JP2007503167A - ブロードバンド集積デジタル同調可能フィルタ - Google Patents
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Abstract
同調可能受信器が開示され、初期帯域選択を実施するための複数の選択フィルタと、出力電力レベルが所定の電力閾値を超えることを防止するように利得が制御される可変利得低雑音増幅器(LNA)と、選択チャネル内の信号を通過させ、対応する影像帯域の信号を阻止するための複数のデジタル同調可能追跡フィルタと、受信RF信号をさらに増幅し、差動信号出力を生成するための第2LNAと、受信RF信号をIF信号に変換し、一方、影像帯域の信号を阻止するダウン・コンバーティング段と、ダウン・コンバーティング段の出力に存在する望ましくない信号をさらに阻止するためのIFトラップと、損失を補償するようにIF信号を増幅するIF増幅器と、チャネル選択を提供し、かつ望ましくない信号を阻止するIFフィルタと、IF信号を増幅して、その電力レベルを仕様内に維持するための可変利得IF増幅器とを含む。
Description
本発明は、一般的に、同調可能フィルタに関する。
ケーブル・テレビジョン・セット・トップ・ボックスやその他の応用例において使用される同調可能受信器は、多くのチャネルを有するブロードバンド信号を受信する。所望のチャネルにおいて信号を生成し、残りのチャネルの信号を阻止することが、そのような同調可能受信器の機能である。望ましくないチャネルの信号を阻止する際に、同調可能受信器は、望ましくないチャネルに関連付けられるすべての信号を実質的に除去し、所望チャネルの信号を出力すべきである。これらの望ましくない信号には、影像、高調波、スプリアス、その他の望ましくない信号がある。
単一変換受信器と2重変換受信器の両方が、当技術分野において既知である。単一変換受信器では、RF信号は、所望の周波数範囲、すなわち中間周波数(IF)、または時にはベースバンドに直接ダウン・コンバーティングされる。2重変換受信器では、2つの周波数変換が使用される。一般に、選択チャネルは、周波数が固定周波数に上方シフトされ、次いで、その周波数から固定IF周波数に下方シフトされる。どちらの場合でも、この目的のためには、集積度が異なる様々な回路が既知である。しかし、そのような回路は、他のRFや多くの他の回路と同様に、とりわけ、チャネル選択のために少なくとも1つのフィルタ回路の周波数選択度を変更する方式を必要とする。
本発明の同調可能フィルタは、ビデオ・チューナなどのチューナにおいて使用されるのに理想的であり、したがって、好ましい実施形態が、そのようなチューナに関して開示される。しかし、同調可能フィルタと、その同調可能回路において使用可能な集積キャパシタ・バンクは、多くの他の応用分野において使用されることが可能であることを理解されたい。
I.同調可能受信器の設計
図2は、本発明の一実施形態による、例示的な同調可能受信器200のブロック図である。同調可能受信器200は、事前選択フィルタ202と、制御可能な利得を有しかつ関連出力電力モニタ・デバイスを有する第1低雑音増幅器(LNA)204と、選択可能でデジタル同調可能な追跡フィルタバンク208と、第2LNA210と、高調波と影像阻止ダウン・コンバーティング段212と、中間周波数(IF)トラップ214と、第1IF増幅器216と、IF帯域通過フィルタ(BPF)218と、制御可能利得を有する第2IF増幅器220とを備える。さらに、同調可能受信器220は、シンセサイザ局部発振器(L.O.)と、コントローラ224と、メモリ226と、制御及びデータ・バス228とを備える。
図2は、本発明の一実施形態による、例示的な同調可能受信器200のブロック図である。同調可能受信器200は、事前選択フィルタ202と、制御可能な利得を有しかつ関連出力電力モニタ・デバイスを有する第1低雑音増幅器(LNA)204と、選択可能でデジタル同調可能な追跡フィルタバンク208と、第2LNA210と、高調波と影像阻止ダウン・コンバーティング段212と、中間周波数(IF)トラップ214と、第1IF増幅器216と、IF帯域通過フィルタ(BPF)218と、制御可能利得を有する第2IF増幅器220とを備える。さらに、同調可能受信器220は、シンセサイザ局部発振器(L.O.)と、コントローラ224と、メモリ226と、制御及びデータ・バス228とを備える。
より具体的には、事前選択フィルタ202の一実施形態の詳細が、図11に示されている。その回路は、2つのオンチップ螺旋インダクタL0、L1、2つの固定キャパシタC0、C1、2つのMOSFETスイッチSW1、SW2、2状態(1ビット)デジタル同調可能キャパシタを含む。接地される外部インダクタが、「shunt_l_ext」と名称付けされたピンに接続される。制御ビット「d」がハイのとき、回路は、高域通過フィルタとして作用し、ローのとき、UHF帯停止フィルタ、または本質的に低域通過フィルタとして作用する
事前選択フィルタ202を使用する理由は、同調可能受信器200の直線性を改善し、望ましくない信号阻止の特性を改善することである。具体的には、この段において特定の帯域を阻止することにより、第1LNA204の入力において受信RF信号の電力レベルが大きく低下し、それにより、LNA204と同調可能受信器200の他の下流要素の直線性が改善される。同調可能受信器200の望ましくない信号の阻止特性は、受信器の直線性に依存する。したがって、事前選択フィルタ202を使用することにより受信器の直線性を改善することによって、同調可能受信器200望ましくない信号阻止特性も改善される。
