JP2006510289A - 同調可能トラッキングフィルタ - Google Patents

Abstract

任意のＩＦ出力を備えた集積型チューナー回路（２０）である。チューナは、任意の発振器を用いた同調型ＬＣバンドパスフィルタ（１０）のトラッキングを実現するため、固定周波数制御ループ（３０）および整合型外部可変容量Ｃ_ｔを備えた集積回路を含む。

Description

本発明は、一般に、たとえば、テレビおよびラジオで使用する集積型チューナ回路に係わり、特に、任意の発振器を用いるチューナフィルタのトラッキングに関する。

チューナ技術は、現在テレビ信号受信機、ラジオなどのためのチューナが単一の集積回路上に形成される程度にまで発展した。現在入手可能な集積型チューナは一般に特定用途向けであり、すなわち、チューナは特定の発振器および中間（ＩＦ）周波数を使用する動作のために設計されている。したがって、様々な集積型チューナが様々なＲＦアプリケーションのために必要とされている。

本発明は任意のＩＦ出力を備えた集積型チューナ回路を提供する。

チューナは、任意の発振器を用いたトラッキングを実現するため、集積回路（ＩＣ）制御ループと整合型外部可変容量Ｃ_ｔとを含む。

本発明の上記の特徴およびその他の特徴は、本発明の多様な態様についての以下の詳細な説明から、添付図面と併せて、より容易に理解されるであろう。

図面は単なる概略的な表示であり、本発明の具体的なパラメータを表現することを意図していないことに注意すべきである。図面は本発明の典型的な態様のみを表現することが意図されるので、本発明の範囲を限定するものと考えられるべきではない。

同調型ＬＣバンドパスフィルタ１０は図１に示されている。バンドパスフィルタ１０は並列に並べられた可変総容量Ｃ_ｔと誘導コイルＬを具備する。バンドパスフィルタ１０は、バンドパスフィルタ１０に接続されたバリキャップダイオード（図示せず）に印加された同調電圧Ｖ_ＴＵＮによって調整される。Ｌが固定されるとき、バンドパスフィルタ１０の共振周波数ω_ｔａｎｋは、

または、

によって与えられる。これは、

を意味し、この結果として、

が導かれ、これがトラッキングのため必要な周波数依存関係である。

このようなバンドパスフィルタ１０を含む周波数合成型チューナにおいて、ミキサで供給されるチューナの局部発振周波数ω_ＬＯは、

によって基準水晶発振器周波数ω_ｔａｌに関係し、式中、Ｍ_ｄｉｖは固定周波数分周比であり、Ｎ_ｄｉｖはプログラマブル分周である。固定基準水晶の発振器周波数ω_Ｘｔａｌが与えられるならば、式５は、

を意味し、この式もまた式１からゼロＩＦまたは低ＩＦの場合に、

を表す。

ゼロＩＦチューナ概念では、バンドパスフィルタ１０の共振周波数ω_ｔａｎｋは適切なトラッキングのためのチューナの局部発振器周波数ω_ＬＯに等しい。ほぼゼロＩＦに近いチューナ概念では、

であり、したがって、式４から、

である。式７から、この結果として、

となる。

低ＩＦのＩＣ概念（たとえば、ゼロＩＦ近くまたはゼロＩＦ）では、発振器周波数または分周された発振器周波数は、たとえば、電流源を介して、バンドパスフィルタ１０内の容量Ｃ_ｔと一致させられた外部負荷コンデンサＣ_ｔへ供給される。バンドパスフィルタ１０および外部負荷コンデンサＣ_ｔを含む集積型チューナ回路２０は図２に示されている。集積型チューナ回路２０は、同調電圧Ｖ_ＴＵＮを生じる制御ループ（図示せず）を有する集積回路２２を含む。外部負荷コンデンサＣ_ｔは同調電圧Ｖ_ＴＵＮによって同調させられ、同調電圧Ｖ_ＴＵＮは外部負荷コンデンサＣ_ｔの一部分であるバリキャップダイオード（図示せず）に供給される。外部コンデンサＣ_ｔの両端間の電圧は、

