DE102009046354B4 - Kostengünstiger Empfänger unter Benutzung eines Nachlauffilters - Google Patents

Kostengünstiger Empfänger unter Benutzung eines Nachlauffilters Download PDF

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Aslamali A. Rafi
Mustafa H. Koroglu
David S. Trager
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Abstract

Ein Empfänger (400, 500) mit:- einem Nachlauf-Bandpassfilter (420, 521) mit einem ersten Eingang zum Empfang eines Radiofrequenz- (RF-) Eingangssignals und einem Ausgang, wobei besagter Nachlauf-Bandpassfilter (420, 521) die folgenden Elemente umfasst:- einen ersten Teilbereich auf einem Halbleiterchip (730) angeordnet; und- zumindest eine auf einem Chip (720) für ein integriertes passives Bauteil angeordnete Spule (721), die operativ mit dem besagten ersten Teilbereich des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521) gekoppelt ist, und- einem Signalverarbeitungs-Schaltkreis (450, 460, 458, 468, 480), der auf dem Halbleiterchip (730) integriert ist, mit einem Eingang, der mit dem besagten Ausgang des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521) verbunden ist, und einem Ausgang zur Ausgabe eines verarbeiteten Signals, wobei der besagte Halbleiterchip (730) und der Chip (720) für ein integriertes passives Bauteil, mit der zumindest einen Spule (721), in ein einzelnes Multichipmodul (MCM) (700) integriert sind.

Description

  • Eine in Bezug zu dieser Erfindung stehende Thematik kann in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung mit dem Titel „Kostengünstiger Empfänger mit automatischer Verstärkungsregelung“, unbekannte Anmeldungsnummer, Anwaltsaktenzeichen 1052/0046, erfunden durch Ramin K. Poorfard, am gleichen Tag mit dieser Anmeldung eingereicht und angemeldet durch den Anmelder dieser Anmeldung gefunden werden.
  • Gebiet der Offenbarung
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Radiofrequenz(RF)-Empfänger und im Speziellen einen RF-Empfänger mit einem Nachlauffilter.
  • Hintergrund
  • Radiofrequenz(RF)-Empfänger werden in einer weiten Vielzahl von Anwendungen, wie z.B. Fernsehempfängern, Mobiltelefonen, Pager, Global Positioning System (GPS)-Empfängern, Kabelmodems, schnurlosen Telefonen, Satellitenradioempfängern und ähnlichem verwendet. Unter einem Radiofrequenz-Signal wird hier ein elektrisches Signal verstanden, das nutzbare Informationen überträgt und eine Frequenz von ungefähr 3 KHz bis ungefähr mehreren Tausenden von Gigahertz hat ungeachtet des Mediums, durch das ein solches Signal übertragen wird. Ein RF-Signal kann durch Luft, freien Raum, Koaxialkabel, Glasfaserkabel usw. übertragen werden. Ein bekannter Typ von RF-Empfängern ist der sogenannte Transponierungs- oder Überlagerungsempfänger. Ein Transponierungs- oder Überlagerungsempfänger mischt das gewünschte datenübertragende Signal mit dem Ausgang eines einstellbaren Oszillators, um eine Datenausgabe auf einer festgelegten Zwischenfrequenz (ZF) auszugeben. Das festgelegte ZF-Signal kann passend gefiltert und für weitere Prozessschritte in das Basisband zurückkonvertiert werden. Ein Transponierungs- oder Überlagerungsempfänger benötigt also zwei Mischschritte.
  • Ein Fernsehempfänger kann z.B. einen Kanal im Frequenzband zwischen 48 MHz und 870 MHz auf eine Zwischenfrequenz von 44 MHz transponieren. Und in den USA transponieren FM-Radios typischerweise FM-Audiosignale, die in 200 KHz-Kanälen in einem Frequenzband von 88,1 MHz bis 107,9 MHz ausgesendet werden auf eine Zwischenfrequenz von 10,7 MHz. Wegen der großen Frequenzbandbreite, die für Fernsehempfänger benötigt wird, ist es schwierig gewesen, hochwertige Fernsehempfänger zu niedrigen Kosten herzustellen.
  • Hochwertige Fernsehempfänger wurden traditionell mit diskreten Bauteilen wie z.B. Spulen, Kapazitätsdioden und Kondensatoren gebaut. Während die Leistungsfähigkeit solcher Empfänger gut ist, sind sie teuer und unhandlich. Es wäre wünschenswert, den Kostenvorteil von modernen, integrierten Schaltkreisen zu nutzen. Leider funktionieren bereits existierende siliziumbasierte Fernsehverstärker nicht so gut wie diskrete Verstärker und haben keinen großen Marktanteil. Außerdem benötigen Fernsehempfänger, die integrierte Schaltkreise nutzen, während sie eine akzeptable Leistung liefern noch externe diskrete Bauteile, die zusätzliche Kosten verursachen. Die Aussicht, dass integrierte Schaltkreise die Kosten von Fernsehempfängern reduzieren, wurde nicht vollkommen erreicht.
  • Es werden also neue Empfänger-Bauweisen für Anwendungen wie Fernsehempfänger benötigt, die sowohl die hohe Leistungsfähigkeit von diskreten Empfängern erhalten als auch einen Vorteil hinsichtlich der Kostenreduzierung durch integrierte Schaltkreise erzielen.
  • Aus der WO 2007/121407 A1 ist ein Empfänger bekannt, der ein Tuner-Frontend mit einem Nachlauffilter und einer Kalibrierung zur Komponentenfehler- und Drift-Kompensierung umfasst. Der Filter weist Spulen und andere diskrete Komponenten innerhalb eines System-in-Package (SIP) auf, wobei die diskreten Komponenten drahtgebondet sein können.
  • Aus der US 2005/0040909 A1 ist ein Empfänger bekannt, der eine Vielzahl von einstellbaren integrierten digitalen Nachlauffiltern aufweist, mit denen eine initiale Frequenzbandauswahl durchgeführt werden kann. Die Filter weisen Spulen auf, die auf einem Land-Grid-Array oder On-Chip angeordnet sein können.
  • Aus dem Artikel „Trends in Broadcast Receiver Integration: SoC versus SiP“, A. Maxim, Silicon Laboratories, sind verschiedene Architekturen eines TV Empfängers bekannt.
  • Übersicht
  • Erfindungsgemäß wird ein Empfänger gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1, 9, und 15 zur Verfügung gestellt.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Empfänger einen Nachlauf-Bandpassfilter und einen Signalverarbeitungs-Schaltkreis. Der Nachlauf-Bandpassfilter hat einen ersten Eingang für den Empfang eines Radiofrequenz (RF)-Eingangssignals und einen Ausgang. Der Nachlauf-Bandpassfilter umfasst einen ersten Teilbereich auf einem Halbleiterchip und zumindest eine Spule. Die zumindest eine Spule ist operativ mit dem ersten Teilbereich des Nachlauf-Bandpassfilters verbunden. Der Signalverarbeitungs-Schaltkreis hat einen Eingang, der mit dem Ausgang des Nachlauf-Bandpassfilters verbunden ist, und einen Ausgang zur Ausgabe eines verarbeiteten Signals. Der Halbleiterchip und die zumindest eine Spule sind in ein einziges Multichipmodul (MCM) integriert.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Empfänger einen Nachlauf-Bandpassfilter, einen Leistungsdetektor, einen Signalverarbeitungs-Schaltkreis und einen Mikrocontroller. Der Nachlauf-Bandpassfilter hat einen ersten Eingang zum Empfang eines Radiofrequenz (RF)-Eingangssignals, einen zweiten Eingang zum Empfang eines Mittenfrequenz-Einstellungssignals und einen Ausgang. Der Nachlauf-Bandpassfilter umfasst einen ersten Teilbereich auf einem Halbleiterchip und zumindest eine Spule auf einem integrierten passiven Bauteil (IPD). Die zumindest eine Spule ist operativ mit dem ersten Teilbereich des Nachlauf-Bandpassfilters verbunden. Der Leistungsdetektor umfasst einen Eingang, der mit dem Ausgang des Nachlauf-Bandpassfilters verbunden ist, und einen Ausgang. Der Signalverarbeitungs-Schaltkreis umfasst einen Eingang, der mit dem Ausgang des Nachlauf-Bandpassfilters verbunden ist, und einen Ausgang zur Ausgabe eines verarbeiteten Signals. Der Mikrocontroller umfasst einen Eingang, der mit dem Ausgang des Leistungsdetektors verbunden ist, und einen Ausgang, der mit dem zweiten Eingang des Nachlauf-Bandpassfilters verbunden ist und zur Einstellung einer Mittenfrequenz des Nachlauf-Bandpassfilters dient. Der Halbleiterchip und das integrierte passive Bauteil sind in ein einzelnes Multichipmodul (MCM) integriert.
  • Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung umfasst ein Empfänger einen rauscharmen Verstärker, einen Nachlauf-Bandpassfilter, einen Überlagerungs-Oszillator, einen Mischer, einen Signalverarbeitungs-Schaltkreis und einen Mikrocontroller. Der rauscharme Verstärker umfasst einen ersten Eingang zum Empfang eines Radiofrequenz (RF)-Eingangssignals, einen zweiten Eingang zum Empfang eines Verstärkungseinstellungssignals und einen Ausgang. Der Nachlauf-Bandpassfilter umfasst einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des rauscharmen Verstärkers verbunden ist, einen zweiten Eingang zum Empfang eines Mittenfrequenz-Einstellungssignals und einen Ausgang. Der Nachlauf-Bandpassfilter umfasst einen ersten Teilbereich auf einem Halbleiterchip und zumindest eine Spule auf einem integrierten passiven Bauteil. Die zumindest eine Spule ist operativ mit dem ersten Teilbereich des Nachlauf-Bandpassfilters verbunden. Der Überlagerungs-Oszillator umfasst einen Eingang zum Empfang eines Einstellungssignals einer Überlagerungs-Oszillator-Frequenz und einen Ausgang zur Ausgabe eines Überlagerungs-Oszillator-Signals mit einer Frequenz, die so gewählt wird, dass der Ausgang des Nachlauf-Bandpassfilters auf eine gewünschte Zwischenfrequenz gemischt wird. Der Halbleiterchip und das integrierte passive Bauteil (IPD) sind auf einem einzelnen Multichipmodul (MCM) integriert.
  • Figurenliste
  • Die hier vorliegende Offenbarung kann durch die Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen besser verstanden und ihre zahlreichen Merkmale und Vorteile ersichtlich gemacht werden, wobei:
    • 1 teilweise als Blockdiagramm und teilweise in schematischer Form einen ersten Fernsehempfänger aus dem Stand der Technik zeigt,
    • 2 teilweise als Blockdiagramm und teilweise in schematischer Form einen zweiten Fernsehempfänger aus dem Stand der Technik zeigt,
    • 3 teilweise als Blockdiagramm und teilweise in schematischer Form einen dritten Fernsehempfänger aus dem Stand der Technik zeigt,
    • 4 teilweise als Blockdiagramm und teilweise in schematischer Form einen Fernsehempfänger nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,
    • 5 teilweise als Blockdiagramm und teilweise in schematischer Form eine bestimmte Ausführungsform des Fernsehempfängers aus 4 zeigt,
    • 6 in schematischer Form die Nachlauf-Bandpassfilter der 4 und 5 zeigt
    • 7 eine Draufsicht auf ein Multichipmodul (MCM) zeigt, das den Empfänger von 5 enthält, und
    • 8 einen Graph der Veränderung des Ansprechverhaltens des Durchlassbandes des Filters aus 6 zeigt, während die Kapazität verändert wird, wobei der Graph nützlich für das Verständnis eines Kalibrations-Prozesses hierfür ist.