事前選択フィルタ202の下流に、同調可能受信器200の信号増幅器の第1段をとなる第1LNA204がある。第1LNA204とそれに付属する回路すなわち指向性カプラ205、電力監視デバイス206、制御及びデータ・バス228、コントローラ224、メモリ226は、第1LNA204を、特定の直線仕様内で動作するように、維持するように構成される。具体的には、任意選択であり、かつ常には含まれなくてもよい電力監視デバイス206が、第1LNA204の出力において受信RF信号の電力レベルに関係付けられる特性(たとえば、振幅)を有するパラメータ(たとえば、電圧)を生成することが可能である。第1LAN204の出力のRF信号の電力が所定の閾値以上であると電力監視信号が示すと、コントローラ224が判定する場合、コントローラ224は、電力レベルが所定の閾値より小さくなるように、第1LNA204の利得を減少させる。再び、この特徴は、同調可能受信器200の直線性を改善し、その結果、同調可能受信器200の望ましくない信号阻止特性を改善する。
第1LNA204の下流に、追跡フィルタのバンク208があり、これは、影像、高調波、スプリアス、その他の望ましくない信号の阻止(すなわち、抑制)を実現するために使用される。より具体的には、追跡フィルタのバンク208は、第1制御可能スイッチ238、複数の追跡フィルタ240、242、244、246、第2制御可能スイッチ250を備える。第1制御可能スイッチ238は、第1LNA204の出力に結合された入力、複数の追跡フィルタ240、242、244、246にそれぞれ結合された複数の出力、制御可能入力を備える。この制御可能入力は、スイッチ入力とスイッチ出力のいずれかとの間の結合を制御する制御信号を制御及びデータ・バス228から受信する。第2制御可能スイッチ250は、追跡フィルタ240、242、244、246のそれぞれの出力に結合された複数の入力と第2LNA210の入力に結合された出力とを有するとともに、スイッチ出力とスイッチ入力のいずれかとの間の結合を制御する制御信号を制御及びデータ・バス228から受信する制御可能入力を有している。
追跡フィルタ240、242、244、246は、それぞれ、チャネルの異なるサブバンドを通過させ、チャネルの残りの望ましくないサブバンドをほぼ阻止するように構成される。たとえば、追跡フィルタ240は、50から150MHzに及ぶ周波数サブバンド内のチャネルを通過させるように構成され、追跡フィルタ242は、150から350MHzに及ぶ周波数サブバンド内のチャネルを通過させるように構成され、追跡フィルタ244は、350から650MHzに及ぶ周波数サブバンド内のチャネルを通過させるように構成され、追跡フィルタ246は、650から878MHzに及ぶ周波数サブバンド内のチャネルを通過させるように構成される。さらに、追跡フィルタ240、224、244、246のそれぞれは、対応する周波数サブバンド内にある特定のチャネルを最適に通過させ、一方、対応する影像信号、高調波、スプリアス信号、その他の望ましくない信号を阻止するように、デジタル式に同調可能とすることが可能である。たとえば、追跡フィルタ246は、700MHzを中心とする6MHz幅チャネルを最適に通過させる一方、607から613MHzの周波数内にある影像信号、697から703MHzの意図したチャネルの外部にある他の望ましくない信号をほぼ阻止するように、デジタル式に同調させることが可能である。さらに、望ましくない信号阻止を実施することによって、追跡フィルタは、受信器200の直線性を改善するために、下流要素のRF信号電力を低減するように作用する。いくつかの応用分野では、より多くまたはより少ない追跡フィルタを使用することが可能である。
メモリ226に記憶されている1つまたは複数のソフトウエア・モジュールの制御下にあるコントローラ224は、受信RF信号の経路において所望の追跡フィルタを選択的に結合させるように、制御及びデータ・バス228を介して第1制御可能スイッチ238と第2制御可能スイッチ250を制御する。さらに、メモリ226に記憶されている1つまたは複数のソフトウエア・モジュールの制御下にあるコントローラ224は、所望のチャネルの信号を最適に通過させる一方、影像信号、高調波、スプリアス、所望チャネルの外部にある他の望ましくない信号を阻止するように、制御及びデータ・バス228を介して選択追跡フィルタ224をデジタル式に同調させる。これは、本発明による特定の追跡フィルタ実施態様に関して、以下においてより詳細に議論される。
追跡フィルタ208のバンクの下流には、第2LNA210によって提供される信号増幅の他の段がある。第2LNAは、前の追跡フィルタ段において生じる損失を補償するために、受信信号の電力レベルを増大させる。さらに、第2LNA210は、後続のダウン・コンバーティング段において有用である差動RF信号にRF信号をさらに変換する。
第2LNA210の下流には、ダウン・コンバーティング段212があり、これは、受信RF信号を中間周波数(IF)信号に変換し、一方、影像、高調波、スプリアス、所望チャネルの外部にある他の望ましくない信号をさらに阻止する。ダウン・コンバーティング段212は、それぞれが第2LNA210の差動出力に結合された一対の入力を有する6つのミキサを備える。6つのミキサは、L.O.の異なる位相をそれぞれ受信する入力をも有する。たとえば、ミキサ252は、ゼロ(0)度の相対位相で循環するL.O.信号を受信する入力を有し、ミキサ254は、−45度の相対位相で循環するL.O.信号を受信する入力を有し、ミキサ256と258は、−90度の相対位相で循環するL.O.信号を受信する入力を有し、ミキサ260は、−135度の相対位相で循環するL.O.信号を受信する入力を有し、ミキサ262は、−180度の相対位相で循環するL.O.信号を受信する入力を有する。ミキサ252、254、256の差動出力は、共に結合され、90度位相シフタ264に加えられる。このシフタの差動出力は、加算デバイス266の第1入力に結合される。ミキサ258、260、262の差動出力は、共に結合されて、加算デバイス266の第2入力に加えられる。代替として、90度位相シフタ264と加算デバイス266は、多相フィルタで置き換えることが可能である。
