ein Hochpassfilter aufweist.
Tuner nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filter (30–32) ein elliptisches Filter ist.
Tuner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filter (30–32) ein Filter fünfter Ordnung ist.
Tuner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter der Signalpfade (23–25) ein zweites nicht nachfahrendes Filter (30–32) aufweist, um bei einer Frequenz N₂f₃ oder f₄/N₂ für zumindest eine zweite vorbestimmte minimale Schwächung zu sorgen, wobei N₂ eine ganze Zahl größer als Eins und kleiner als Vier ist und f₃ und f₄ die obere bzw. untere Frequenzgrenze eines zweiten Abstimmbereichs der Frequenzänderungseinrichtung (7–9) sind.
Tuner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass f₃ größer als f₂ oder gleich groß ist.
Tuner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abstimmbereich ein VHF-Band abdeckt und der zweite Abstimmbereich ein UHF-Band abdeckt.
Tuner nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Filter (30–32) eine feste Frequenzantwort aufweist.
Tuner nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass N₂ den Wert Zwei hat.
Tuner nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass N₂ den Wert Drei hat.
Tuner nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Filter (30–32) über einen zweiten Frequenzbereich über N₂f₂ oder unter f₄/N₂ für zumindest die zweite minimale Schwächung sorgt.
Tuner nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Filter (30, 31) bei der Frequenz N₂f₃ für zumindest die zweite minimale Schwächung sorgt und es ein Tiefpassfilter aufweist.
Tuner nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Filter (32) bei der Frequenz f₄/N₂ für zumindest ein zweite minimale Schwächung sorgt und es ein Hochpassfilter aufweist.
Tuner nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Filter (30–32) ein elliptisches Filter ist.
Tuner nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Filter (30–32) ein Filter fünfter Ordnung ist.
Tuner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter der Signalpfade (26) im Wesentlichen nicht frequenzselektiv ist.
Tuner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzänderungseinrichtung (7–9) einen maximalen Abstimmbereich aufweist, der einer Oktave oder mehr entspricht.
Tuner nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Abstimmbereich zwei Oktaven oder mehr entspricht.
Tuner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er stromabwärts in Bezug auf eine erste überlastbare Stufe (11, 12) des Tuners eine automatische Verstärkungssteuerung (5, 6) aufweist.
Tuner nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die erste überlastbare Stufe mindestens ein Grundbandfilter (11, 12) stromabwärts in Bezug auf die Frequenzänderungseinrichtung (7–9) aufweist.
Tuner nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Verstärkungssteuerung (5, 6) stromaufwärts in Bezug auf die Frequenzänderungseinrichtung (7–9) vorhanden ist.