  • Die Benutzung der gleichen Bezugszeichen in verschiedenen Zeichnungen bezeichnet ähnliche oder identische Elemente.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Im Allgemeinen benutzt ein hier beschriebener Empfänger einen Nachlauf-Bandpassfilter für die Kanaleinstellung. Der Nachlauf-Bandpassfilter umfasst eine Spule, die auf einem Chip für ein integriertes passives Bauteil (IPD) hergestellt wird. Der Empfänger kombiniert den IPD-Chip und einen Hauptchip für einen integrierten Schaltkreis in einem einzelnen Multichipmodul (MCM). Für den Benutzer erscheint der Empfänger also als ein einziger integrierter Schaltkreis. Der IPD-Chip indes ist gut geeignet, um Spulen ohne den im Vergleich teureren Siliziumherstellungsprozess zu bauen. Hohe Qualität, niedrige Kosten und kompakte Größe werden also gleichzeitig erreicht.
  • Um die Probleme bekannter Empfänger-Ausgestaltungen, gleichzeitig eine Filterung hoher Qualität und niedrigere Kosten zu erreichen, zu verstehen, wird Bezug auf 1 genommen, die teilweise als Blockdiagramm und teilweise in schematischer Form einen ersten Fernsehempfänger 100 zeigt, der aus dem Stand der Technik bekannt ist. Empfänger 100 umfasst einen oder mehrere Radiofrequenz (RF)-Bereiche 110, einen Zwischenfrequenz(ZF)-Bereich 130, einen Demodulatorbereich 140, einen Radiofrequenz(RF)-Phasenregelkreis 152, einen Quarzkristall 153, einen Gleichstrom/Gleichstrom-Pulsweitenmodulation (PWM-Generator 154), einen Schleifenfilter 156 und einen Kapazitätsdioden-Spannungsregelungsschaltkreis 158. RF-Bereich 110 umfasst einen Nachlauffilter 112, einen rauscharmen Verstärker (LNA) 114, einen Nachlauffilter 116, einen Mischer 118, einen Überlagerungsoszillator (LO) 120 und einen Schwingungskreis 122. Der ZF-Bereich 130 umfasst einen Zwischenfrequenz-Filter 132, eine ZF-Verstärkungsstufe 134, einen Oberflächenwellenfilter 136 und eine ZF-Verstärkungsstufe 138 mit veränderbarer Verstärkung. Demodulatorbereich 140 umfasst einen Demodulator 142, einen Spitzendetektor 144 und eine verzögerte automatische Verstärkungsregelung 146 (AGC).
  • Nachlauffilter 112 hat einen ersten Eingang zum Empfang eines Radiofrequenz(RF)-Eingangssignals mit der Bezeichnung „RFIN“, einen zweiten Eingang zum Empfang einer Mittenfrequenz-Einstellungsspannung mit der Bezeichnung „FCENTER“ und einen Ausgang. Der rauscharme Verstärker (LNA) 114 hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des Nachlauffilters 112 verbunden ist, einen zweiten Eingang zum Empfang eines Verstärkungs-Regelungssignals mit der Bezeichnung „LNA AGC“ und einen Ausgang. Nachlauffilter 116 hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang von LNA 114 verbunden ist, einen zweiten Eingang zum Empfang einer Spannung „FCENTER“ und einen Ausgang. Mischer 118 hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des Nachlauffilters 116 verbunden ist, einen zweiten Eingang und einen Ausgang. ZF-Filter 132 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang des Mischers 118 verbunden ist, und einen Ausgang. ZF-Verstärkungsstufe 134 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang des ZF-Filters 132 verbunden ist, und einen Ausgang. Oberflächenwellenfilter 136 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang der ZF-Verstärkungsstufe 134 verbunden ist, und einen Ausgang. ZF-Verstärkungsstufe 138 mit verstellbarer Verstärkung hat einen ersten Eingang, der mit dem Oberflächenwellenfilter 136 verbunden ist, einen zweiten Eingang und einen Ausgang. Der Demodulator 142 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang der ZF-Verstärkungsstufe 138 mit verstellbarer Verstärkung verbunden ist, und einen Ausgang zur Ausgabe eines demodulierten Ausgangssignals mit der Bezeichnung „TVOUT“.
  • Spitzendetektor 144 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang der ZF-Verstärkungsstufe 138 mit verstellbarer Verstärkung verbunden ist, und einen Ausgang. Die verzögerte automatische Verstärkungsregelung (AGC) 146 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang des Spitzendetektors 144 verbunden ist, einen ersten Ausgang zur Ausgabe eines Verstärkungs-Einstellungssignals mit der Bezeichnung „IF AGC“, der mit dem zweiten Eingang der ZF-Verstärkungsstufe 138 mit verstellbarer Verstärkung verbunden ist, und einen zweiten Ausgang zur Ausgabe eines Signals LNA AGC, der mit dem zweiten Eingang des rauscharmen Verstärkers (LNA) 114 verbunden ist.
  • Der RF-Phasenregelkreis 152 hat einen ersten Eingang, einen zweiten Eingang, der mit dem Quarzkristall 153 verbunden ist, und einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang. Schleifenfilter 156 hat einen ersten Eingang, der mit dem ersten Ausgang von RF-Phasenregelkreis 152 (PLL) verbunden ist, einen zweiten Eingang, der mit dem zweiten Ausgang von RF PLL 152 verbunden ist, und einen Ausgang zur Ausgabe der Spannung FCENTER, der mit dem zweiten Eingang des Nachlauffilters 112 und mit dem zweiten Eingang des Nachlauffilters 116 verbunden ist. Der Gleichstrom/Gleichstrom(DC-DC)-Pulsweitenmodulator-Generator (DC-DC PWM GENERATOR) 154 hat einen Ausgang. Der Kapazitätsdioden-Spannungsregelungsschaltkreis 158 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang des DC-DC PWM GENERATORs 154 verbunden ist, und einen Ausgang, der mit dem Ausgang des Schleifenfilters 156 verbunden ist. Schwingungskreis 122 hat einen Eingang zum Empfang der Spannung FCENTER vom Ausgang des Schleifenfilters 156 und einen Ausgang. Überlagerungs-Oszillator 120 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang des Schwingungskreises 122 verbunden ist, und einen Ausgang, der mit dem zweiten Eingang des Mischers 118 und auch mit dem Eingang des RF PLL 152 verbunden ist.
  • Empfänger 100 weist einen Integrationsgrad auf, wobei Mischer 118, ZF-Verstärkungsstufe 134, ZF-Verstärkungsstufe 138 mit verstellbarer Verstärkung, Überlagerungs-Oszillator 120, RF PLL 152 und DC-DC Pulsweitenmodulator-Generator 154 von einem einzigen integrierten Bauteil umfasst werden, wobei das Bauteil den Namen MOPLL 170 (Mischer, Oszillator, PLL) trägt. Außerdem umfasst ein einziges integriertes Bauteil mit dem Namen Demodulator-Chip 160 den Demodulator 142, Spitzendetektor 144 und die verzögerte automatische Verstärkungsregelung (AGC) 146. Empfänger 100 umfasst auch mehrere diskrete Elemente, darunter ein Nachlauffilter 112, der rauscharme Verstärker (LNA) 114, Nachlauffilter 116, ZF-Filter 132, Oberflächenwellen(SAW)-Filter 136, die Schaltkreiselemente des Schleifenfilters 156 und den Kapazitätsdioden-Spannungsregelungsschaltkreis 158.
  • Im Betrieb ist das Signal RFIN ein Breitbandsignal, das Energie von mehreren Fernsehsignalen beinhaltet und das auf Trägerwellen verschiedener Frequenzen moduliert wird. Die verschiedenen Trägerwellen stellen die Fernsehkanäle dar, von denen Fernsehinhalt empfangen werden kann. Das Signal RFIN kann von einer Antenne oder von einer Kabelfernsehverbindung empfangen werden. Das Einstellen eines gewünschten Fernsehkanals umfasst, dass das Signal RFIN durch Nachlauffilter 112 und Nachlauffilter 116 läuft, um die Energie von Fernsehsignalen, die auf Trägerwellen außerhalb des Frequenzbandes der Trägerwelle des gewünschten Fernsehkanals moduliert sind, zu reduzieren. Nachlauffilter 112 und Nachlauffilter 116 umfassen Spulen und Kondensatoren, die so eingestellt sind, dass sie das gewünschte Ansprechverhalten des Bandpass-L-C-Filters (Spule, Kondensator) liefern. Der rauscharme Verstärker 114 (LNA) dient zur Verstärkung des eingestellten Signals, während lediglich ein minimales Rauschen hinzugefügt wird. Mischer 118 mischt das eingestellte Signal mit dem Ausgang des Überlagerungs-Oszillators 120 und produziert Summen- und Differenz-Ausgangsfrequenzen: f 1 = f C W + f L O
    Figure DE102009046354B4_0001
    und f 2 = f C W − f L O
    Figure DE102009046354B4_0002
    wobei fCW die Frequenz der gewünschten Trägerwelle des eingestellten Signals ist und FLO die Überlagerungsoszillator-Frequenz. Überlagerungsoszillator 120 hat eine Ausgangsfrequenz, die durch den Schwingungskreis 122 festgelegt ist. Schwingungskreis 122 ist ein mitschwingender LC-Schaltkreis. Die Signalkomponente f1 ist ein Signal höherer Frequenz, das durch den ZF-Filter 132 ausgefiltert wird. ZF-Filter 132 ist ein Tiefpass-L-C-Filter. Die Komponente f2 ist ein Zwischenfrequenz-ZF-Signal, das den gewünschten Kanal auf einer ausgewählten ZF umfasst, die ZF-Filter 132 passiert. Das ZF-Signal wird außerhalb von ZF-Verstärkungsstufe 134, Oberflächenwellenfilter 136 und ZF-Verstärkungsstufe 138 mit verstellbarer Verstärkung aufbereitet, bevor es in das Signal TVOUT von Demodulator 160 demoduliert wird. Spitzendetektor 144 detektiert die Leistung am Eingang von Demodulator 142 und gibt ein Rückmeldungs-Eingangssignal an die verzögerte automatische Verstärkungsregelung 146 (AGC), die die Verstärkung am rauscharmen Verstärker 114 (LNA) und die verstellbare Verstärkung der ZF-Verstärkungsstufe 138 einstellt, sodass die Leistung des eingestellten RF-Signals nicht zu hoch oder zu niedrig ist.
  • Um mehr als einen Fernsehkanal einzustellen, umfasst Empfänger 100 einen Einstellmechanismus, der die Mittenfrequenz des Nachlauffilters 112 und des Nachlauffilters 116 und die Frequenz am Ausgang des Überlagerungs-Oszillators 120 einstellt. Nachlauffilter 112, Nachlauffilter 116 und Schwingungs-Schaltkreis 122 umfassen hochqualitative Spulen, die typischerweise luftgewunden und nicht einfach einzustellen sind, um das Verhalten des Schaltkreises zu ändern. Andererseits sind die Kondensatoren mit Kapazitätsdioden ausgeführt, was bedeutet, dass Sperrvorspannungsdioden so ausgebildet sind, dass die Kapazität mit der angelegten Spannung variiert. Die Kapazitätsdioden sind also einstellbar über die angelegte Sperrvorspannung. Die angelegte Sperrvorspannung kann bis zu 30 V oder mehr betragen, um die gewünschte Kapazität einzustellen. Schleifenfilter 156 und Kapazitätsdioden-Spannungsregelungsschaltkreis 158 dienen dazu, die an die Kapazitätsdioden in Nachlauffilter 112, Nachlauffilter 116 und Schwingungskreis 122 angelegte Spannung einzustellen, um verschiedene Fernsehkanäle einzustellen.
  • Der Empfänger 100 umfasst Bauteile, die nicht einfach höher integriert werden können. Besonders Nachlauffilter 112, Nachlauffilter 116 und Schwingungskreis 122 umfassen hochqualitative Spulen, die typischerweise manuell eingestellt werden zum Zeitpunkt der Herstellung, um im Betrieb eine einwandfreie Einstellbarkeit zu garantieren. Zusätzlich werden wegen der Benutzung der Kapazitätsdioden Komponenten notwendig, die zu dem Schleifenfilter 156 und zum Kapazitätsdioden-Spannungsregelungsschaltkreis 158 und zu dem DC-DC-Pulsweitenmodulator-Generator 158 zugehörig sind und zusammen als DC-DC-Wandler funktionieren. Außerdem erhöht die Benutzung des Oberflächenwellenfilters 136 sowohl die Kosten als auch die physikalische Größe des Empfängers 100. Der Empfänger 100 benötigt auch große Einstellbereiche für Nachlauffilter 112, Nachlauffilter 116 und Überlagerungs-Oszillator 120.