通常の従来の影像阻止ミキサでは、2つのミキサが使用され、両方とも、局部発振器周波数によって駆動されるが、互いに関して位相が90度シフトしている。ミキサは、両方とも、互いに関して位相が90度ずれている和周波数成分と差周波数成分の出力を生成する。次いで、ミキサ出力の一方は、90度シフトされ、次いで、2つの出力は組み合わされる(共に加算される)。この段階において、90度位相シフトの位置と方向の選択に依存するので、2つのミキサ出力(等しく、かつ互いに同相である)の和周波数成分は加算され、差周波数成分(等しく、かつ互いに180度位相がずれている)は減算され、または、2つのミキサ出力の差周波数成分は加算され、和周波数成分は減算され、それにより、それぞれ、和周波数または差周波数は所望通りに通過させられ、差周波数または和周波数は排除される(著しく減衰される)。
通常のミキサでは、信号は、正弦波によって乗算されるのではなく、方形波によって乗算される。これにより、所望の周波数バンドの高調波が生成され、その後の回路の直線性と範囲に対して負の影響を及ぼす。図2の影像阻止ミキサには、4つの追加のミキサが含まれ、それぞれ、図示されるように追加の位相シフトで動作する。追加のミキサは、影像阻止ミキサの出力からある高調波を排除して、そのような高調波によって生じる問題を回避する効果を有する。
ダウン・コンバーティング段212の下流に、IFトラップ214があり、これは、ダウン・コンバーティング段212によって生成される望ましくない信号を除去し、IF信号のチャネルの数を低減し、かつ下流段の直線性を改善するようにIF信号の電力レベルを下げるために設けられる。IFトラップ214は、加算デバイス266の出力において差動信号の両端に結合される。IFトラップ214は、加算デバイス266の出力において差動信号線の両端に結合された直列共振回路を備える。
IFトラップ214の下流に、ダウン・コンバーティング段212において生じる信号損失と、後続IFフィルタ段において生じる損失を補償するために、IF増幅器216によって提供されるIF信号増幅器の第1段がある。IF増幅器216は、加算デバイス266の差動信号出力にそれぞれ結合される一対の差動信号入力を備える。IF増幅器216は、差動信号出力をも備える。
第1IF増幅器216の下流に、同調可能受信器200についてチャネル選択ろ過を実施するIF帯域通過フィルタ(BPF)218がある。IF BPF218は、選択チャネルの外部にある望ましくない信号を高度に阻止するように構成される。
IF BPF218の下流に、IF BPF218による信号ろ過において生じるIF信号の損失を補償するために、第2IF増幅器220によって提供されるIF信号増幅の第2段がある。IF増幅器220は、IF BPF218の差動信号出力に結合された差動信号入力を含む。選択チャネルの出力IF信号は、IF増幅器220の差動信号出力において生成される。IF増幅器220は、IF増幅器220の利得を制御するために、制御及びデータ・バス228に結合された利得制御入力を備える。これにより、IF増幅器220の利得は、出力IF信号の電力レベルが調節されるように、制御されることが可能になる。
シンセサイザL.O.222は、ダウン・コンバーティング段212によって使用される適切な位相、ゼロ(0)、−45、−90、−135、−180度を有するL.O.を生成する。コントローラ224は、メモリ226に記憶されている1つまたは複数のソフトウエア・モジュールと外部コントローラの制御下にあり、選択チャネルに基づいて適切な周波数を生成するように、制御及びデータ・バス228によってシンセサイザL.O.を制御することができる。コントローラ224は、外部コントローラから命令を受信して、メモリ226に記憶されている1つまたは複数のソフトウエア・モジュールの制御下において、意図した動作を実施する。
動作時、コントローラ224は、同調可能受信器200を、特定のチャネルを受信するように同調させる命令を外部コントローラから受信する。応答して、メモリ226に記憶されている1つまたは複数のソフトウエア・モジュールの制御下にあるコントローラ224は、チャネルの所望の帯域を選択するように、受信RF信号の経路において事前選択フィルタ202のスイッチを設定する命令を出す。やはり応答して、メモリ226に記憶されている1つまたは複数のソフトウエア・モジュールの制御下にあるコントローラ224は、受信RF信号の経路において適切な追跡フィルタ240、242、244、または246を結合する命令をスイッチ238、250に出す。さらに、メモリ226に記憶されている1つまたは複数のソフトウエア・モジュールの制御下にあるコントローラ224は、選択チャネルの通過を最適化する一方、影像と他の望ましくない信号をほぼ阻止するように、選択追跡フィルタをデジタル式に同調させる。外部コントローラから受信されたチャネル選択コマンドにやはり応答して、メモリ226に記憶されている1つまたは複数のソフトウエア・モジュールの制御下にあるコントローラ224は、選択チャネルについて適切な周波数と位相を有するL.O.信号を生成する命令をシンセサイザL.O.222に出す。