として定義され、

ということになる。ｉ_ｔ（ｔ）振幅をＮ_ｄｉｖおよびＣ_ｔから独立させることにより、

である。したがって、外部負荷コンデンサＣ_ｔおよびバンドパスフィルタ１０内のコンデンサＣ_ｔの両方の容量はＮ_ｄｉｖ ^−２に比例する。したがって、ゼロＩＦまたは低ＩＦ周波数概念における発振器と、固定Ｌおよび可変Ｃ_ｔを備えたバリキャップ同調型ＬＣバンドパスフィルタ１０との間でトラッキングを行う場合、集積型チューナ回路２０は、整合型負荷コンデンサＣ_ｔの両端間に非常に明確な発振器周波数に関連した電圧を発生させることが可能である。その逆に、トラッキングが無い場合、電圧は予測された発振器周波数の依存作用から逸れるであろう。集積型チューナ回路２０が外部負荷Ｃ_ｔだけではなくバンドパスフィルタ１０のコンデンサＣ_ｔのための同調電圧Ｖ_ＴＵＮを発生するならば、制御ループはＣ_ｔの両端間の（分周された）発振器電圧が必要に応じてトラッキングのため作用するように定義することができる。制御ループは、発振器とバンドパスフィルタ１０の周波数への依存する作用が同じであること、すなわち、バンドパスフィルタ１０と発振器が常に同じファクタで両同調させられることを保証する。

上記のアプローチでは、外部負荷コンデンサＣ_ｔは集積型チューナ回路２０の唯一の外部負荷であると仮定されている。しかし、集積型チューナ回路２０はさらなる容量性負荷を加え、この容量性負荷が特にＣ_ｔが小さくなる周波数バンドの上端でトラッキング誤差の原因となることがある。加えられた容量（すなわち、寄生容量Ｃ_ｐ）は、オンチップ容量によってだけでなく、集積型チューナ回路２０のパッケージによっても決まる。Ｃ_ｐの値は集積型チューナ回路の設計中に事前に推定可能であるため、制御ループ３０内の補償が考慮される。

本発明は、一つの周波数点における（必要に応じた）アライメント後に、バンドパスフィルタ１０が仮想可変発振器周波数（すなわち、集積型チューナ回路２０内に存在する必要がない周波数）に追従するように、バンドパスフィルタ１０の容量Ｃ_ｔを同調させる固定周波数制御ループ３０（図３）を提供する。制御ループ３０は集積型チューナ回路２０の内部に設けられ、一方、バンドパスフィルタ１０および外部負荷容量Ｃ_ｔは集積型チューナ回路２０の外部に設けられる。バンドパスフィルタ１０の共振周波数ω_ｔａｎｋはω_ＬＯ±ω_ＩＦにほぼ等しい。

上記の解析を考慮して、制御ループ３０は、次式、

によって与えられる関連成分を有する信号を生成するように設計され、式中、αは可変利得であり、ω_Ｘｔａｌは水晶発振器３２の周波数であり、Ｒは抵抗であり、Ｃは容量であり、Ｎはω_ＬＯの値をセットするＮ_ｄｉｖに比例するプログラマブル値である。Ｎ_ｄｉｖはＮに変換されるが、その理由は、Ｎ_ｄｉｖが通常１５ビットの数であり、これが小さい発振器のステップを可能にするが、バンドパスフィルタ１０のステップはより大きくすることが許容され、その結果、Ｎは、たとえば、Ｎ_ｄｉｖに比例する７ビットワードに制限できるからである。したがって、式７から、