  • Eine weitere bekannte Empfängerbauweise zeigt 2, die teilweise als Blockdiagramm und teilweise in schematischer Form einen zweiten Fernsehempfänger 200, der aus dem Stand der Technik bekannt ist, zeigt. Der Empfänger 200 ist ein „updown“ Empfänger und umfasst einen Puffer 212, einen Dämpfer 214, einen einstellbaren rauscharmen Verstärker (VLNA) 216, einen RF-Mischer 218, einen Oberflächenwellenfilter 220 (SAW), einen ZF-Verstärker 224 mit einstellbarer Verstärkung, einen ZF-Mischer 226, einen Oberflächenwellenfilter 228, einen ZF-Verstärker 230 mit einstellbarer Verstärkung, einen Demodulator 232, Leistungsdetektoren 234 und 236, einen automatischen Verstärkungs-Regelungs-Schaltkreis 238 (ADC), Überlagerungs-Oszillatoren 240 und 242, Phasenregelkreise (PLLs) 244 und 246, einen Quarzkristall-Oszillator 248 und einen Quarzkristall 250.
  • Der Puffer 212 hat einen Eingang zum Empfang eines RF-Eingangssignals RFIN und einen Ausgang. Der Dämpfer 214 hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des Puffers 212 verbunden ist, einen zweiten Eingang und einen Ausgang. Der einstellbare rauscharme Verstärker (VLNA) 216 hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des Dämpfers 214 verbunden ist, einen zweiten Eingang und einen Ausgang. RF-Mischer 218 hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang von VLNA 216 verbunden ist, einen zweiten Eingang und einen Ausgang. Der Oberflächenwellenfilter 220 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang des RF-Mischers 218 verbunden ist, und einen Ausgang. Der ZF-Verstärker 224 mit einstellbarer Verstärkung hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des Oberflächenwellenfilters 220 verbunden, einen zweiten Eingang und einen Ausgang. Der ZF-Mischer 226 hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des ZF-Verstärkers 224 mit einstellbarer Verstärkung verbunden ist, einen zweiten Eingang und einen Ausgang. Der Oberflächenwellenfilter 228 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang des ZF-Mischers 226 verbunden ist, und einen Ausgang. Der ZF-Verstärker 230 mit einstellbarer Verstärkung hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des Oberflächenwellenfilters 228 verbunden ist, einen zweiten Eingang und einen Ausgang. Demodulator 232 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang des ZF-Verstärkers 230 mit einstellbarer Verstärkung verbunden ist, einen ersten Ausgang zur Ausgabe eines demodulierten Ausgangssignals TVOUT und einen zweiten Ausgang zur Ausgabe eines AGC-Signals IF AGC, der mit dem zweiten Eingang des ZF-Verstärkers 230 mit einstellbarer Verstärkung verbunden ist.
  • Leistungsdetektor 234 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang von VLNA 216 verbunden ist, und einen Ausgang. Leistungsdetektor 236 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang des ZF-Mischers 226 verbunden ist, und einen Ausgang. Der automatische Verstärkungs-Regelungs-Schaltkreis 238 (AGC) hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang von Leistungsdetektor 234 verbunden ist, einen zweiten Eingang, der mit dem Ausgang des Leistungsdetektors 236 verbunden ist, einen ersten Ausgang zur Ausgabe eines AGC-Signals mit der Bezeichnung „AGCRF“, der mit dem zweiten Eingang des Dämpfers 214 und ebenfalls mit dem zweiten Eingang von VLNA 216 verbunden ist, und einen zweiten Ausgang zur Ausgabe eines AGC-Signals mit der Bezeichnung „AGCIF“, der mit dem zweiten Eingang des ZF-Verstärkers 224 mit einstellbarer Verstärkung verbunden ist. Quarzkristall-Oszillator 248 ist mit dem Quarzkristall 250 verbunden und hat einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang. Der Phasenregelkreis 244 (PLL) hat einen Eingang, der mit dem ersten Ausgang von Quarzkristall-Oszillator 248 verbunden ist, und einen Ausgang. Überlagerungs-Oszillator 240 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang von Phasenregelkreis 244 (PLL) verbunden ist, und einen Ausgang, der mit dem zweiten Eingang von RF-Mischer 218 verbunden ist. Der Phasenregelkreis 246 (PLL) hat einen Eingang, der mit dem zweiten Ausgang des Quarzkristall-Oszillators 248 verbunden ist, und einen Ausgang. Der Überlagerungs-Oszillator 242 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang von PLL 246 verbunden ist, und einen Ausgang, der mit dem zweiten Eingang von ZF-Mischer 226 verbunden ist. Der Empfänger 200 weist einen Integrationsgrad auf, wobei Puffer 212 und Dämpfer 214, der einstellbare rauscharme Verstärker 216 (VLNA), RF-Mischer 218, ZF-Verstärker 224 mit einstellbarer Verstärkung, ZF-Mischer 226, ZF-Verstärker 230 mit einstellbarer Verstärkung, Leistungsdetektoren 234 und 236, der automatische Verstärkungs-Regelungs-Schaltkreis 238, Überlagerungs-Oszillatoren 240 und 242, die Phasenregelkreise (PLLs) 244 und 246, und Quarzkristall-Oszillator 248 auf einem einzigen Chip 260 für integrierte Schaltkreise kombiniert sind.
  • Anstelle des Einstellens von Nachlauf-Bandpassfiltern und Schwingungskreisen, um alle anderen außer dem gewünschten Kanal auszufiltern, mischt Empfänger 200 das Breitband-RFIN-Signal mit einem Überlagerungs-Oszillator-Signal, das so gewählt worden ist, dass der gewünschte Kanal auf eine hohe ZF gemischt wird, die die Mittenfrequenz eines hochselektiven Bandpassfilters (zum Beispiel Oberflächenwellenfilter 220) ist. Die hohe ZF liegt oberhalb einer gewünschten ZF, sodass der Empfänger 200 dann das gefilterte Signal auf die gewünschte ZF mischt. Im Betrieb ist das Signal RFIN so eingestellt, dass es den ZF-Mischer 218 nicht überwindet, indem es den Puffer 212, Dämpfer 214 und VLNA 216 passiert. Der Leistungspegel am Eingang von RF-Mischer 218 wird vom Leistungsdetektor 234 detektiert und der automatische Verstärkungs-Regelungs-Schaltkreis 238 (AGC) gibt ein Verstärkungs-Einstellungs-Signal an den Dämpfer 214 und VLNA 216 mit dem Signal AGCRF aus. Mischer 118 kombiniert das eingestellte Signal mit dem Ausgang des Überlagerungs-Oszillators 240, um Summen und Differenzausgabefrequenzen zu produzieren: f 1 = f R F + f L O
    Figure DE102009046354B4_0003
    und f 2 = f R F − f L O
    Figure DE102009046354B4_0004
    wobei fRF die Trägerfrequenz eines gewünschten Signals RFIN und FLO die Überlagerungsoszillator-Frequenz ist. Der Überlagerungsoszillator 240 wird durch den Phasenregelkreis 244 (PLL) gesteuert, der so eingestellt ist, dass das Spektrum des gewünschten Kanals in das Durchlassband des Oberflächenwellenfilters 220 (SAW) gemischt wird. Die Signale f1 und f2 umfassen Komponenten, die dem ungefilterten Signal RFIN entsprechen, wobei aber die ungewünschten Kanalkomponenten durch den Oberflächenwellenfilter 220 herausgefiltert werden. Die Mittenfrequenz des Oberflächenwellenfilters 220 ist typischerweise ungefähr 1 GHz. ZF-Mischer 226 kombiniert den Ausgang des Oberflächenwellenfilters 220 mit dem Ausgang des Überlagerungs-Oszillators 242, um das gewünschte ZF-Signal zu produzieren, das den Oberflächenwellenfilter 228 und den Verstärker 230 mit einstellbarer Verstärkung passiert, bevor es vom Demodulator 232 in das Signal TVOUT demoduliert wird.
  • Der Empfänger 200 mit der hohen Selektion des Oberflächenwellenfilters 220 löst mehrere Probleme des Empfängers 100, wie zum Beispiel die Beseitigung von diskreten hochqualitativen Spulen, Kapazitätsdioden und dem angeschlossenen DC-DC-Wandler und eine Verringerung des Einstellbereichs des Überlagerungs-Oszillators. Allerdings wird im Empfänger 200 eine zusätzliche diskrete Komponente, der Oberflächenwellenfilter 228, verwendet, sodass die Verringerung der Gesamtgröße von geringem Ausmaß ist. Außerdem macht das Hinzufügen des Mischers 226 und PLL 246, um die „up-down“-Bauweise zu implementieren, den Chip 260 für den integrierten Schaltkreis größer. Das Nichtvorhandensein von Nachlauffiltern erhöht die Linearitätsanforderungen für den einstellbaren rauscharmen Verstärker 216 (VLNA) und ZF-Mischer 226 und hat einen größeren Energieverbrauch zur Folge.
  • 3 zeigt teilweise als Blockdiagramm und teilweise in schematischer Form einen dritten Fernsehempfänger 300, der aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Empfänger 300 umfasst einen rauscharmen Verstärker 312 (LNA), einen Dämpfer 314, einen Nachlauffilter 316, einen RF-Verstärker 318 für den automatischen Verstärkungs-Regelungs-Schaltkreis, einen RF-Filter 320, einen RF-Polyphasenfilter 322, einen Mischer 324, einen ZF-Polyphasenfilter 326, einen ZF-Tiefpassfilter 328, einen Verstärker 330 für einen automatischen ZF-Verstärkungs-Regelungs-Schaltkreis, einen Leistungsdetektor 332, einen digitalen Regelungsschaltkreis 334, einen DC-DC-Wandler 336, einen Quarzkristall 340, einen Quarzkristall-Oszillator 342, einen Frequenzgenerator 344, einen Schleifenfilter 346, einen Oszillator 348, einen Testsignal-Generator 350, einen Frequenzgenerator 352, einen Schleifenfilter 354, einen Oszillator 356 und einen Überlagerungsoszillator-Generator 358.
  • Der rauscharme Verstärker 312 (LNA) hat einen ersten Eingang zum Empfang eines RF-Eingangssignals RFIN, einen zweiten Eingang und einen Ausgang. Der Dämpfer 314 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang des rauscharmen Verstärkers 312 verbunden ist, und einen Ausgang. Nachlauffilter 316 hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des Dämpfers 314 verbunden ist, einen zweiten Eingang und einen Ausgang. Der RF-Verstärker 318 für den automatischen Verstärkungs-Regelungs-Schaltkreis (AGC) hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des Nachlauffilters 316 verbunden ist, einen zweiten Eingang und einen Ausgang. RF-Filter 320 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang des RF-Verstärkers 318 für den automatischen Verstärkungs-Regelungs-Schaltkreis (AGC) verbunden ist, und einen Ausgang. Der RF-Polyphasenfilter 322 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang von RF-Filter 320 verbunden ist, und einen Ausgang. Mischer 324 hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des RF-Polyphasenfilters 322 verbunden ist, einen zweiten Eingang und einen Ausgang. Der ZF-Polyphasenfilter 326 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang von Mischer 324 verbunden ist, und einen Ausgang. Der ZF-Tiefpassfilter 328 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang des ZF-Polyphasenfilters 326 verbunden ist, und einen Ausgang. Der ZF-Verstärker 330 für den automatischen Verstärkungs-Regelungs-Schaltkreis (AGC) hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des ZF-Tiefpassfilters 328 verbunden ist, einen zweiten Eingang und einen Ausgang. Demodulator 360 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang des ZF-Verstärkers 330 für den automatischen Verstärkungs-Regelungs-Schaltkreis (AGC) verbunden ist, und einen Ausgang zur Ausgabe eines demodulierten Ausgangssignals TVOUT.
