JP2006141022A - デジタルマルチメディア放送用直接変換受信機 - Google Patents

デジタルマルチメディア放送用直接変換受信機 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は受信機に関し、デジタルマルチメディア放送用直接変換(Zero−IF;Intermediate Frequency)受信機を提供する。
【解決手段】本発明によるデジタルマルチメディア放送用直接変換受信機は第1混合部、 第1低帯域通過フィルター及び第1低雑音増幅部で構成されてIチャンネルを形成する第1受信部と、第2混合部、第2低帯域通過フィルター及び第2低雑音増幅部で構成されてQチャンネルを形成する第2受信部と、位相固定ループ、局部発振部及び位相局部発振部を含む発振部で構成されて、前記第1受信部の第1混合部及び第2受信部の第2混合部それぞれの入力端は衛星周波数信号を増幅する低雑音増幅部の出力端に繋がれて、前記第1受信部の第1混合部及び第2受信部の第2混合部それぞれの入力端は前記発振部の出力端に繋がれることを特徴とする。
【選択図】図2

Description

本発明は受信機に関し、デジタルマルチメディア放送用直接変換(Zero−IF;Intermediate Frequency)受信装置に関する。
IFを利用した間接周波数変換受信装置は周波数変換を繰り返しなければならないというのであり、結局繰り返される周波数変換によって非線形特性が追加されて相互変造歪曲や寄生成分が発生するようになる。
このような相互変造歪曲や寄生成分をとり除くためにBPF(Band Pass Filter)が使われることで生産単価を高める原因になる。
結局、中間周波数変換なしに RF(Radio Frequency)を基底帯域(baseband)で直接変換(Direct Conversion;Zero−IF)する技術が紹介された。
図1は既存の直接変換ダウンコンバージョンのブロック図である。
図1に示すように、従来チューナーは衛星アンテナから受信された微弱な信号を1次増幅する低雑音増幅部101を備えて、自動利得制御信号を受けて1次増幅された信号をまた可変増幅する可変増幅部111と外部LCタンク134で発生した信号を内部電圧制御発振器(Voltage Control Oscillator;VCO、135)で受信して同相信号を発生する局部発振部133、局部発振部133で発振された信号を受けて可変増幅部111で増幅された信号と混合する混合部(mixer)112、混合部112で混合した信号の低帯域のみを通過させる低帯域通過フィルター部113、低帯域通過フィルター部113を通過した信号をまた増幅する増幅部114、 増幅部114で増幅された信号をもう一度低帯域のみを通過させる外部低帯域通過フィルター部131、外部低帯域通過フィルター部131を通過した信号を増幅する増幅部115、増幅部115で増幅された信号を低帯域のみを通過させてチャンネルの信号を出力する外部低帯域通過フィルター部116、自動利得制御信号を受けて1次増幅された信号をまた可変増幅する可変増幅部121、外部LCタンク134で発生した信号を内部電圧制御発振器135で受信して90度位相の差を発生する局部発振部133、局部発振部133で発振された信号を受けて可変増幅部121で増幅された信号と混合する混合部122、混合部122で混合した信号の低帯域のみを通過させる低帯域通過フィルター部123、低帯域通過フィルター部123を通過した信号をまた増幅する増幅部124、増幅部124で増幅された信号をもう一度低帯域のみを通過させる外部低帯域通過フィルター部132、 外部低帯域通過フィルター部132を通過した信号を増幅する増幅部125、増幅部125で増幅された信号を低帯域のみを通過させてQチャンネルの信号を出力する外部低帯域通過フィルター部126で構成される。
しかし、このように構成された従来チューナーはLCタンク回路が外部に具現されて実質的にZero−IFではなく near Zero−IFである回路で構成されるだけでなく低帯域通過フィルターは外部に構成されて信号の伝達長さが長くなることによって外部雑音が発生しうる。
また、従来の技術では広範囲な帯域をZero−IFで構成するには適切ではない。
前記問題点を解決するための本発明の目的はDMB用Zero−IF受信装置をシングルチップで構成し、受信装置設計の容易性を提供することにある。
本発明の他の目的は消費電力が少なくなければならない受信装置に構成されるようにDMB用Zero−IF受信装置を提供することにある。
[発明の構成]