である。上記の両方の式（ω_ＬＯ：：Ｎ_ｄｉｖ（式６）およびω_ｔａｎｋ＝（ω_ＬＯ±ω_ＩＦ）：：Ｎ（式７））は有効であり、暗黙的にＮとＮ_ｄｉｖとの間のω_ＬＯとω_ＩＦに依存する関係が理解される。ＮおよびＮ_ｄｉｖを相応にプログラミングすることにより、トラッキングが実現される。ゼロＩＦまたは低ＩＦの場合、

はトラッキングのために十分であろう。

式１３において、ＮおよびＣ_ｔだけが発振器周波数に依存する成分である。したがって、

である限り、容量Ｃ_ｔは、

となるように同調させられ、バンドパスフィルタ１０が所望の発振器周波数に追従することを保証する。

制御ループ３０において、発振器３２の出力Ｕ_０は、当業者には公知のタイプのアナログ乗算回路３４を通され、信号Ｕ_０Ｎ^２を生成する。たとえば、図３に示されるように、アナログ乗算回路３４は、プログラマブル利得を備えた２台の同一のカスケード接続された増幅器を具備する。なお、ＮおよびＵ_０Ｎ^２はデジタル方式で供給してもよい。バンドパスフィルタ１０の所望の同調発振器周波数ω_ＬＯに対応する値Ｎはソフトウェアまたはハードウェア制御によって乗算回路３４へ供給される。信号Ｕ_０Ｎ^２は調整可能な利得回路３６を介してステージ３８へ渡され、ステージ３８は、

によって与えられる信号４０を生成するように設計される。フィードバックステージ４２は、

によって与えられる信号４４を生成するため供給される。ブロック図において、集積回路２０の寄生容量Ｃ_ｐの補償は集積回路設計段階中に行われるので、Ｃ_ｐはステージ３８内で外部負荷容量Ｃ_ｔと並列に現れると考えられる。

ステージ３８および４０のそれぞれからの式１６および１７に表された式を導く回路解析は、当業者の範囲内に入ると考えられ、本明細書では詳細に示されない。また、式１６および１７に表された式は、本明細書に開示され、図３に示されたアナログおよび／またはデジタル回路以外のアナログおよび／またはデジタル回路を使用して与えられることがわかる。

式１６および１７のそれぞれに表された信号４０および４４は、加算器４６において合成され、

によって与えられる信号４８を生ずる。信号３８を発振器３２の信号と混合し、同調電圧Ｖ_ＴＵＮまで積分した後、Ｃ_ｔは、式１３に表された式、すなわち、
１−（αω_Ｘｔａｌ ^２Ｒ^２Ｃ）Ｎ^２Ｃ_ｔ→０
が実現されるように制御される。その結果として、ゼロＩＦまたは低ＩＦに対して、
Ｃ_ｔ：：（ω_ＬＯ±ω_ＩＦ）^−２ または Ｃ_ｔ：：ω_ＬＯ ^−２
であり、これはトラッキングのため必要な周波数依存関係である。

本発明において、固定周波数制御ループ３０は、実際の発振器周波数ω_ＬＯ自体を使用することなく発振器同調を行うため、分周比Ｎ_ｄｉｖにほぼ一致する値Ｎを使用する。バンドパスフィルタ１０のトラッキングを同調させるため使用される比ＮがＮ_ｄｉｖと一致しない（すなわち、Ｎ_ｄｉｖ≠Ｎである）高ＩＦの場合に、バンドパスフィルタ１０は、所望の発振器周波数ω_ＬＯとは異なる周波数に同調させられる。この場合に、Ｎ_ｄｉｖとＮのために別個のプログラミングが必要である。しかし、単一のアライメントの後、バンドパスフィルタ１０が同調させられる周波数はＮのそれぞれの値に対して正確にわかる。アライメントは、調整可能な利得回路３６によって与えられた可変利得αによって達成され、および／または、バンドパスフィルタ１０内のインダクタＬの固定値を調整することにより達成される。その代わりに、または、それに加えて、バンドパスフィルタ１０と発振器周波数ω_ＬＯとの間の周波数オフセットが小さい場合に、ある程度の不一致がバンドパスフィルタ１０内の容量Ｃ_ｔに対する外部負荷容量Ｃ_ｔに与えられる。その結果として、Ｎの値を独立にアドレッシングすることにより、バンドパスフィルタ１０は所望の発振器周波数ω_ＬＯから離れた所望の各ＩＦに同調させることが可能である。なお、非ゼロ概念の場合に、周波数オフセットはまた外部負荷容量Ｃ_ｔの電圧依存性の適用により実現される。