  • Leistungsdetektor 332 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang von ZF-Tiefpassfilter 328 verbunden ist, und einen Ausgang. Der digitale Regelungs-Schaltkreis 334 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang des Leistungsdetektors 332 verbunden ist, einen ersten Ausgang, der mit dem zweiten Eingang des rauscharmen Verstärkers 312 (LNA), dem zweiten Eingang des RF-Verstärkers 318 für den automatischen Verstärkungs-Regelungs-Schaltkreis (AGC) und dem zweiten Eingang des ZF-Verstärkers 330 für den automatischen Verstärkungs-Regelungs-Schaltkreis (AGC) verbunden ist, und einen zweiten Ausgang. DC-DC-Wandler 336 hat einen Eingang, der mit dem zweiten Ausgang des digitalen Regelungs-Schaltkreises 334 verbunden ist, und einen Ausgang, der mit dem zweiten Eingang des Nachlauffilters 316 verbunden ist.
  • Der Quarzkristall 340 hat erste und zweite Anschlüsse. Der Quarzkristall-Oszillator 342 hat einen ersten Eingang, der durch einen Kondensator mit dem ersten Anschluss des Quarzkristalls 340 verbunden ist, einen zweiten Eingang, der mit einem Kondensator mit dem zweiten Anschluss des Quarzkristalls 340 verbunden ist, einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang. Frequenzgenerator 344 hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des Quarzkristall-Oszillators 342 verbunden ist, einen zweiten Eingang und einen Ausgang. Schleifenfilter 346 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang des Frequenzgenerators 344 verbunden ist und einen Ausgang. Oszillator 348 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang des Schleifenfilters 346 verbunden ist, einen ersten Ausgang, der mit dem zweiten Eingang des Frequenzgenerators 344 verbunden ist, und einen zweiten Ausgang. Testsignal-Generator 350 hat einen Eingang, der mit dem zweiten Ausgang des Oszillators 348 verbunden ist, und einen Ausgang, der mit dem ersten Eingang des Nachlauffilters 316 verbunden ist. Frequenzgenerator 352 hat einen ersten Eingang, der mit dem zweiten Ausgang des Quarzkristall-Oszillators 342 verbunden ist, einen zweiten Eingang und einen Ausgang. Schleifenfilter 354 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang des Frequenzgenerators 352 verbunden ist, und einen Ausgang. Oszillator 356 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang des Schleifenfilters 354 verbunden ist, einen ersten Ausgang, der mit dem zweiten Eingang von Frequenzgenerator 354 verbunden ist, und einen zweiten Ausgang. Überlagerungsoszillator-Generator 358 hat einen Eingang, der mit dem zweiten Ausgang des Oszillators 356 verbunden ist, und einen Ausgang, der mit dem zweiten Eingang des Mischers 324 verbunden ist.
  • Im Betrieb funktioniert Empfänger 300 ähnlich wie Empfänger 100; ein gewünschter Fernsehkanal wird dadurch eingestellt, dass das Signal RFIN durch Nachlauffilter 316 geschickt wird, um Fernsehkanäle außerhalb des gewünschten Durchlassbandes zu dämpfen. Dafür umfasst Nachlauffilter 316 Spulen und Kapazitätsdioden. Empfänger 300 weist einen höheren Integrationsgrad als Empfänger 100 und 200 auf, wobei der rauscharme Verstärker 312 (LNA), Dämpfer 314, Nachlauffilter 316, RF-Verstärker 318 für den automatischen Verstärkungs-Regelungs-Schaltkreis (AGC), RF-Filter 320, RF-Polyphasenfilter 322, Mischer 324, ZF-Polyphasenfilter 326, ZF-Tiefpassfilter 328, ZF-Verstärker 330 für den automatischen Verstärkungs-Regelungs-Schaltkreis (AGC), Leistungsdetektor 332, der digitale Regelungs-Schaltkreis 334, DC-DC-Wandler 336, Quarzkristall-Oszillator 342, Frequenzgenerator 344, Oszillator 348, Testsignal-Generator 350, Frequenzgenerator 352 und Oszillator 356 in einem „System in Package“(SIP)-Empfänger 370 kombiniert sind. Bei diesem Ansatz sind Spulen und Kapazitätsdioden Bauteile für Oberflächenbestückung (SMDs), die auf ein Basismaterialsubstrat entlang einem Tunerstufen-Chip gelötet sind. Die Kapazitätsdioden SMDs sind Hochspannungsausführungen, die den DC-DC-Wandler 336 erforderlich machen, der bei Spannungen bis zu 30 V arbeitet. Um also den integrierten DC-DC-Wandler 336 auf den Tunerstufen-Chip zu integrieren, wird der Tunerstufen-Chip in einem Prozess für bipolare Hochspannungs-Verbindungsstellen-Transistoren mit komplementären Metalloxid Silizium implementiert (HV BiCMOS).
  • Um Nachlauffilter 316 einzustellen, wird ein Offline-Kalibrierungston vom Testsignal-Generator 350 an Nachlauffilter 316 gesendet und die Leistungsstufe wird vom Leistungsdetektor 332 gemessen. Weil die Leistungsmessung im ZF-Bereich vorgenommen wird, werden zwei Töne benötigt, um den Nachlauffilter einzustellen: Der Kalibrierungston und der Überlagerungsoszillator-Ton. Es werden also zwei separate Frequenzgeneratoren benötigt, um die Kalibrierung vorzunehmen. Während Empfänger 300 eine höhere Integration bietet und dabei eine kleinere Grundfläche als die Empfänger 100 und 200 aufweist, bedeutet die Notwendigkeit von SMD-Spulen und Kapazitätsdioden und das teure BiCMOS-Herstellungsverfahren lediglich eine minimale Kostenersparnis im Vergleich mit den Empfängern 100 und 200. Zusätzlich verhindert die Notwendigkeit des DC-DC-Wandlers 336 und des Frequenzgenerators 352 eine weitere Reduzierung der Chipgröße. Eine weitere Integration bei gleichbleibender hoher Leistungsfähigkeit wäre also wünschenswert.
  • 4 zeigt teilweise als Blockdiagramm und teilweise in schematischer Form einen Fernsehempfänger 400 nach einer Ausführungsform der Erfindung. Empfänger 400 umfasst im Allgemeinen einen rauscharmen Verstärker (LNA) 410, einen Nachlauf-Bandpassfilter 420, einen Präkonditionierungs-Schaltkreis 430, einen Mischschaltkreis 440, einen ersten Zwischenfrequenz(ZF)-Verarbeitungs-Schaltkreis 450, einen zweiten ZF-Verarbeitungs-Schaltkreis 460, einen ersten Analog-Digital-Wandler (ADC) 458, einen zweiten ADC 468, einen Demodulator 480, eine Mikrocontrollereinheit (MCU) 490 und einen Leistungsdetektor 491. Der rauscharme Verstärker (LNA) 410 hat einen ersten Eingang zum Empfang eines RF-Eingangssignals RFIN, einen zweiten Eingang zum Empfang eines Verstärkungs-Regelungs-Signals LNA AGC und einen Ausgang. Nachlauf-Bandpassfilter 420 hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang von LNA 410 verbunden ist, einen zweiten Eingang zum Empfang eines Einstellsignals mit der Bezeichnung „fBP“ und einen Ausgang.
  • Präkonditionierungs-Schaltkreis 430 umfasst einen Dämpfer 432 und einen Filter 434. Dämpfer 432 hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des Nachlauf-Bandpassfilters 420 verbunden ist, einen zweiten Eingang zum Empfang eines Dämpfungs-Regelungs-Signals mit der Bezeichnung „ATTEN AGC“ und einen Ausgang. Filter 434 hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des Dämpfers 432 verbunden ist, einen zweiten Eingang zum Empfang eines Einstellsignals für eine kritische Frequenz mit der Bezeichnung fLP und einen Ausgang.
  • Misch-Schaltkreis 440 umfasst einen Überlagerungs-Oszillator 442 und einen Mischer 444. Überlagerungsoszillator 442 hat einen Eingang zum Empfang eines Überlagerungsoszillator-Einstellungssignals mit der Bezeichnung „FLO“ und einen ersten Ausgang zur Ausgabe zweier Mischsignale, die ein gleichphasiges Mischsignal und ein Quadratur-Mischsignal umfassen, und einen zweiten Ausgang zur Ausgabe eines Testsignals mit der Bezeichnung „TEST“, der mit dem ersten Eingang des Nachlauf-Bandpassfilters 420 verbunden ist. Mischer 444 hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des Filters 434 verbunden ist, einen zweiten Eingang, der mit dem Ausgang des Überlagerungs-Oszillators 442 verbunden ist, einen ersten Ausgang zur Ausgabe eines gleichphasigen ZF-Signals und einen zweiten Ausgang zur Ausgabe eines Quadratur-ZF-Signals.
  • ZF-Schaltkreis 450 hat einen Eingang, der mit dem ersten Ausgang des Mischers 444 verbunden ist, und einen Ausgang. ZF-Schaltkreis 460 hat einen Eingang, der mit dem zweiten Ausgang des Mischers 444 verbunden ist, und einen Ausgang. Analog/Digital-Wandler 458 (ADC) hat einen Eingang, der mit dem Ausgang des ZF-Schaltkreises 450 verbunden ist, und einen Ausgang zur Ausgabe eines digitalen 3-Bit Ausgangssignals. ADC 468 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang des ZF-Schaltkreises 460 verbunden ist, und einen Ausgang zur Ausgabe eines digitalen 3-Bit Ausgangssignals. Demodulator 480 hat Eingänge, die mit den Ausgängen der Analog/Digital-Wandler 458 und 468 verbunden sind, und einen Ausgang zur Ausgabe eines demodulierten Ausgangssignals TVOUT.
  • Mikrocontrollereinheit (MCU) 490 hat einen Eingang und Ausgänge zur Ausgabe der Steuerungssignale LNA AGC, FBP, ATTEN AGC, FLP und FLO. Leistungsdetektor 491 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang von Filter 434 verbunden ist und einen Ausgang, der mit dem Eingang der Mikrocontrollereinheit 490 verbunden ist. Mikrocontrollereinheit 490 (MCU) kann den Empfänger 400 steuern, indem die Steuersignale LNA AGC, FBP, ATTEN AGC, FLP und FLO als diskrete Ausgabewerte ausgegeben werden, wie es in 4 gezeigt ist, oder indem die Steuersignale über eine serielle Schnittstelle kommuniziert werden, von der sie empfangen und gesteuert werden.
  • In Betrieb funktioniert der Empfänger 400 als ein Fernsehempfänger, der dazu ausgebildet ist, Fernsehkanäle zu empfangen und zu demodulieren. MCU 490 ist dazu ausgebildet, die verschiedenen Elemente in dem Empfänger 400 in Hinblick auf den vom Benutzer gewählten Kanal zu steuern. Empfänger 400 benutzt eine duale Filterbauweise für den Vormisch-Tuner. Das Signal RFIN wird empfangen und vom rauscharmen Verstärker 410 (LNA) unter der Steuerung von MCU 490 mittels des Signals LNA AGC nach Bedarf verstärkt. Empfänger 400 ist also in der Lage, ein passendes Signal an den Eingang von Nachlauf-Bandpassfilter 420 auszugeben. Empfänger 400 verwendet eine digitale automatische Verstärkungsregelung in Form des Leistungsdetektors 491 und MCU 490.