さらに、コントローラ224は、第1LNA204と第2IF増幅器220の利得を調整するコマンドを外部コントローラから受信することも可能である。たとえば、電力監視デバイス206の出力は、直接、またはコントローラ224と制御及びデータ・バス228を介して、外部コントローラに提供される。電力監視デバイス206の出力が、第1LNA204の出力におけるRF信号の電力レベルが所定の閾値以上にあることを示す場合、外部コントローラは、第1LNA204の利得を下げるコマンドをコントローラ224に送信する。応答して、メモリ226に記憶されている1つまたは複数のソフトウエア・モジュールの制御下にあるコントローラ224は、第1LNA204の出力におけるRF信号の電力レベルが、所定の閾値より小さくなるように、利得を下げる命令を制御及びデータ・バス228を介して第1LNA204に出す。
同様に、IF出力信号の電力レベルが仕様内にないと外部コントローラが見ると、外部コントローラは、第2IF増幅器220の利得を調整するコマンドをコントローラ224に出す。応答して、メモリ226に記憶されている1つまたは複数のソフトウエア・モジュールの制御下にあるコントローラ224は、出力IF信号の電力レベルが仕様内にあるように、利得を調整する命令を制御及びデータ・バス228を介して第2IF増幅器204に出す。
II.追跡フィルタの設計
図3は、本発明の他の実施形態による、例示的な追跡フィルタ300の概略図を示す。追跡フィルタ300は、同調可能受信器200の追跡フィルタ240、242、244、246のいずれか1つとして使用することができる追跡フィルタの一例である。例示的な追跡フィルタ300は、フィルタの1共振器バージョンである。これは、フィルタ300の入力端子と出力端子との間にインダクタLseriesと直列に接続されたキャパシタCseriesを備える。追跡フィルタ300は、直列キャパシタCseriesとインダクタLseriesの両方と並列に接続されたキャパシタCparallelをさらに備える。さらに、追跡フィルタ300は、入力と接地端子との間に接続された第1シャント・キャパシタCshunt1、および出力と接地端子との間に接続された第2シャント・キャパシタCshunt2を備える。
図3は、本発明の他の実施形態による、例示的な追跡フィルタ300の概略図を示す。追跡フィルタ300は、同調可能受信器200の追跡フィルタ240、242、244、246のいずれか1つとして使用することができる追跡フィルタの一例である。例示的な追跡フィルタ300は、フィルタの1共振器バージョンである。これは、フィルタ300の入力端子と出力端子との間にインダクタLseriesと直列に接続されたキャパシタCseriesを備える。追跡フィルタ300は、直列キャパシタCseriesとインダクタLseriesの両方と並列に接続されたキャパシタCparallelをさらに備える。さらに、追跡フィルタ300は、入力と接地端子との間に接続された第1シャント・キャパシタCshunt1、および出力と接地端子との間に接続された第2シャント・キャパシタCshunt2を備える。
直列キャパシタCseriesと並列キャパシタCparallelの両方とも可変である。すなわち、それらのキャパシタンスは選択することができる。以下においてより詳細に議論されるように、直列キャパシタと並列キャパシタは、それぞれ、キャパシタの所望のキャパシタンスを設定するために、切替えキャパシタ・アレイを使用する。直列キャパシタCseriesは、通過帯域、すなわち選択されたチャネルの周波数応答を設定するために使用される。慣例的には、通過帯域について、挿入損失を最小限に抑え、かつ追跡フィルタの戻り損失を最大にすることが望ましい。並列キャパシタCparallelは、影像帯域の周波数応答を設定する。慣例的には、影像帯域について追跡フィルタの挿入損失を最大にすることが望ましい。
図4は、本発明の他の実施形態による例示的な追跡フィルタ400の概略図を示す。追跡フィルタ400は、追跡フィルタ300と同様であるが、フィルタ400は、第1の共振器の鏡像であり、かつCshunt2を共有する追加の共振器を含む点が異なる。より具体的には、追跡フィルタ400は、入力と中間ノードとの間において第1直列インダクタLseriesと直列に接続された第1直列キャパシタCseriesを備える。追跡フィルタ400は、入力と中間ノードとの間に接続された、すなわち第1直列キャパシタCseriesと第1直列インダクタLseriesに並列である第1並列キャパシタCparallelをさらに備える。
さらに、追跡フィルタ400は、中間ノードと出力との間において第2直列キャパシタCseriesと直列に接続された第2直列インダクタLseriesをさらに備える。また、追跡フィルタ400は、中間ノードと出力との間に接続された、すなわち第2直列キャパシタCseriesと第2直列インダクタLseriesに並列である第2並列キャパシタCparallelを備える。さらに、追跡フィルタ400は、入力と接地端子との間に接続された入力シャント・キャパシタCshunt1、中間ノードと接地端子との間に接続された中間シャント・キャパシタCshunt2、出力と接地端子との間に接続された出力シャント・キャパシタCshunt1を備える。
追跡フィルタ300と同様に、第1、第2直列キャパシタCseriesと第1、第2並列キャパシタCparallelは可変である。すなわち、それらのキャパシタンスは選択することができる。以下においてより詳細に議論されるように、直列キャパシタと並列キャパシタは、それぞれ、キャパシタの所望のキャパシタンスを設定するために、切替えキャパシタ・アレイを使用する。第1、第2直列キャパシタCseriesは、通過帯域、すなわち選択チャネルの周波数応答を設定するために使用される。慣例的には、通過帯域について、追跡フィルタの挿入損失を最小限に抑え、かつ戻り損失を最大にすることが望ましい。並列キャパシタCparallelは、影像帯域の周波数応答を設定する。慣例的には、影像帯域について、追跡フィルタの挿入損失を最大にすることが望ましい。