上述した技術的課題を解決するための本発明による直接変換受信機は第1混合部、第1低帯域通過フィルター及び第1低雑音増幅部で構成されてIチャンネルを形成する第1受信部と、第2混合部、第2低帯域通過フィルター及び第2低雑音増幅部で構成されてQチャンネルを形成する第2受信部と、位相固定ループ、局部発振部及び位相局部発振部を含む発振部で構成されて、前記第1受信部の第1混合部及び第2受信部の第2混合部それぞれの入力端は衛星周波数信号を増幅する低雑音増幅部の出力端に繋がれて、前記第1受信部の第1混合部及び第2受信部の第2混合部それぞれの入力端は前記発振部の出力端に繋がれることを特徴とする。
ここで、前記混合部は下向き変換混合部(Down−Converter Mixer)であるのを特徴とする。
本発明は単一チップで構成されたDMB用Zero−IF受信装置は受信装置設計の容易性にその効果がある。
また、DMB用Zero−IF受信装置を使う消費電力が少なくなければならない受信装置にその効果がある。
以下、本発明によるデジタルマルチメディア放送用直接変換受信装置を添付した図面を参照して詳しく説明する。
図2は本発明によるデジタルマルチメディア放送用直接変換受信機のブロック図である。
図2に示すように、本発明によるZero−IFチューナー200は第1受信部201、第2受信部202、低雑音増幅部(Low−Noise Amplifier; LNA、204)と位相局部発振部(Phase Local Oscillator; PLO、205)、局部発振部(Local Oscillator; LO、206) 及び位相固定ループ部(Phase Locked Loop; PLL、207)を含む発振部で構成される。
第1受信部201は混合部211、低帯域通過フィルター部(Low−Pass Filter; LPF、212) 及び LNA213で構成されて第2受信部202は混合部221、LPF222 及び LNA223で構成される。
LNA204は衛星アンテナ203で受信された微弱な信号を、雑音までが増幅されることを最大限抑制しながら増幅して、第1信号部201の混合部211と第2信号部202の混合部221それぞれの手段に増幅された信号を伝達する。
PLL207は、LO206の出力周波数が揺れないで一定な周波数で固定されることを可能にし、LO206で使われる電圧制御発振器(Voltage Control Oscillator; VCO)の電圧を精巧に調節してLO207の出力周波数を所望の周波数に移動させて固定してくれる。
また、 PLL207は周波数結合器とVCOで構成されてVCOはDMB(Digital Multimedia Broadcasting)−S周波数範囲を処理することができる。
ここで、結合器は 20−bit sigma−delta fractional−N アーキテクチャ(architecture)で構成されて高速スイッチング、超高解像度周波数及び広帯域による雑音特性が良い特性を持っている。
LO206は衛星信号を基底帯域(baseband)に変換するための周波数を発振して混合部(211、221)に供給するための周波数を発生する。
ここで、LO206は外部LC タンク回路が除去される構造として、外部で追加的な 30V程度の高電圧を印可する必要がない。
PLO205は同位相(In−Phase)または 90゜位相(Quadrature−Phase)の周波数を発生する。
第1受信部201の混合部211は下向き変換(Down−Converter)として作用する混合部211で衛星アンテナ203及び LNA204を経て増幅された信号とPLL207、LO206及び PLO205を経た周波数を利用して衛星周波数を混合して基底帯域周波数信号に変更する。
第1受信部201のLPF212は混合部211で出力される周波数信号の中から選択的に所望の周波数信号だけを選び出す役目をする。
第1受信部201の LNA213はプログラマブル利得制御(Programmable Gain Amplifier; PGA)と可変利得増幅器(Variable Gain Amplifier; VGA)で構成される。
LNA213を通じて出力される周波数信号は衛星周波数信号が基底バンドに変換された周波数信号であり、Iチャンネルを形成する。
第2受信部202の混合部221は下向き変換として作用する混合部221であり、衛星アンテナ203及び LNA204を経て増幅された信号とPLL207、LO206 及び PLO205を経た周波数を利用して衛星周波数を混合して基底帯域周波数信号に変更する。
第2受信部202の LPF222は混合部221で出力される周波数信号の中で選択的に所望の周波数信号だけを選び出す役目をする。
第2受信部202の LNA223は PGAとVGAで構成される。
LNA223を通じて出力される周波数信号は衛星周波数信号が基底バンドに変換された周波数信号でQチャンネルを形成する。