  • Nachlauf-Bandpassfilter 420 ist ein LC-Filter zweiter Ordnung, der eine Spiegelunterdrückung unterstützt durch Ausfiltern benachbarter Kanäle, von denen ein wesentlicher Teil ihrer Energie zurück in das Durchlassband reflektiert werden könnte. Wie später in Bezugnahme auf 6 beschrieben wird, ist der Nachlauf-Bandpassfilter 420 mit einer Spule und einer Anordnung von Schaltkondensatoren implementiert, deren Auswahl dazu dient, die Mittenfrequenz des Durchlassbandes von Nachlauf-Bandpassfilter 420 unter der Steuerung von MCU 490 mittels des Signals FBP einzustellen. Um Nachlauf-Bandpassfilter 420 zu kalibrieren, wird ein Testsignal an den ersten Eingang des Nachlauf-Bandpassfilters 420 ausgegeben und die Leistungsausgabe 434 wird vom Leistungsdetektor 491 gemessen. Wie später in Bezugnahme auf 7 erklärt wird, ist Nachlauf-Bandpassfilter 420 teilweise auf einem Substrat eines integrierten Schaltkreises implementiert, das die anderen Elemente von Empfänger 400 umfasst, und teilweise auf einem Chip für ein integriertes passives Bauteil.
  • Dämpfer 432 funktioniert als ein teilweise einstellbares Verstärkungselement unter der Steuerung von MCU 490 mittels des Signals ATTEN AGC, sodass MCU 490 die Dämpfung zwischen zwei verschiedenen Teilbereichen des Signalverarbeitungsweges genau aufteilen kann. Filter 434 bietet eine zusätzliche Dämpfung oberhalb der dritten Oberschwingung des Mischsignals unter der Steuerung von MCU 490 mittels Signal FLP, um zu verhindern, dass ungewollte Energie eines Nachbarkanals in das Durchlassband gemischt wird. Diese Frequenz ist wichtig, weil der Überlagerungsoszillator 442 ein digitales Mischsignal in Form einer Rechteckschwingung verwendet, das eine nicht vernachlässigbare Energie in der dritten Oberschwingung aufweist.
  • Mischer 444 ist ein Quadratur-Mischer, der das gefilterte und gedämpfte Eingangssignal mit dem Signal vom Überlagerungsoszillator 442 mischt, um einen gewählten Kanal auf eine gewünschte ZF zu mischen. Im Empfänger 400 ist die gewünschte ZF einstellbar in dem Bereich von 3 bis 5 MHz, was bedeutet, dass Empfänger 400 als eine Niedrigzwischenfrequenz-Bauweise konfigurierbar ist. Zusätzlich ist Empfänger 400 als ein Direktumwandlungs-Empfänger konfigurierbar, indem eine ZF von 0 eingestellt wird. Um die gewünschte ZF zu erreichen, wird Überlagerungsoszillator 442 auf einer Frequenz eingestellt, die den ausgewählten Kanal auf die gewünschte ZF unter der Steuerung von MCU 490 mittels Signal FLO mischt. In weiteren Ausführungsformen kann Empfänger 400 eine Hoch-ZF-Bauweise verwenden. Nach Studium dieser Offenbarung wird klar sein, dass Empfänger 400 so einstellbar ist, dass er mit verschiedenen Fernseh-Standards auf der gesamten Welt kompatibel ist.
  • ZF-Schaltkreise 450 und 460 führen weitere Signalverarbeitungen durch, was ein Tiefpassfiltern umfasst, um Signale unterhalb einer kritischen Frequenz zwischen 7 und 9 MHz weiterzuleiten und weitere Verstärkungsstufen unter der Steuerung von MCU 490 umfasst. Analog/Digital-Wandler 458 und 460 (ADCs) konvertieren ihre jeweiligen Eingangssignale in den digitalen Bereich, sodass Demodulator 480 diese digital demodulieren kann und ein Signal TVOUT ausgeben kann.
  • Durch Verwendung des Nachlauf-Bandpassfilter-Ansatzes mit einem LC-Filter ist Empfänger 400 in der Lage, hochqualitatives Filtern durchzuführen bei einem niedrigen Signal-Rausch-Verhältnis und niedrigen Kosten. Das RF-Filtern wird zwischen Nachlauf-Bandpassfilter 420 und Tiefpassfilter 434 aufgeteilt, wobei der Tiefpassfilter 434 die notwendige Qualität für Nachlauf-Bandpassfilter 420 herabsetzt. Die Anordnung der Schaltkondensatoren von Nachlauf-Bandpassfilter 420 ist effizient auf einem Empfänger-Chip hergestellt, die ebenfalls den rauscharmen Verstärker 410 (LNA), Präkonditionierungs-Schaltkreis 430, Misch-Schaltkreis 440, Schaltkreis 450 für eine erste Zwischenfrequenz(ZF)-Verarbeitung, Schaltkreis 460 für eine zweite ZF-Verarbeitung, den ersten Analog/Digital-Wandler (ADC) 458, den zweiten Analog/Digital-Wandler (ADC) 468, Demodulator 480, Mikrocontrollereinheit (MCU) 490 und Leistungsdetektor 491 umfasst. Zusätzlich sind die Spulen von Nachlauf-Bandpassfilter 420 effizient auf einem Chip für ein integriertes passives Bauteil (IPD) hergestellt, was detaillierter mit Bezugnahme auf 7 unten beschrieben wird. Empfänger 400 erreicht also eine hohe Qualität bei geringen Kosten.
  • 5 stellt teilweise als Blockdiagramm und teilweise in schematischer Form eine bestimmte Ausführungsform des Fernsehempfängers 500 aus 4 dar. Empfänger 500 umfasst einen Eingangsbereich 510, erste bis fünfte RF-Bereiche 520, 530, 540, 550 und 560, einen Mischerauslastungs-I/Q-Kombinator 528, einen ersten ZF-Bereich 570, einen zweiten ZF-Bereich 575, einen Demodulator 580 ähnlich dem Demodulator 480 und eine MCU 590 ähnlich zu MCU 490. Der Eingangsbereich 510 umfasst einen ersten rauscharmen Verstärker 512 (LNA), einen oder mehrere zusätzlich LNAs mit der Bezeichnung LNA 514 und eine Schaltmatrix 518. Jeder RF-Bereich 520, 530, 540, 550 und 560 umfasst einen Nachlauf-Bandpassfilter 521 ähnlich dem Nachlauf-Bandpassfilter 420, einen Dämpfer 522 ähnlich dem Dämpfer 532, einen Mischer 524 ähnlich dem Mischer 544, einen Leistungsdetektor 525 ähnlich dem Leistungsdetektor 491, und einen Überlagerungsoszillator 526 ähnlich dem Überlagerungsoszillator 442. Ferner umfassen der erste RF-Bereich 520 und der zweite RF-Bereich 530 einen Filter 523 ähnlich dem Filter 434. ZF-Bereich 570 umfasst einen ZF-Schaltkreis 572 ähnlich dem ZF-Schaltkreis 450 und einen Analog/Digital-Wandler (ADC) 574 ähnlich dem ADC 458. ZF-Bereich 575 umfasst einen ZF-Schaltkreis 577 ähnlich dem ZF-Schaltkreis 460 und einen Analog/Digital-Wandler (ADC) 579 ähnlich dem ADC 468.
  • Eingangsbereich 510 umfasst ein RF-Eingangssignal RFIN. Die rauscharmen Verstärker (LNAs) 512 bis 514 haben jeder einen Eingang zum Empfang des Signals RFIN und einen Ausgang. Die Schaltmatrix 518 hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang von LNA 512 verbunden ist, einen oder mehrere zusätzliche Eingänge, die mit dem Ausgang von LNA 514 verbunden sind, und einen dritten Eingang zum Empfang eines Schaltmatrix-Steuerungssignals mit der Bezeichnung „SM CONTROL“, einen ersten bis fünften Ausgang und einen RF-Abladeausgang mit der Bezeichnung RFDUMP. RF-Bereiche 520, 530, 540, 550 und 560 haben jeder einen Eingang zum Empfang eines RF-Eingangssignals, der mit einem Ausgang der Schaltmatrix 518 verbunden ist, sodass der erste Ausgang mit dem RF-Bereich 520, der zweite Ausgang mit dem RF-Bereich 530, der dritte Ausgang mit dem RF-Bereich 540, der vierte Ausgang mit dem RF-Bereich 550 und der fünfte Ausgang mit dem RF-Bereich 560 verbunden ist. RF-Bereiche 520, 530, 540, 550 und 560 haben ebenfalls jeder einen ersten Ausgang zur Ausgabe eines gleichphasigen ZF-Signals und einen zweiten Ausgang zur Ausgabe eines Quadratur-ZF-Signals.
  • In jedem der RF-Bereiche 520 und 530 hat der Nachlauf-Bandpassfilter einen ersten Eingang, der über Schaltmatrix 518 und einen LNA 512 bis 514 mit Signal RFIN verbunden ist, einen zweiten Eingang zum Empfang eines Einstellsignals (in 5 nicht dargestellt) ähnlich dem Einstellsignal FBP und einen Ausgang. Dämpfer 522 hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des Nachlauf-Bandpassfilters 521 verbunden ist, einen zweiten Eingang zum Empfang eines Dämpfungs-Regelungs-Signals (in 5 nicht dargestellt) ähnlich dem Dämpfungs-Regelungs-Signal ATTEN AGC und einen Ausgang. Filter 523 hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des Dämpfers 522 verbunden ist, einen zweiten Eingang zum Empfang eines Einstellsignals für eine kritische Frequenz (in 5 nicht dargestellt) ähnlich dem Einstellungssignal für eine kritische Frequenz FLP und einen Ausgang. Überlagerungsoszillator 526 hat einen Eingang zum Empfang eines Überlagerungsoszillator-Einstellungssignals (in 5 nicht dargestellt) ähnlich dem Überlagerungsoszillator-Einstellungssignal FLP, einen ersten Ausgang zur Ausgabe zweier Mischsignale, die ein gleichphasiges Mischsignal und ein Quadratur-Mischsignal umfassen, und einen zweiten Ausgang zur Ausgabe eines Testsignals TEST, der mit dem ersten Eingang der Nachlauf-Bandpassfilters 521 verbunden ist. Mischer 524 hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang von Filter 523 verbunden ist, einen zweiten Eingang, der mit dem Ausgang von Überlagerungsoszillator 526 verbunden ist, einen ersten Ausgang zur Ausgabe eines gleichphasigen ZF-Signals und einen zweiten Ausgang zur Ausgabe eines Quadratur-ZF-Signals. Leistungsdetektor 525 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang von Filter 523 verbunden ist, und einen Ausgang. RF-Bereiche 540, 550 und 560 umfassen Elemente, die untereinander ähnlich wie in den RF-Bereichen 520 und 530 verbunden sind, mit der Ausnahme, dass ohne Filter 523 der Ausgang von Dämpfer 522 mit dem ersten Eingang von Mixer 524 verbunden ist. In einer alternativen Ausführungsform umfasst Filter 523 keinen zweiten Eingang, sondern ist ein Tiefpassfilter mit einer kritischen Frequenz, die im Wesentlichen gleich der zweifachen Frequenz des unteren Endes des Frequenzbereiches, der durch den Empfänger 400 eingestellt wurde, liegt.
  • Mischerauslastungs-I/Q-Kombinator 528 hat ein erstes Eingangspaar, das mit dem ersten und zweiten Ausgang von RF-Bereich 520 verbunden ist, ein zweites Eingangspaar, das mit dem ersten und zweiten Ausgang von RF-Bereich 530 verbunden ist, ein drittes Eingangspaar, das mit dem ersten und zweiten Ausgang von RF-Bereich 540 verbunden ist, ein viertes Eingangspaar, das mit dem ersten und zweiten Ausgang von RF-Bereich 550 verbunden ist, ein fünftes Eingangspaar, das mit dem ersten und zweiten Ausgang von RF-Bereich 560 verbunden ist, einen sechsten Eingang zum Empfang eines Mischer-Auslastungs-I/Q-Kombinator-Regelungs-Signals mit der Bezeichnung „MLC CONTROL“, einen ersten Ausgang zur Ausgabe eines gleichphasigen ZF-Signals und einen zweiten Ausgang zur Ausgabe eines Quadratur-ZF-Signals.