図5は、本発明の他の実施形態による例示的な切替えキャパシタ・アレイ(CSA)500の概略図を示す。上記で議論されたように、CSA500は、追跡フィルタ300、400の直列キャパシタと並列キャパシタとして使用することができる。例示的な切替えキャパシタ・アレイ500は、6ビット2進加重CSAである。したがって、CSA500は、互いに平列で、かつ共通ノードAとBにわたって結合された6つの選択可能キャパシタ・バンク502−0から502−5を備える。選択可能キャパシタ・バンク502−0から502−5は、それぞれ、選択線D0−5によって選択可能である。
キャパシタ・バンクのそれぞれはノードAからノードBまで延びる直列経路を備える。その経路には、第1キャパシタ、電界効果トランジスタ(FET)Qなどの切替え装置、第2キャパシタを含む。たとえば、キャパシタ・バンク502−0の直列経路は、第1キャパシタC、FET Qのチャネル、第2キャパシタCを備える。キャパシタ・バンク502−1の直列経路は、第1キャパシタ2C、FET Qのチャネル、第2キャパシタ2Cを備える。キャパシタ・バンク502−2の直列経路は、第1キャパシタ4C、FET Qのチャネル、第2キャパシタ4Cを備える。キャパシタ・バンク502−3の直列経路は、第1キャパシタ8C、FET Qのチャネル、第2キャパシタ8Cを備える。キャパシタ・バンク502−4の直列経路は、第1キャパシタ16C、FET Qのチャネル、第2キャパシタ16Cを備える。キャパシタ・バンク502−5の直列経路は、第1キャパシタ32C、FET Qのチャネル、第2キャパシタ32Cを備える。502−0から502−5のキャパシタ・バンクのFETのゲートは、それぞれ、抵抗Rを介して選択線D0−5に結合される。キャパシタ・バンク502−0、502−5のFETのソースとドレインは、それぞれ、抵抗RとインバータIを介して選択線D0−5に結合される。
動作時、所望のキャパシタ・バンクが選択されるとき、対応する選択線上の信号は、論理ハイ状態(たとえば、+3ボルト)に駆動される。したがって、FETのゲートの電圧も、ほぼ論理ハイレベルにある。対応するインバータIは、論理ハイ状態に駆動された対応する選択線に応答して、論理ロー状態(たとえば、0ボルト)を生成する。この結果、論理ロー電圧(たとえば、0ボルト)が、対応するFETのドレインとソースに存在する。FETのドレインとソースの低論理電圧(たとえば、0ボルト)およびFETのゲートの高論理電圧(たとえば、+3ボルト)により、FETは低インピーダンス・モードになり、それにより、ノードAとBとの間において第1キャパシタと第2キャパシタが直列に電気接続され、その結果、対応するキャパシタ・バンクが利用可能になる。
望ましいキャパシタ・バンクが選択解除されるとき、対応する選択線上の信号は、論理ロー状態(たとえば、+0ボルト)に駆動される。したがって、FETのゲートの電圧も、ほぼ論理ローレベルにある。対応するインバータIは、論理ロー状態に駆動された対応する選択線に応答して、論理ハイ状態(たとえば、+3ボルト)を生成する。この結果、論理ハイ電圧(たとえば、+3ボルト)が、対応するFETのドレインとソースに存在する。FETのドレインとソースの高論理電圧(たとえば、+3ボルト)およびFETのゲートの低論理電圧(たとえば、0ボルト)により、FETは高インピーダンスと低キャパシタンスになり、それにより、ノードAとBとの間において直列の第1キャパシタと第2キャパシタが電気絶縁され、その結果、対応するキャパシタ・バンクが不能になる。
例示的なCSA500のキャパシタ・バンク502−0から502−5は、選択可能2進加重キャパシタンスを提供する。たとえば、キャパシタ・バンク502−0は、選択されると、ノードAとBとの間において約1/2Cの実効キャパシタンスを提供し、キャパシタ・バンク502−1は、選択されると、ノードAとBとの間において約Cの実効キャパシタンスを提供し、キャパシタ・バンク502−2は、選択されると、ノードAとBとの間において約2Cの実効キャパシタンスを提供し、キャパシタ・バンク502−3は、選択されると、ノードAとBとの間において約4Cの実効キャパシタンスを提供し、キャパシタ・バンク502−4は、選択されると、ノードAとBとの間において約8Cの実効キャパシタンスを提供し、キャパシタ・バンク502−5は、選択されると、ノードAとBとの間において約16Cの実効キャパシタンスを提供する。したがって、CDA500によって提供される全キャパシタンスは、選択されるキャパシタ・バンク502−0から502−5の固有の組合わせに依存する。
III.追跡フィルタを較正し、同調する方法
同調可能受信器200の設計に関してセクションIにおいて議論されたように、追跡フィルタは、最小挿入損失で所望のチャネルの信号を通過させ、かつ最大挿入損失で影像帯域の信号を阻止するために、使用される。さらに、追跡フィルタが、複数のチャネルで作成されたサブバンドをカバーするので、追跡フィルタは、所望のチャネルについて、挿入損失を最小限に抑え、かつ戻り損失を最大にし、また影像帯域について、挿入損失を最大にするように、電気的に同調可能である。追跡フィルタの設計に関してセクションIIにおいて議論されたように、CSAは、選択チャネル帯域と影像帯域について所望の周波数応答を達成するように、直列キャパシタンスと並列キャパシタンスのキャパシタンスを電気的に調整するために、追跡フィルタ内において使用される。以下は、これらの目的を達成するために、追跡フィルタを較正し、同調する固有の方法を記述する。