ここで、第1受信部201の LPF212及び LNA213と第2受信部202の LPF222及び LNA223を利用して選択的に所望の周波数信号だけを選び出すために本発明による図3に示した利得制御方法を利用する。
図3は本発明による図2の利得制御をするための概念図である。
図3に、内部自動利得制御(Automatic Gain Control; AGC) 電圧による出力dBを示す。301aで示される部分は RF(Radio FreQuency) 利得曲線で、302aで示される部分は基底帯域利得曲線で矢印はステップ利得ジャンプ(step gain jump)である。
矢印点電圧(arrow point voltage)は利得トリップ点(gain trip point)で利得ステート(state)が変更される電圧を意味する。
RF利得上向きトリップ点(RF gain high trip point)はRF利得が0.8Vでさらに高い利得にジャンプする点を意味して、 RF利得下向きトリップ点(RF gain low trip point)はRF利得が0.5Vでさらに低い利得にジャンプすることを意味する。
ここで、RF利得上向き/下向きトリップはRF領域で成り、RF利得上向きトリップ点の上向きトリップはRFTRH信号によって決まって、RF利得下向きトリップ点の下向きトリップはRFTRL信号によって決まって、RF利得の上向き/下向きトリップはRFTRH/RFTRLの信号に変更可能である。
また、基底帯域利得上向きトリップ点(baseband gain high trip point)は基底帯域利得が1.3Vでさらに高い利得にジャンプする点を意味して、基底帯域利得下向きトリップ点(baseband gain low trip point)は基底帯域利得が1.1Vでさらに低い利得にジャンプする点を意味する。
ここで、基底帯域利得上向き/下向きトリップは基底帯域領域で成り、基底帯域利得上向きトリップ点の上向きトリップはBBTRH信号によって決まって、 基底帯域利得下向きトリップ点の下向きトリップはBBTRL信号によって決まって、 基底帯域利得の上向き/下向きトリップはBBTRH/BBTRLの信号に変更可能である。
領域がRF領域から基底帯域領域に変更されることとそれぞれの領域でステート(state)が変更されることを説明する。
1.RF利得ステート変換方法。
最初AGC電圧が0Vで初期化されていて、55dBの利得が必要な場合AGC電圧を増加させるようになる。
AGC電圧の増加によってAGC電圧が0.8Vを超過する場合、RFステップ利得はステート9からステート8に変更する。
AGC電圧の増加で全体利得は増加したが、全体利得が55dBより小さい場合にはVAGC電圧がずっと増加するようになる。
VAGC電圧が0.8V まで高くなってRFステップ利得は一ステート増加するようになる。
VAGC電圧が0.8Vまで増加した後、全体利得が55dBより高ければ、VAGC 電圧は全体利得が55dBになるまでまた減少する。
2.RF利得ステートにおける基底帯域利得ステートへの変換方法。
上述した全体利得がまた80dBに増加されなければならない場合にはVAGC電圧がずっと増加する。
VAGC電圧が0.8Vから0.9V間で変わって全体利得を得ようとする場合には全体利得を制御する対象を、0.9V以下ではRFの利得を制御すること、0.9V 以上では基底帯域の利得を制御することに変更して所望の出力利得を得る。
ここで、要する全体利得がRF領域のステートを超過する場合には基底帯域利得(Baseband Gain; GVBB)を増加して必要な利得になるまでステップはずっと増加するようになる。
3.基底帯域利得ステート変換方法。
上述した全体利得がまた80dBに増加しなければならない場合にはVAGC電圧がずっと増加する。
AGC電圧が1.3Vを超過する場合、上述したRF利得ステート変換と同じ方法で基底帯域ステップ利得は一ステートが変更される。
すなわち、基底帯域利得(Baseband Gain; GVBB)信号を変更して必要な利得になるまでステップはずっと増加するようになる。
結局、このような方法によって全体利得が減少する場合VAGC電圧が減少するようになって0.5V以下の場合一ステートを一ステップ低く変更して、同じ方法で1.1Vで所望の利得が低い場合VAGCのステートを一ステップ低く変更する。
また、基底帯域利得(GVBB)の最小値を任意に制御可能になってRF帯域と基底帯域の利得割り当てがプログラム可能になる。
本発明に係るデジタルマルチメディア放送用直接変換受信機は、受信装置設計の容易性という効果を有し、例えば、単一チップで構成されたDMB用Zero−IF受信装置等として有用である。
既存の直接変換ダウンコンバータのブロック図である。 本発明によるデジタルマルチメディア放送用直接変換受信機のブロック図である。 本発明による図2の利得制御をするための概念図である。