  • ZF-Bereich 570 empfängt das gleichphasige ZF-Signal, das vom MischerAuslastungs-I/Q-Kombinator 528 ausgegeben wurde, und gibt ein gleichphasiges digitales Signal an Demodulator 580 aus. ZF-Schaltkreis 572 hat einen Eingang zum Empfang des gleichphasigen ZF-Signals und einen Ausgang. Analog/Digital-Wandler (ADC) 574 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang vom ZF-Schaltkreis 572 verbunden ist, und einen Ausgang zur Ausgabe eines digitalisierten Ausgangssignals. ZF-Bereich 575 empfängt das Quadratur-ZF-Signal, das vom Mischer-Auslastungs-I/Q-Kombinator 528 ausgegeben wurde, und gibt ein digitales Signal an Demodulator 580 aus. Der ZF-Schaltkreis 577 hat also einen Eingang zum Empfang des Quadratur-ZF-Signals und einen Ausgang. Analog/Digital-Wandler (ADC) 579 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang von ZF-Schaltkreis 577 verbunden ist, und einen Ausgang zur Ausgabe eines digitalisierten Ausgangssignals. Demodulator 580 hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang von ADC 574 verbunden ist, einen zweiten Eingang, der mit dem Ausgang von ADC 579 verbunden ist, und einen Ausgang zur Ausgabe eines demodulierten Ausgangssignals mit der Bezeichnung TVOUT.
  • MCU 590 hat fünf Eingänge, wobei jeder Eingang mit dem Ausgang eines Leistungsdetektors 525 verbunden ist, fünf Ausgänge zur Ausgabe der Signale FBP, fünf Ausgänge zur Ausgabe der Signale ATTEN AGC, zwei Ausgänge zur Ausgabe der Signale FLP, fünf Ausgänge zur Ausgabe der Signale FLO, einen Ausgang, der mit dem vierten Eingang der Schaltmatrix 518 verbunden ist zur Ausgabe des Signals SM CONTROL und einen Ausgang, der mit dem sechsten Eingang des MischerAuslastungs-I/Q-Kombinators 528 zur Ausgabe des Signals MLC CONTROL verbunden ist. MCU 590 kann die Signale FBP, ATTEN AGC, FLP, FLO, SM CONTROL und MLC CONTROL als diskrete Ausgänge implementieren oder die Signale FBP, ATTEN AGC, FLP, FLO, SM CONTROL und MLC CONTROL können durch Platzieren geeigneter Signalwerte in Pufferelemente (nicht dargestellt), die als Ausgänge dienen, implementiert werden.
  • Im Betrieb funktioniert Empfänger 500 als ein Fernsehempfänger ähnlich dem Fernsehempfänger 400, der dazu ausgebildet ist, Fernsehkanäle im Bereich zwischen 48 MHz und 1 GHz zu empfangen und zu demodulieren. MCU 590 ist dazu ausgebildet, die verschiedenen Elemente im Empfänger 500 gemäß dem vom Benutzer gewählten Kanal zu steuern. Empfänger 500 verwendet hier die Dualfilterbauweise in den RF-Bereichen 520 und 530, während RF-Bereiche 540, 550 und 560 eine Einzelfilterbauweise für den Vormisch-Tuner verwenden. Nach Studium dieser Offenbarung wird klar sein, dass verschiedene RF-Bereiche so gestaltet werden können, dass das Filtern über verschiedene Teilbereiche des 48 MHz- bis 1 GHz-Bereiches möglich sind und dass eine solche Ausgestaltung einfacher werden kann als mit einem einzigen RF-Bereich. RF-Bereiche 520, 530, 540, 550 und 560 sind hier jeder so ausgestaltet, dass eine Filterung und eine Dämpfung für einen gewählten Frequenzbereich des Signals RFIN bereitgestellt werden. In der dargestellten Ausführungsform zum Beispiel dient der erste RF-Bereich 520 zur Filterung und Dämpfung im Bereich von 48 bis 120 MHz, ein zweiter RF-Bereich 530 dient zur Filterung und Dämpfung in einem Bereich von 120 bis 240 MHz, ein dritter RF-Bereich 540 dient zur Filterung und Dämpfung in einem Bereich von 240 - 470 MHz, ein vierter RF-Bereich 550 dient zur Filterung und Dämpfung im Bereich zwischen 470 und 685 MHz und ein fünfter RF-Bereich 560 dient zur Filterung und Dämpfung im Bereich zwischen 685 MHz und 1 GHz.
  • Die rauscharmen Verstärker (LNAs) 512 bis 514 empfangen und verstärken das Signal RFIN. Empfänger 500 implementiert eine Vielzahl von LNAs 512 bis 514, die proportional zur gewünschten Verstärkungsauflösung ist (d.h. proportional zur Nummer von gewünschten Verstärkungsschritten). Schaltmatrix 518 empfängt das verstärkte Signal RFIN von den LNAs 512 bis 514 und verbindet jeden LNA 512 bis 514 entweder zu einem der RF-Bereiche 520, 530, 540, 550 oder 560, der zur Filterung und Dämpfung für den gewählten Kanal vorgesehen ist, oder zum RFDUMP-Ausgang unter der Steuerung von MCU 590 mittels dem Signal SM CONTROL. Durch das Schalten von mehr oder weniger LNAs 512 und 514 ist Empfänger 500 dazu geeignet, das Signal RFIN an den Eingang des gewählten RF-Bereichs 520, 530, 540, 550 oder 560 mit einem für den gewählten Nachlauf-Bandpassfilter 521 und Mischer 524 angepassten Leistungsniveau weiterzuleiten. MCU 590 benutzt die Eingänge des gewählten Leistungsdetektors 525, um die Anzahl der LNAs 512 und 514 zu bestimmen, die mit den jeweiligen RF-Bereichen 520, 530, 540, 550 oder 560 verbunden werden sollen, wodurch eine digitale automatische Verstärkungsregelung im Empfänger 500 erreicht wird. In einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform sind eine oder mehrere LNAs ausgebildet, um eine variable lineare Verstärkung über einen anderen Teilbereich als 48 MHz bis 1 GHz bereitzustellen. Nach Studium dieser Offenbarung wird klar sein, dass das Bauen solcher LNAs einfacher zu erreichen ist als der Bau eines einzelnen LNAs, der die gesamte Verstärkungs- und Einstellbandbreite abdeckt. Schaltmatrix 518 empfängt Signale von den LNAs 512 und 514, die zusammen die gewünschte Verstärkung ergeben, und schaltet jedes von ihnen auf RF-Bereich 520, 530, 540, 550 oder 560, der dazu ausgebildet ist, die Filterung und Dämpfung für den ausgewählten Kanal durchzuführen. Außerdem steuert MCU 590 die Verstärkung durch Regelung der Schalteigenschaften der Schaltmatrix 518. Jeder Nachlauf-Bandpassfilter 521 ist ein LC-Filter zweiter Ordnung, der durch eine Spule mit einer Anordnung von Schaltkondensatoren implementiert wird, wobei die Auswahl der Schaltkondensatoren dazu dient, die Mittenfrequenz des Durchlassbandes des Nachlauf-Bandpassfilters 521 unter Steuerung von MCU 590 mittels Signal fBP durchzuführen, wobei der Nachlauf-Bandpassfilter 521 außerdem auf einem Substrat für einen integrierten Schaltkreis mit anderen Elementen von Empfänger 400 und teilweise auf einem Chip für ein integriertes passives Bauteil (IPD) implementiert ist. Dämpfer 522 funktionieren über separat steuerbare Verstärkungselemente unter der Steuerung von MCU 490 mittels Signal ATTEN AGC. Filter 523 bieten zusätzliche Dämpfung oberhalb der dritten Oberschwingung des Mischsignals unter der Steuerung von MCU 490 mittels Signals FLP, um zu verhindern, dass ungewollte Energie eines Nachbarkanals in das Durchlassband gemischt wird. Diese Frequenz ist wiederum wichtig, weil Überlagerungsoszillator 526 ein digitales Mischsignal in Rechteckform verwendet, das eine wesentliche Energie in der dritten Oberschwingung aufweist. Nach Studium dieser Offenbarung wird klar sein, dass ein Tiefpassfilter nicht notwendig sein muss, um die dritte Oberschwingung der Frequenz des digitalen Mischsignals für die RF-Bereiche, die die höherfrequenten Kanäle verarbeiten, auszufiltern.
  • Mischer 524 sind Quadratur-Mischer, die das gefilterte und gedämpfte RF-Eingangssignal mit dem Signal vom Überlagerungsoszillator 526 mischen, um ein gewünschtes ZF-Signal zu erhalten. Die gewünschte ZF-Frequenz ist wieder 4 MHz, sodass Empfänger 500 eine Tief-ZF-Bauweise verwendet. Um die gewünschte ZF zu erreichen, werden die Überlagerungsoszillatoren 526 auf eine Frequenz eingestellt, die ein gewähltes Signal auf die tiefe ZF-Frequenz von 4 MHz unter der Steuerung von MCU 490 mittels Signal FLP mischt. In anderen Ausführungsformen kann Empfänger 500 eine Hoch-ZF- oder eine Direktumwandlungsbauweise verwenden. Der Mischerauslastungs-I/Q-Kombinator 528 empfängt die gleichphasigen und die Quadratur-ZF-Signale vom ausgewählten Mischer 524 und schaltet sie jeweils zum gleichphasigen ZF-Bereich 570 und zum Quadratur-ZF-Bereich 575 unter der Steuerung von MCU 590 mittels Signal MLC CONTROL.
  • Jeder der ZF-Schaltkreise 572 und 577 führt eine weitere Signalverarbeitung durch, die eine Tiefpassfilterung, um Frequenzen unterhalb einer kritischen Frequenz von 7 MHz weiterzuleiten, und eine weitere Dämpfung umfasst. MCU 590 hat ferner Ausgänge, die nicht in 5 dargestellt sind, zur Einstellung der Verstärkung des Signals durch ZF-Schaltkreise 572 und 577. Analog/Digital-Wandler (ADCs) 574 und 579 konvertieren ihre jeweiligen Eingangssignale in den digitalen Bereich, sodass Demodulator 580 sie digital demodulieren kann und ein Signal TVOUT ausgibt. Wie in Empfänger 400 ist Empfänger 500 für hochqualitative Filterung und ein niedriges Signal-Rausch-Verhältnis geeignet, während er durch die Verwendung des Nachlauf-Bandpassfilter-Ansatzes mit einem LC-Filter nur geringe Kosten verursacht. Die Anordnung der Schaltkondensatoren des Nachlauf-Bandpassfilters 521 sind wieder effizient hergestellt auf einem günstigen CMOS-Empfänger-Chip, der ebenfalls Eingangsbereich 510, RF-Bereiche 520, 530, 540, 550 und 560, Mischerauslastungs-I/Q-Kombinator 528, ZF-Bereiche 570 und 575, Demodulator 580 und MCU 590 umfasst. Ebenfalls sind die Spulen des Nachlauf-Bandpassfilters 521 effizient auf einem Chip für ein integriertes Passivbauteil hergestellt. Empfänger 500 erreicht also ebenfalls eine hohe Qualität bei geringen Kosten. Im Gegensatz zu Empfänger 400 von 4 teilt Empfänger 500 den Empfänger-RF-Bereich in fünf separate RF-Bereiche 520, 530, 540, 550 und 560 auf, um die Linearitätsvoraussetzungen der Verstärkungselemente und Nachlauffilter herabzusetzen. Dieser Ansatz führt zu einer weiteren Verringerung der Empfänger-Chipgröße und der Kosten. Bei einer weiteren Ausführungsform (nicht dargestellt) können die Filter 523 von zusätzlichen RF-Stufen 540, 550 oder 560 umfasst sein, um Energiespiegelungen außerhalb der 40 MHz bis 1 GHz-Bandbreite zu filtern (zum Beispiel von mobilen Kommunikationen oberhalb 1 GHz).