上記のように、本発明は、ゼロＩＦまたは低ＩＦアプリケーションに限定されない。たとえば、プログラマブルなＮおよびω_Ｘｔａｌを用いて、利得値αを調整することにより、単一の周波数アライメントの後、同調ＬＣバンドパスフィルタ１０は所望の各周波数に同調させられる。この方法に従って、バンドパスフィルタ１０は「周波数合成型」フィルタになり、このフィルタは、ＩＣに存在する必要がない「仮想発振器周波数」Ｎω_Ｘｔａｌにロックされる。

Ｎの値を選択する自由度は、本発明が単一の集積型チューナ回路に任意のＩＦ出力を設けることを可能にする。スープラダイン（ｓｕｐｒａｄｙｎｅ）、インフラダイン（ｉｎｆｒａｄｙｎｅ）、ゼロＩＦ、アップコンバージョンまたは１−発振器のアプリケーションは、すべて本発明を使用するトラッキングを用いて実現される。これらのアプリケーションは、同じ集積型チューナ回路を使用してソフトウェア制御の下で「一体化して（ａｌｌ−ｉｎ−ｏｎｅ）」提供される。
本発明によって提供されるその他の複数の特徴にも注意する必要がある。たとえば、集積回路２０自体が原因となって生じる寄生容量Ｃ_ｐは集積回路２０の内部で過度に補償される。したがって、適切なトラッキングのため、コンデンサＣ_ｐが集積回路の外部に接続されるべきである。有利的には、ＬＣバンドパスフィルタ１０は、望ましくない並列容量を最小化し、その結果として、周波数範囲を最大化するために常に設計することが可能である。さらに、固定周波数制御ループ３０は、ループ内で水晶発振器周波数ω_Ｘｔａｌを使用する。これは、新しい周波数を取り入れないので、干渉の危険性を最小限に抑える。

本発明の種々の態様についての上記の説明は、例示と解説のため提示された。網羅的であること、或いは、本発明を開示された形態だけに限定することは意図されず、明らかに多数の変形および変更が行われ得る。当業者にとって明白であるこのような変形および変更は、添付の特許請求の範囲によって定められるような本発明の範囲内に包含されることが意図される。

図１は可変容量Ｃ_ｔおよび固定インダクタンスＬを備えた同調型ＬＣバンドパスフィルタを示す。 図２は可変外部負荷容量Ｃ_ｔおよび図１の同調型ＬＣバンドパスフィルタを示す。 図３は本発明によるフィルタトラッキングのための固定周波数制御ループを含む集積型チューナ回路のブロック図である。

Claims (15)