同調可能受信器200の設計に関してセクションIにおいて議論されたように、追跡フィルタは、最小挿入損失で所望のチャネルの信号を通過させ、かつ最大挿入損失で影像帯域の信号を阻止するために、使用される。さらに、追跡フィルタが、複数のチャネルで作成されたサブバンドをカバーするので、追跡フィルタは、所望のチャネルについて、挿入損失を最小限に抑え、かつ戻り損失を最大にし、また影像帯域について、挿入損失を最大にするように、電気的に同調可能である。追跡フィルタの設計に関してセクションIIにおいて議論されたように、CSAは、選択チャネル帯域と影像帯域について所望の周波数応答を達成するように、直列キャパシタンスと並列キャパシタンスのキャパシタンスを電気的に調整するために、追跡フィルタ内において使用される。以下は、これらの目的を達成するために、追跡フィルタを較正し、同調する固有の方法を記述する。
図6は、本発明の他の実施形態による、追跡フィルタを較正する例示的な方法600の流れ図を示す。方法600によれば、対応するサブバンドの最低周波数チャネルにおいて、追跡フィルタの通過帯域と影像帯域の周波数応答が測定される(ブロック602)。次いで、追跡フィルタの並列キャパシタと直列キャパシタに対応する選択線上のコードは、追跡フィルタの通過帯域と影像帯域について所望の仕様を提供するために、フィルタを最適化するように調整される(ブロック604)。たとえば、そのようなコードは、それぞれ、570MHzを中心とする最低周波数チャネルに対して、2進27と2進63にする(図10参照)。好ましい実施形態では、公称コードまたは最も可能性のあるコードが決定され、そのICの最適コードと公称コードとの差は、追跡フィルタの同調時にコントローラ224によって使用されるために、同調可能受信器200のメモリ226に書き込まれる(ブロック606)。
最低周波数チャネルに対応するコードが決定された後、対応するサブバンドの最高周波数チャネルに対して、追跡フィルタの通過帯域と影像帯域の周波数応答が測定される(ブロック608)。次いで、追跡フィルタの並列キャパシタと直列キャパシタに対応する選択線上のコードは、追跡フィルタの通過帯域と影像帯域について所望の仕様を与えるために、フィルタを最適化するように調整される(ブロック610)。たとえば、そのようなコードは、820MHzを中心とする最高周波数チャンネルについて、それぞれ、2進4と2進1とする(図10参照)。そのようなコードが決定された後、好ましい実施形態では、そのICの最適コードと公称コードとの差は、追跡フィルタの同調時にコントローラ224によって使用されるために、同調可能受信器200のメモリ226に書き込まれる(ブロック612)。
図7は、本発明の他の実施形態による追跡フィルタを同調する例示的な方法700の流れ図を示す。方法700によれば、コントローラ224は、受信器を選択チャネルに同調するコマンドを外部コントローラから受信する(ブロック702)。次いで、コントローラ224は、どの追跡フィルタ240、242、244、または246が選択されたチャネルをカバーするかを決定し、受信RF信号の経路において選択追跡フィルタを結合するように、スイッチ238と250に命令する(ブロック704)。次いで、コントローラ224は、対応する追跡フィルタの並列キャパシタに対してコードを決定するために、適切な(可能であれば非線形の)補間を実施する。
次いで、コントローラ224は、対応する追跡フィルタの直列キャパシタのコードを決定するために、他の所定の(可能であれば非線形)補間を実施する(ブロック708)。コントローラ224が並列キャパシタと直列キャパシタについてコードを決定した後、コントローラ224は、制御及びデータ・バス228を介して、対応する追跡フィルタにコードを送信する(ブロック710)。
図8は、本発明の他の実施形態による追跡フィルタを較正する例示的な方法800の流れ図を示す。方法800によれば、追跡フィルタの通過帯域と影像帯域の周波数応答の測定が、選択チャネルにおいて行われる(ブロック802)。次いで、直列キャパシタと並列キャパシタの選択線上のコードは、選択チャネルの追跡フィルタの通過帯域と影像帯域について所望の周波数応答を達成するように調整される(ブロック804)。次いで、コードは、対応する追跡フィルタの同調においてコントローラ224によって使用されるために、ルックアップ表構造などにおいてメモリ226に書き込まれる(ブロック806)。この時点において、対応する追跡フィルタによって網羅されるすべてのチャネルのコードが決定されたかが判定される(ブロック808)。決定されていない場合、選択チャネルは、コードがすでに決定されているチャネルに変更され(ブロック810)、方法800は、ブロック802に戻る。そうでない場合、追跡フィルタを較正する方法800は、終了する。
図9は、本発明の他の実施形態による、追跡フィルタを同調する例示的な方法の流れ図を示す。方法900によれば、コントローラ224は、受信器を選択チャネルに同調するコマンドを外部コントローラから受信する(ブロック902)。次いで、コントローラ224は、どの追跡フィルタ240、242、244、または246が選択チャネルを網羅するかを決定し、受信RF信号の経路においてその追跡フィルタを結合するようにスイッチ238、250に命令する(ブロック904)。次いで、コントローラ224は、メモリ226に記憶されている表型データ構造(図10参照)においてルックアップを実行し、並列キャパシタと直列キャパシタについて対応するコードを読み取る(ブロック906)。図10を参照すると、たとえば、選択チャネルが760MHzを中心とする場合、コントローラ224は、並列キャパシタについて2進コード10、直列キャパシタについて2進コード6など、そのチャネルに関連付けられた2進コードを単に読み取る。コードが読み取られた後、コントローラ224は、制御及びデータ・バス228を介して、コードを追跡フィルタに送信する(ブロック908)。