  • 6 zeigt in schematischer Form eine Ausführungsform eines Nachlauf-Bandpassfilters 600, der jeweils für die Verwendung als Nachlauf-Bandpassfilter 420 und 521 in den 4 und 5 geeignet ist, wobei der Nachlauf-Bandpassfilter eine Anordnung von Schaltkondensatoren umfasst, um eine Mittenfrequenzeinstellung zu ermöglichen. Nachlauf-Bandpassfilter 600 umfasst einen Stromspannungswandler 602 wie dargestellt, einen Kondensator 604, eine Spule 606, Kondensatoren 611 bis 626 und Transistoren 632, 634, 636, 638, 640, 642, 644 und 646. Stromspannungswandler 602 hat einen Differenzsignaleingang zum Empfang eines RF-Eingangssignals mit der Bezeichnung „RFIN“ und einen Differenzsignalausgang zur Ausgabe eines RF-Ausgangssignals mit der Bezeichnung „FILTERED RFOUT“. Nachlauf-Bandpassfilter 600 umfasst außerdem einen Eingang zum Empfang eines Transistor-Regelungssignals mit der Bezeichnung „FBP CONTROL“ und einen Eingang zum Empfang einer Referenzspannung mit der Bezeichnung „VREF“. Kondensator 604 ist zwischen dem Differenzsignalausgang des Stromspannungswandlers 602 verbunden. Spule 606 ist ebenfalls zwischen dem Differenzsignalausgang des Stromspannungswandlers 602 verbunden und hat einen Mittelabgriff zum Empfang einer Referenzspannung VREF. Die Kondensatoren 611, 613, 615, 617, 619, 621, 623 und 625 umfassen jeweils einen ersten Anschlussbereich, der mit der positiven Seite des Differenzsignalausgangs des Stromspannungswandlers 602 verbunden ist und einen zweiten Anschlussbereich. Kondensatoren 612, 614, 616, 618, 620, 622, 624 und 626 umfassen jeweils einen ersten Anschlussbereich, der mit der negativen Seite des Differenzsignalausgangs vom Stromspannungswandler 602 verbunden ist, und einen zweiten Anschlussbereich. Transistoren 632, 634, 636, 638, 640, 642, 644 und 646 sind Feldeffekttransistoren (FETs), die jeweils einen ersten Source/Drain-Anschlussbereich umfassen, der mit dem zweiten Anschlussbereich der Kondensatoren 611, 613, 615, 617, 619, 621, 623 und 625 verbunden ist, ein Gate zum Empfang des jeweiligen Signals FBP und einen zweiten Source/Drain-Anschlussbereich, der mit dem zweiten Anschlussbereich der Kondensatoren 612, 614, 616, 618, 620, 622, 624 und 626 verbunden ist.
  • Im Betrieb stellt der Nachlauf-Bandpassfilter seine Mittenfrequenz durch das Schalten einer oder mehrerer der Transistoren 632, 634, 636, 638, 640, 642, 644 und 646 ein. Transistoren 632, 634, 636, 638, 640, 642, 644 und 646 werden ein- und ausgeschaltet, basierend auf dem Status des jeweiligen Gates jedes Transistors 632, 634, 636, 638, 640, 642, 644 und 646. In einer Ausführungsform kann die Kapazität der Kondensatoren 612 bis 626 gleich sein (zum Beispiel 1 pF), wodurch die Gesamtkapazität 1 pF beträgt, wenn nur ein Transistor eingeschaltet ist, 2 pF, wenn zwei Transistoren eingeschaltet sind usw. bis, wenn alle acht Transistoren eingeschaltet sind, die Gesamtkapazität 8 pF beträgt und der Nachlauf-Bandpassfilter auf acht verschiedene Kanäle eingestellt werden kann. In einer weiteren Ausführungsform kann der Nachlauf-Bandpassfilter 600 zu mehr oder weniger als acht verschiedenen Kanälen eingestellt werden, indem Kondensator oder Transistorelemente hinzugefügt oder entfernt werden. In einer weiteren Ausführungsform können die Kondensatoren binär gewichtet werden, sodass die Kapazität der Kondensatoren 613 und 614 zweimal so groß sein kann wie die Kapazität der Kondensatoren 611 und 612, die Kapazität der Kondensatoren 615 und 616 kann zweimal so groß sein wie die Kapazität der Kondensatoren 613 und 614 usw. bis zu den Kondensatoren 625 und 626 (zum Beispiel Kondensatoren 611 und 612 = 1 pF, Kondensatoren 613 und 614 = 2 pF, Kondensatoren 615 und 616 = 4 pF, Kondensatoren 617 und 618 = 8 pF, Kondensatoren 619 und 620 = 16 pF, Kondensatoren 621 und 622 = 32 pF, Kondensatoren 623 und 623 = 64 pF und Kondensatoren 625 und 626 = 128 pF). So können durch das Schalten verschiedener Kombinationen der Transistoren 632, 634, 636, 638, 640, 642, 644 und 646 256 verschiedene Kapazitätswerte für den Nachlauf-Bandpassfilter 600 ermöglicht werden. Nach Studium dieser Offenbarung wird klar sein, dass die Transistoren 632, 634, 636, 638, 640, 642, 644 und 646 als P-Kanal Feldeffekttransistoren (PFETs), bipolare Schichttransistoren oder andere Transistortypen, bestimmt durch das Design und Herstellung des Empfängers mit dem Nachlauf-Bandpassfilter 600, implementiert werden können.
  • Der Einbau geschalteter Kondensatoren, um die Mittenfrequenz des Durchlassbandes einstellen zu können, erlaubt, dass der Nachlauf-Bandpassfilter voll auf einem Empfänger-Chip integriert werden kann. Dies resultiert daraus, dass die Schaltkondensatoranordnung die Kapazitätsdioden von Empfänger 100 und Empfänger 300 ersetzt und kein DC-DC-Wandler mehr benötigt wird. Zusätzlich kann die Herstellungstechnologie für den Empfänger-Chip so gewählt werden, dass die RF-Leistungsfähigkeit optimiert wird. Da Kondensatoren einfacher implementiert werden können als Spulen, wird durch die Verwendung der Schaltkondensatoren, um die Mittenfrequenz des Nachlauf-Bandpassfilters 600 einzustellen, die Bauweise der Empfänger 400 und 500 leicht auf einen integrierten Schaltkreis implementiert.
  • 7 zeigt eine Draufsicht auf ein Multichipmodul (MCM) 700, das den Empfänger von 5 beinhaltet, wobei die Nachlauf-Bandpassfilter sowohl auf einem IPD-Chip und auf einem Empfänger-Chip implementiert sind. Die Elemente des MCM 700 sind repräsentativ und werden nicht in ihrer wirklichen Größe und Proportion gezeigt. MCM 700 umfasst ein Substrat 710, einen IPD-Chip 720 und einen Empfänger-Chip 730. Der IPD-Chip 720 und Empfänger-Chip 730 sind auf Substrat 710 befestigt. IPD-Chip 720 umfasst Spulen 721, 722, 723, 724 und 725 und ein Bondpad 728 zum Empfang der Referenzspannung VREF. Jede Spule 721, 722, 723, 724 und 725 hat ein Paar von Bondpads repräsentativ auf Spule 721 als Bondpads 727 und 729 dargestellt. Empfänger-Chip 730 umfasst Schaltkondensatoranordnungen 731, 732, 733, 734 und 735 und ein Bondpad 738, um die Referenzspannung VREF auszugeben. Jede Schaltkondensatoranordnung 731, 732, 733, 734 und 735 hat ein Paar Bondpads repräsentativ auf Schaltkondensatoranordnung 731 als Bondpads 737 und 739 dargestellt. Jede Spule 721, 722, 723, 724 und 725 ist zu einer Schaltkondensatoranordnung 731, 732, 733, 734 und 735 verbunden, sodass eine erste Verbindung zwischen Bondpad 727 und Bondpad 737 hergestellt wird und eine zweite Verbindung zwischen dem Bondpad 729 und Bondpad 739. Schaltkondensatoranordnungen 731, 732, 733, 734 und 735 sind zum Rest des Empfänger-Schaltkreises 740 auf dem Niveau des Chips verbunden. Der Rest des Empfänger-Schaltkreises 740 ist ebenfalls konfiguriert, um ein RF-Eingangssignal RFIN zu empfangen und ein Televisions-Ausgangssignal TVOUT auszugeben.
  • Durch Integrierung eines Eingangsbereichs mit LNAs und einer Schaltmatrix, mehrerer RF-Bereiche mit Schaltkondensatoranordnungs-Teilbereichen von Nachlauf-Bandpassfiltern, Dämpfern und Tiefpassfiltern, eines Mischer-Auslastungs-IQ-Kombinators, ZF-Bereichen, eines Demodulators und einer MCU auf einem einzigen Empfänger-Chip 730 und der Spulenteilbereiche der Nachlauf-Bandpassfilter auf einem IPD-Chip können höhere Integrationslevel und eine Größen- und Kostenverringerung erreicht werden. Darüber hinaus verlangen Herstellungsprozesse für komplementäre Metalloxid-Halbleiter viele Herstellungsschritte für die Ausbildung von Transistoren und Verbindungen. Die Spulen werden auf einem kostengünstigen IPD-Chip geformt, da Spulen nicht viele der CMOS-Verarbeitungsschritte benötigen. Für den Benutzer erscheint MCM 700 als ein einziger integrierter Schaltkreis.
  • 8 stellt Graphen der Veränderung des Frequenz-Ansprechverhaltens des Filters aus 6 dar, wenn die Kapazität verändert wird, wobei 8 nützlich für das Verständnis eines Kalibrierungsvorgangs hierfür ist. Ein Graph 801 zeigt den Nachlauf-Bandpassfilter 600. Die vertikale Achse stellt die Dämpfung in Dezibel und die horizontale Achse die Frequenz f in MHz dar. Das Spektrum für einen gewünschten Kanal wird durch die Ausgabe eines Testtons vom Überlagerungsoszillator 442 oder 526 kreiert und die resultierende Leistungsausgabe wird vom Leistungsdetektor 491 oder 525 gemessen. Es ist festzuhalten, dass der Nachlauf-Bandpassfilter mehr RF-Energie bei Frequenzen oberhalb der gewünschten Kanalfrequenz als unterhalb der gewünschten Kanalfrequenz durchlässt. Es ist wünschenswert, die RF-Energie, die oberhalb der gewünschten Kanalfrequenz durchgelassen wird, mit der Energie, die unterhalb der gewünschten Kanalfrequenz durchgelassen wird, auszubalancieren oder mit anderen Worten, den Nachlauf-Bandpassfilter zu zentrieren.
  • Um den Nachlauf-Bandpassfilter zu zentrieren, findet die MCU das höchste Energieniveau und die tiefe und hohe Grenzfrequenz durch das Anschalten von Kondensatoren in der Schaltkondensatoranordnung, wodurch die Dämpfungskurve, wie in Graph 802 gezeigt, nach links verschoben wird, und durch das Abschalten von Kondensatoren in der Schaltkondensatoranordnung, wodurch die Dämpfungskurve nach rechts, wie in Graph 803 gezeigt, bewegt wird. Wenn die MCU Kondensatoren an- und ausschaltet, misst der Leistungsdetektor die Leistungsausgabe des Nachlauf-Bandpassfilters und die MCU kann somit bestimmen, welche Schalterkombination in der Spitzenleistungsausgabe, des tiefen Grenzfrequenzpunktes und des hohen Grenzfrequenzpunktes resultiert.
  • Der tiefe und hohe Grenzfrequenzpunkt können definiert werden als die Punkte, wo zum Beispiel das Leistungsniveau 3 dB unter der Spitzenleistung liegt. In einer bestimmten Ausführungsform wird die Mitte der Dämpfungskurve durch das Einstellen der Kapazität des Nachlauf-Bandpassfilters auf die Kapazität eingestellt, die auf der Hälfte der Kapazität der unteren Grenzfrequenz und der Kapazität der oberen Grenzfrequenz liegt, wie in Graph 804 dargestellt. In einer anderen Ausführungsform kann die MCU das Leistungsniveau jeder Schaltkombination aufzeichnen, um festzustellen, ob eine Seite der Dämpfungskurve schneller fällt als die andere und kann einen passenden Korrekturfaktor für die Festlegung der Mitte der Dämpfungskurve anwenden.