1. 可変容量（Ｃ_ｔ）および固定インダクタンス（Ｌ）を有する同調型ＬＣバンドパスフィルタと、
   可変容量（Ｃ_ｔ）を有する外部負荷コンデンサと、
   任意の発振器周波数ω_ＬＯによる前記バンドパスフィルタのトラッキングを実現するため、前記バンドパスフィルタおよび前記外部負荷コンデンサの前記可変容量を調整する電圧（Ｖ_ＴＵＮ）を供給する固定周波数制御ループと、を具備する集積型チューナ回路。
2. 前記固定周波数制御ループが固定周波数発振器と前記ω_ＬＯの値をセットするプログラマブル値Ｎを受け取る回路とをさらに具備し、
   前記固定周波数制御ループが、ω_ＩＦが中間周波数であるときに、
   Ｃ_ｔ：：（ω_ＬＯ±ω_ＩＦ）^−２：：Ｎ^−２
   となるように前記可変容量Ｃ_ｔを調整することを特徴とする、請求項２に記載の集積型チューナ回路。
3. 前記バンドパスフィルタが前記プログラマブル値Ｎを調整することによりω_ＬＯから離れた複数の異なるＩＦのそれぞれに同調させられることを特徴とする、請求項２に記載の集積型チューナ回路。
4. 前記固定周波数発振器が周波数ω_Ｘｔａｌを有する信号を出力し、
   前記同調型ＬＣバンドパスフィルタがＮω_Ｘｔａｌによって与えられる仮想発振器周波数ω_ＬＯに同調させられることを特徴とする、請求項２に記載の集積型チューナ回路。
5. 前記固定周波数制御ループが寄生容量（Ｃ_ｐ）を補償することを特徴とする、請求項１に記載の集積型チューナ回路。
6. 前記外部負荷コンデンサと並列した前記寄生容量Ｃ_ｐに対応するコンデンサをさらに具備することを特徴とする、請求項５に記載の集積型チューナ回路。
7. 前記固定周波数制御ループが、
   １−（αω_Ｘｔａｌ ^２Ｒ^２Ｃ）Ｎ^２Ｃ_ｔ→０
   である信号を生成するため動作し、式中、αが可変利得であり、ω_Ｘｔａｌが固定周波数発振器の周波数であり、Ｒが抵抗であり、Ｃが容量であり、Ｎがω_ＬＯの値をセットするプログラマブル値であることを特徴とする、請求項１に記載の集積型チューナ回路。
8. ＮおよびＣ_ｔだけが発振器周波数に依存する変数であることを特徴とする、請求項７に記載の集積型チューナ回路。
9. 可変容量Ｃ_ｔおよび固定インダクタンス（Ｌ）を有するＬＣ同調型バンドパスフィルタを任意の発振器ω_ＬＯを用いてトラッキングする方法であって、
   前記同調型バンドパスフィルタの前記可変容量Ｃ_ｔを調整し負荷コンデンサの可変容量Ｃ_ｔを調整する電圧（Ｖ_ＴＵＮ）を生成する固定周波数制御ループを準備することと、
   前記ω_ＬＯの値をセットするプログラマブル値Ｎを前記固定周波数制御ループへ入力し、前記固定周波数制御ループが、ω_ＩＦが中間周波数であるときに、
   Ｃ_ｔ：：（ω_ＬＯ±ω_ＩＦ）^−２：：Ｎ^−２
   となるように前記可変容量Ｃ_ｔを調整することとを含む方法。
10. 前記プログラマブル値Ｎを調整することにより前記バンドパスフィルタをω_ＬＯから離れた複数の異なるＩＦのそれぞれに同調させることをさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記固定周波数制御ループが周波数ω_Ｘｔａｌを有する信号を出力する固定周波数発振器を具備し、
    前記バンドパスフィルタをＮω_Ｘｔａｌによって与えられる仮想発振器周波数ω_ＬＯに同調させることをさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
12. 前記固定周波数制御ループが寄生容量（Ｃ_ｐ）を補償することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
13. 前記負荷コンデンサと並列した前記寄生容量Ｃ_ｐに対応するコンデンサを準備することをさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 前記固定周波数制御ループが、
    １−（αω_Ｘｔａｌ ^２Ｒ^２Ｃ）Ｎ^２Ｃ_ｔ→０
    である信号を生成するため動作し、式中、αが可変利得であり、ω_Ｘｔａｌが固定周波数発振器の周波数であり、Ｒが抵抗であり、Ｃが容量であることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
15. ＮおよびＣ_ｔだけが発振器周波数に依存する変数であることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。

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