ここで図12を参照すると、本発明の代替実施形態を見ることが可能である。この実施形態は、図2の実施形態とほぼ同一であるが、低雑音増幅器210の出力が、ベースバンドに直接変換される点が異なる。ベースバンドへの変換のために、懸念される影像周波数は存在せず、したがって、簡単なI−Q復調器または変換器を使用することができる。ミキサ272、274に対する基準が、バス228を経て制御されるシンセサイザ270によって駆動される局部発振器276によって提供され、2つのミキサ272、274は、同相と直角位相の出力を提供するように、互いに位相が90度ずれている局部発振器によって駆動される。これらの出力は、増幅器278、280によって増幅され、可変利得増幅器286、288を経てIとQの出力を提供するように、低域通過フィルタ282、284によってろ過される。代替として、ミキサ272、274は、図2の実施形態に関して示された一般的なタイプの高調波阻止ミキサとすることが可能である。
他の実施形態が、図13に示されている。この実施形態は、図12の実施形態と非常に類似しているが、ベースバンド信号がデジタル出力として提供される。したがって、この実施形態では、可変利得増幅器286、288の出力は、1ビット・シグマ・デルタ・コンバータまたは変調器290、292に提供され、それぞれ、LVDSインタフェース294、296によって低電圧差動信号に変換される。この実施形態では、シグマ−デルタ変調器は、自動利得制御信号を可変利得増幅器286、288に提供する。局部発振器296は、低電圧デジタル信号出力の時間基準をも提供する。代替として、シグマ−デルタ変換器290、292の代わりに、例としてパイプライン・アナログ・デジタル変換器など、他のアナログ・デジタル変換技法を使用することが可能である。
同調可能フィルタは、一般に、たとえば表面実装された、および/またはプリント回路板の上にプリントされた、すべての個別のインダクタを使用することが可能である。したがって、そのようなフィルタの同調は、デジタル制御下において切替え可能な集積キャパシタ・バンクを使用することによって実施できる。図14は、そのような集積回路のブロック図である。m+1のキャパシタ・バンクCSA0からCSAmは、それぞれ、図5によるものとすることができ、各バンクは、2進数列のn+1のキャパシタンスを有し、m+1のキャパシタ・バンク出力A0、B0からAm、Bmのそれぞれの1つに個々に切替え可能である。制御は、制御ワードがシリアルにロードされる、単にシフト・レジスタとすることが可能であり、各ビットが、それぞれのキャパシタ・スイッチを制御する。制御は、例として、コントローラとメモリが含まれる図2、12、13の制御など、他の形態を取ることも可能である。ピン・カウントを低減するために、コントローラへの直列インタフェースが、依然として並列インタフェースより好ましいが、コントローラとメモリにより、較正データや制御ワードの記憶が可能になり、それにより、コントローラは、複数の所定の制御ワードのいずれかを受信し、各制御ワードとそれぞれの較正データに応答してキャパシタのスイッチを制御することが可能である。
キャパシタ・バンクCSA0からCSAmは、他の形態を取ることも可能である。例として、図5と14の両方を参照すると、各キャパシタ・バンクは、2進数列のn+1のキャパシタンス値からなることが可能であり、各キャパシタンス値は、MOSスイッチと直列の単一キャパシタを備え、各バンクの各直列組合わせは、それぞれのA線とB線に結合される。さらに、この一般的な種類のデジタル・プログラム可能集積キャパシタ・バンクを使用することができるいくつかの回路では、キャパシタの少なくともいくつかは、通常は接地回路である共通リードを有する。その結果、少なくともいくつか、おそらくは半数のキャパシタ・バンクは、共通リードAまたはBを有することになる。
本発明のデジタル同調可能フィルタの集積レベルは、所望通りに変更することが可能である。例として、インダクタの1つまたは複数は、表面実装インダクタとすることが可能であり、デジタル同調可能フィルタ回路の残りは、単一集積回路において、またはその一部として組み込まれる。同様に、図5の切替えキャパシタ・アレイのキャパシタは、個々に、または並列で回路において切替え可能であり、直列のキャパシタを切り替える切替えキャパシタ・アレイも使用できる。デジタル同調フィルタのインダクタの1つまたは複数を、LGA(ランド格子アレイ)パッケージ上の印刷インダクタとして実装することが可能であり、他の1つまたは複数のインダクタはチップ上に実装され、それにより、デジタル同調可能フィルタ全体は、単独で、またはより大きな集積回路の一部として、単一プラスチック・パッケージとして提供される。同様に、インダクタの1つまたは複数を、プリント回路板上の印刷インダクタとすることが可能であり、インダクタの1つまたは複数を、プリント回路板に装着された表面実装インダクタとすることが可能であり、デジタル同調可能フィルタ回路の残りは、単一集積回路に組み込まれる。
以上の明細書において、本発明は、特定の実施形態に関して記述された。しかし、本発明のより広範な精神と範囲から逸脱せずに、様々な修正や変更が可能であることが明らかになるであろう。したがって、明細書と図面は、限定としてではなく、例示として見なされるべきである。
200 同調可能受信器、202 事前選択フィルタ、204 第1低雑音増幅器(LNA)、205 指向性カプラ、206 出力電力監視デバイス、208 選択可能およびデジタル同調可能追跡フィルタのバンク、210 第2LNA、212 高調波と影像阻止ダウン・コンバーティング段、214 中間周波数(IF)トラップ、216 第1IF増幅器、218 IF帯域通過フィルタ(BPF)、220 第2IF増幅器、222 シンセサイザL.O.(局部発振器)、224 コントローラ、226 メモリ、228 制御及びデータ・バス、238 第1制御可能スイッチ、240、242、244、246 追跡フィルタ、250 第2制御可能スイッチ、252、254、256、258、260、262 ミキサ、264 90度位相シフタ、266 加算デバイス、270 シンセサイザ、272、274 ミキサ、276 局部発振器、278、280 増幅器、282、284 低域通過フィルタ、286、288 可変利得増幅器、290、292 1ビットシグマ−デルタ変換器または復調器、294、296 LVDSインタフェース