  • Der oben beschriebene Gegenstand soll lediglich illustrativ und nicht restriktiv verstanden werden und die angehängten Claims sind dazu ausgelegt, alle solchen Modifikationen, Erweiterungen und andere Ausführungsformen, die in den wahren Bereich der Ansprüche fallen, abzudecken. Der Umfang der vorliegenden Erfindung soll durch die breitest mögliche, vom Gesetz erlaubte Auslegung der folgenden Ansprüche und ihrer äquivalenten Formulierungen festgelegt und nicht durch die oben stehende detaillierte Beschreibung beschränkt oder limitiert werden.

Claims (19)

  1. Ein Empfänger (400, 500) mit: - einem Nachlauf-Bandpassfilter (420, 521) mit einem ersten Eingang zum Empfang eines Radiofrequenz- (RF-) Eingangssignals und einem Ausgang, wobei besagter Nachlauf-Bandpassfilter (420, 521) die folgenden Elemente umfasst: - einen ersten Teilbereich auf einem Halbleiterchip (730) angeordnet; und - zumindest eine auf einem Chip (720) für ein integriertes passives Bauteil angeordnete Spule (721), die operativ mit dem besagten ersten Teilbereich des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521) gekoppelt ist, und - einem Signalverarbeitungs-Schaltkreis (450, 460, 458, 468, 480), der auf dem Halbleiterchip (730) integriert ist, mit einem Eingang, der mit dem besagten Ausgang des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521) verbunden ist, und einem Ausgang zur Ausgabe eines verarbeiteten Signals, wobei der besagte Halbleiterchip (730) und der Chip (720) für ein integriertes passives Bauteil, mit der zumindest einen Spule (721), in ein einzelnes Multichipmodul (MCM) (700) integriert sind.
  2. Der Empfänger (400, 500) nach Anspruch 1, wobei der besagte Nachlauf-Bandpassfilter (420, 521) dadurch gekennzeichnet ist, dass er ein LC-Typ-Bandpassfilter ist.
  3. Der Empfänger (400, 500) nach Anspruch 2, wobei der besagte erste Teilbereich eine Schaltkondensatoranordnung (731) umfasst.
  4. Der Empfänger (400, 500) nach Anspruch 3, wobei: - der besagte Nachlauf-Bandpassfilter (420, 521) ferner einen zweiten Eingang zum Empfang eines Mittenfrequenzeinstellungssignals hat; und - der Empfänger (400, 500) ferner einen Mikrocontroller (490, 590) umfasst, - der einen Ausgang hat, der operativ mit dem besagten zweiten Eingang des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521) verbunden ist, um eine Mittenfrequenz des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521) einzustellen.
  5. Empfänger (400, 500) nach Anspruch 4, wobei: - der besagte Mikrocontroller (490, 590) ferner einen Eingang hat; und - der Empfänger (400, 500) ferner einen Leistungsdetektor (491) umfasst, der einen Eingang hat, der mit dem besagten Ausgang des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521) verbunden ist, und einen Ausgang hat, der mit dem besagten Eingang des besagten Mikrocontrollers (490, 590) verbunden ist.
  6. Der Empfänger (400, 500) nach Anspruch 5, wobei der besagte Mikrocontroller (490, 590) dazu ausgebildet ist, die besagte Mittenfrequenz des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521) basierend auf dem Leistungsniveau am besagten Ausgang des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521) einzustellen, wobei das Leistungsniveau vom besagten Leistungsdetektor (491) gemessen wird.
  7. Der Empfänger (400, 500) nach Anspruch 6, wobei der besagte Mikrocontroller (490, 590) dazu ausgebildet ist, die besagte Mittenfrequenz des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521) durch Regelung der besagten Schaltkondensatoranordnung (731) einzustellen.
  8. Der Empfänger (400, 500) nach Anspruch 1, wobei der besagte Nachlauf-Bandpassfilter (420, 521) dadurch gekennzeichnet ist, dass er ein Nachlauf-Bandpassfilter zweiter Ordnung ist.
  9. Ein Empfänger (400, 500) mit: - einem Nachlauf-Bandpassfilter (420, 521) mit einem ersten Eingang zum Empfang eines Radiofrequenz (RF)-Eingangssignals und einem zweiten Eingang zum Empfang eines Mittenfrequenzeinstellungssignals, und einem Ausgang, wobei der besagte Nachlauf-Bandpassfilter (420, 521) folgende Bauteile umfasst: - einen ersten Teilbereich, der auf einem Halbleiterchip (730) angeordnet ist; und - zumindest eine Spule (721), die auf einem Chip (720) für ein integriertes passives Bauteil (IPD) angeordnet ist, wobei die besagte, zumindest eine Spule (721) operativ mit dem ersten Teilbereich des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521) verbunden ist, - einem Leistungsdetektor (491), der auf dem Halbleiterchip (730) integriert ist, mit einem Eingang, der mit dem besagten Ausgang des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521) verbunden ist, und einem Ausgang; - einem Signalverarbeitungs-Schaltkreis (430, 450, 460, 458, 468, 480), der auf dem Halbleiterchip (730) integriert ist, mit einem Eingang, der mit dem besagten Ausgang des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521) verbunden ist, und einem Ausgang zur Ausgabe eines verarbeiteten Signals; und - einem Mikrocontroller (490, 590), der auf dem Halbleiterchip (730) integriert ist, mit einem Eingang, der mit dem Ausgang des besagten Leistungsdetektors (491) verbunden ist, und einem Ausgang, der mit dem besagten zweiten Eingang des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521) für die Einstellung einer Mittenfrequenz des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521) verbunden ist; und - wobei der besagte Halbleiterchip (730) und der besagte Chip (720) für ein integriertes passives Bauteil (IPD) auf einem einzelnen Multichipmodul (MCM) (700) integriert sind.
  10. Der Empfänger (400, 500) nach Anspruch 9, wobei der besagte Nachlauf-Bandpassfilter (420, 521) dadurch gekennzeichnet ist, dass er ein LC-Typ-Bandpassfilter ist.
  11. Der Empfänger (400, 500) nach Anspruch 10, wobei der besagte erste Teilbereich eine Schaltkondensatoranordnung (731) umfasst.
  12. Der Empfänger (400, 500) nach Anspruch 11, wobei der besagte Mikrocontroller (490) dazu ausgebildet ist, die besagte Mittenfrequenz des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521) basierend auf einem Leistungsniveau am besagten Ausgang des Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521), der vom besagtem Leistungsdetektor (491) gemessen wird, einzustellen.
  13. Der Empfänger (400, 500) nach Anspruch 12, wobei der besagte Mikrocontroller (490) dazu ausgebildet ist, die besagte Mittenfrequenz des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521) durch Regelung der besagten Schaltkondensatoranordnung (731) einzustellen.
  14. Der Empfänger (400, 500) nach Anspruch 9, wobei der besagte Nachlauf-Bandpassfilter (420, 521) dadurch gekennzeichnet ist, dass er ein Filter zweiter Ordnung ist.
  15. Ein Empfänger (400, 500) mit: - einem rauscharmen Verstärker (410, 512, 514), der einen ersten Eingang zum Empfang eines Radiofrequenz (RF)-Eingangsignals, einen zweiten Eingang zum Empfang eines Verstärkungseinstellungssignals und einen Ausgang hat; - einem Nachlauf-Bandpassfilter (420, 521) mit einem ersten Eingang, der mit dem besagten Ausgang des besagten rauscharmen Verstärkers (410, 512, 514) verbunden ist, einen zweiten Eingang zum Empfang eines Mittenfrequenzeinstellungssignals und einen Ausgang, wobei der besagte Nachlauf-Bandpassfilter (420, 521) die folgenden Bauteile umfasst: - ein erster Teilbereich, der auf dem besagten Halbleiterchip (730) angeordnet ist; und - zumindest eine Spule (721), die auf einem Chip (720) für ein integriertes passives Bauteil (IPD) angeordnet ist, wobei die besagte zumindest eine Spule (721) operativ mit dem besagten ersten Teilbereich des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521) verbunden ist, - einem Überlagerungsoszillator (442) mit einem Eingang zum Empfang eines Einstellungssignals für eine Überlagerungsoszillatorfrequenz und einem ersten Ausgang zur Ausgabe eines ersten Überlagerungsoszillatorsignals mit einer Frequenz, die ausgewählt wurde, um den besagten Ausgang des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521) auf eine gewünschte Zwischenfrequenz (ZF) zu mischen, - einem Mischer (440) mit einem ersten Eingang, der mit dem besagten Ausgang des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521) verbunden ist, einem zweiten Eingang, der mit dem besagten Ausgang des besagten Überlagerungsoszillators (442) verbunden ist, und einem ersten Ausgang zur Ausgabe eines ersten ZF-Signals besagter gewünschter Zwischenfrequenz; - einem Signalverarbeitungs-Schaltkreis (450, 460, 458, 468, 480) mit einem ersten Eingang, der mit dem ersten Ausgang des besagten Mischers (440) verbunden ist, und einem Ausgang zur Ausgabe eines verarbeiteten Signals; und - einem Mikrocontroller (490, 590) mit: - einem ersten Ausgang, der mit dem besagtem zweiten Eingang des besagten rauscharmen Verstärkers (410, 512, 514) verbunden ist, zur Einstellung der besagten Verstärkung des besagten rauscharmen Verstärkers (410, 512, 514); - einem zweiten Ausgang, der mit dem besagten zweiten Eingang des Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521) verbunden ist, zur Einstellung der besagten Mittenfrequenz des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521); und - einem dritten Ausgang, der mit dem besagten Eingang des besagten Überlagerungsoszillators (442) verbunden ist, zur Einstellung der besagten Überlagerungsoszillatorfrequenz des besagten Überlagerungsoszillators (442); und - wobei der besagte Halbleiterchip (730) und der besagte Chip (720) für ein integriertes passives Bauteil in eine einzelne Baugruppe (710) integriert sind und wobei der besagte Halbleiterchip (730) ferner besagten rauscharmen Verstärker (410, 512, 514), den besagten ersten Teilbereich (766) des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521), den besagten Überlagerungsoszillator (442), den besagten Mischer (440), den besagten Signalverarbeitungs-Schaltkreis (450, 460, 458, 468, 480) und den besagten Mikrocontroller (490, 590) umfasst.
  16. Der Empfänger (400, 500) nach Anspruch 15, wobei das besagte Überlagerungsoszillatorsignal durch eine Rechteckform gekennzeichnet ist.
  17. Der Empfänger (400, 500) nach Anspruch 15, ferner umfassend: - einen Tiefpassfilter (434) mit einem ersten Eingang, der mit dem besagten Ausgang des besagten Nachlauf-Bandpassfilters (420, 521) verbunden ist, einem zweiten Eingang zum Empfang eines Eckfrequenzeinstellungssignals und einem Ausgang, der mit dem besagten Eingang des besagten Mischers (440) verbunden ist; und - den besagten Mikrocontroller (490, 590), der ferner einen vierten Ausgang hat, der mit dem besagten zweiten Eingang des besagten Tiefpassfilters (434) verbunden ist, zur Einstellung einer Eckfrequenz des besagten Tiefpassfilters (434).
  18. Der Empfänger (400, 500) nach Anspruch 17, wobei der besagte Halbleiterchip (730) ferner den besagten Tiefpassfilter (434) umfasst.
  19. Der Empfänger (400, 500) nach Anspruch 15, wobei: - der besagte Überlagerungs-Oszillator (442) ferner einen zweiten Ausgang zur Ausgabe eines zweiten Überlagerungs-Oszillator-Signals in Gegenphase mit dem besagten ersten Überlagerungs-Oszillator-Signal hat, der besagte Mischer (440) einen dritten Eingang hat, der mit dem besagten zweiten Ausgang des besagten Überlagerungs-Oszillators (442) verbunden ist, und einen zweiten Ausgang zur Ausgabe eines zweiten ZF-Signals mit der besagten gewünschten Zwischenfrequenz hat; und - der besagte Signalverarbeitungs-Schaltkreis (450, 460, 458, 468, 480) einen zweiten Eingang, der mit dem besagten zweiten Ausgang des besagten Mischers verbunden ist, hat.
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