符号の説明
100 従来チューナー
101 低雑音増幅部
111 可変増幅部
112 混合部
113 低帯域通過フィルター部
114 増幅部
115 増幅部
116 外部低帯域通過フィルター部
121 可変増幅部
122 混合部
123 低帯域通過フィルター部
124 増幅部
125 増幅部
126 外部低帯域通過フィルター部
131 外部低帯域通過フィルター部
132 外部低帯域通過フィルター部
133 局部発振部
134 外部LCタンク
135 内部電圧制御発振器
200 Zero−IFチューナー
201 第1受信部
202 第2受信部
203 衛星アンテナ
204 低雑音増幅部(LNA)
205 位相局部発振部(PLO)
206 局部発振部(LO)
207 位相固定ループ部(PLL)
211 混合部
212 低帯域通過フィルター部(LPF)
213 LNA
221 混合部
222 LPF
223 LNA
301a RF利得曲線
302a 基底帯域利得曲線

Claims (12)

  1. デジタルマルチメディア放送用受信機において、
    第1混合部、第1低帯域通過フィルター及び第1低雑音増幅部で構成されてIチャンネルを形成する第1受信部と、
    第2混合部、第2低帯域通過フィルター及び第2低雑音増幅部で構成されてQチャンネルを形成する第2受信部と、
    位相固定ループ、局部発振部及び位相局部発振部を含む発振部で構成されて、
    前記第1受信部の第1混合部及び第2受信部の第2混合部それぞれの入力端は衛星周波数信号を増幅する低雑音増幅部の出力端に繋がれて、
    前記第1受信部の第1混合部及び第2受信部の第2混合部それぞれの入力端は前記発振部の出力端に繋がれることを特徴とするデジタルマルチメディア放送用直接変換受信機。
  2. 前記混合部は下向き変換混合部(Down−Converter Mixer)であることを特徴とする、請求項1記載のデジタルマルチメディア放送用直接変換受信機。
  3. 前記位相固定ループは周波数結合器と電圧制御発振器(Oscillator)で構成されて、
    前記電圧制御発振器はDMB(Digital Multimedia Broadcasting)−S周波数範囲で、
    前記周波数結合器は 20−bit sigma−delta fractional−N アーキテクチャ(architecture)で構成されることを特徴とする、請求項1記載のデジタルマルチメディア放送用直接変換受信機。
  4. 前記第1及び第2受信部の低雑音増幅部はプログラマブル利得制御と可変利得制御増幅器で構成されることを特徴とする、請求項1記載のデジタルマルチメディア放送用直接変換受信機。
  5. 前記第1及び第2受信部の利得制御は基準電圧以下ではRF帯域の利得ステップにスイッチングされて、基準電圧以上では基底帯域の利得ステップにスイッチングすることを特徴とする、請求項1記載のデジタルマルチメディア放送用直接変換受信機。
  6. 前記基底帯域の利得ステップは3dBであることを特徴とする、 請求項5記載のデジタルマルチメディア放送用直接変換受信機。
  7. 前記RF帯域及び基底帯域の利得ステップはそれぞれ2個の利得トリップ点(Trip Point)で構成されることを特徴とする、請求項5記載のデジタルマルチメディア放送用直接変換受信機。
  8. 前記RF帯域利得トリップ点はRF利得上向きトリップ点とRF利得下向きトリップ点で構成されて、
    前記基底帯域利得トリップ点は基底帯域利得上向きトリップ点と基底帯域利得下向きトリップ点で構成されることを特徴とする、請求項7記載のデジタルマルチメディア放送用直接変換受信機。
  9. 前記RF利得上向きトリップ点は0.8Vで、
    前記基底帯域上向きトリップ点は1.3Vであることを特徴とする、請求項8記載のデジタルマルチメディア放送用直接変換受信機。
  10. 前記RF利得下向きトリップ点は0.85Vで、
    前記基底帯域下向きトリップ点は1.1Vであることを特徴とする、請求項8記載のデジタルマルチメディア放送用直接変換受信機。
  11. 前記RF利得上向きトリップ点はRFTRH信号に制御されて、RF利得下向きトリップ点はRFTRL信号に制御されて、
    前記基底帯域上向きトリップ点はBBTRH信号に制御されて、基底帯域下向きトリップ点はBBTRL信号に制御されることを特徴とする、請求項8記載のデジタルマルチメディア放送用直接変換受信機。
  12. 前記基底帯域上向きトリップ点及び基底帯域下向きトリップ点で基底帯域利得(GVBB)の最小値がプログラム可能なことを特徴とする、請求項8記載のデジタルマルチメディア放送用直接変換受信機。
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