Claims (43)
- フィルタ回路における所定のタイプの少なくとも1つの受動回路要素の値によって決定される周波数応答を有するフィルタ回路と、
前記所定のタイプの複数の回路要素と、
前記フィルタ回路の前記周波数応答を変化させるために、それぞれの回路要素を前記フィルタ回路に切り替えるようにそれぞれの回路要素にそれぞれが関連付けられる複数のスイッチと、
前記複数のスイッチを制御するために、デジタル入力信号に応答するデジタル・インタフェースとを備え、
前記所定のタイプの前記複数の回路要素、前記複数のスイッチ、前記デジタル・インタフェースが、単一集積回路に組み込まれるよう改善した同調可能受信器。 - 前記デジタル・インタフェースが、前記複数の回路要素のいずれかを個々に、互いに並列に、または直列に前記フィルタ回路に結合することが可能である請求項1に記載のデジタル同調可能フィルタ。
- 前記複数の回路要素の前記値が、2進数列にある請求項2に記載のデジタル同調可能フィルタ。
- 前記回路要素が、キャパシタンスである請求項3に記載のデジタル同調可能フィルタ。
- 前記デジタル・インタフェースが、前記デジタル入力信号をスイッチ制御信号に変換するために、前記デジタル入力信号に応答する変換回路を含む請求項1に記載のデジタル同調可能フィルタ。
- 前記デジタル・インタフェースが、デジタル同調可能フィルタの所定の較正に従って、前記デジタル入力信号をスイッチ制御信号に変換するために、前記デジタル入力信号に応答する変換回路を含む請求項1に記載のデジタル同調可能フィルタ。
- 前記フィルタ回路が、少なくとも1つの共振器からなる請求項1に記載のデジタル同調可能フィルタ。
- 前記共振器が、インダクタ−キャパシタンス・ネットワークからなる請求項7に記載のデジタル同調可能フィルタ。
- 前記回路要素が、キャパシタンスである請求項8に記載のデジタル同調可能フィルタ。
- 前記複数の回路要素の前記値が、2進数列にある請求項9に記載のデジタル同調可能フィルタ。
- デジタル同調可能フィルタ回路が、1つまたは複数のインダクタを含めて、前記単一集積回路に組み込まれる請求項8に記載のデジタル同調可能フィルタ。
- 前記インダクタの1つまたは複数が、プリント回路板にプリントされたインダクタである請求項8に記載のデジタル同調可能フィルタ。
- 前記プリント回路板が、ランド格子アレイ(LGA)である請求項12に記載のデジタル同調可能フィルタ。
- 前記インダクタの1つまたは複数が、表面実装インダクタであり、デジタル同調可能フィルタ回路の残りが、前記単一集積回路に組み込まれる請求項8に記載のデジタル同調可能フィルタ。
- 前記インダクタの1つまたは複数が、プリント回路板上の印刷インダクタであり、前記インダクタの1つまたは複数が、前記プリント回路板に装着された表面実装インダクタであり、デジタル同調可能フィルタ回路の残りが、前記単一集積回路に組み込まれる請求項8に記載のデジタル同調可能フィルタ。
- 前記プリント回路板が、ランド格子アレイ(LGA)である請求項15に記載のデジタル同調可能フィルタ。
- フィルタ回路の少なくとも1つのキャパシタンス要素の値によって周波数応答が決定されるインダクタ−キャパシタンス・ネットワークを有するフィルタ回路と、
複数の容量要素と、
前記フィルタ回路の前記周波数応答を変化させるために、それぞれの容量要素を前記フィルタ回路に切り替えるようにそれぞれの容量要素にそれぞれが関連付けられる複数のスイッチと、
前記複数のスイッチを制御するために、デジタル入力信号に応答するデジタル・インタフェースとを備え、
前記フィルタ回路、所定のタイプの前記複数の容量要素、前記複数のスイッチ、前記デジタル・インタフェースが、単一集積回路に組み込まれる、デジタル同調可能フィルタ。 - 前記デジタル・インタフェースが、前記複数の容量要素のいずれかを個々に、互いに並列に、または互いに直列に、前記フィルタ回路に結合された請求項17に記載のデジタル同調可能フィルタ。
- 前記複数の容量要素の前記値が、2進数列にある請求項18に記載のデジタル同調可能フィルタ。
- 前記デジタル・インタフェースが、前記デジタル入力信号をスイッチ制御信号に変換するために、前記デジタル入力信号に応答する変換回路を含む請求項17に記載のデジタル同調可能フィルタ。
- 前記デジタル・インタフェースが、デジタル同調可能フィルタの所定の較正に従って、前記デジタル入力信号をスイッチ制御信号に変換するために、前記デジタル入力信号に応答する変換回路を含む請求項17に記載のデジタル同調可能フィルタ。
- インダクタンスが、プリント回路板上に1つまたは複数の印刷インダクタを備える請求項17に記載のデジタル同調可能フィルタ。
- インダクタンスが、プリント回路板上の1つまたは複数のプリントされたインダクタ、前記プリント回路板に装着された1つまたは複数の表面実装インダクタを備える請求項17に記載のデジタル同調可能フィルタ。
- 前記プリント回路板が、ランド格子アレイ(LGA)である請求項23に記載のデジタル同調可能フィルタ。
- 受信器において使用されるデジタル同調可能フィルタを較正する方法であって、
前記デジタル同調可能フィルタに関連付けられる複数のデジタル制御コードを調整すること、
様々なデジタル制御コードについて前記デジタル同調可能フィルタの周波数応答を測定すること、
第2セットのデジタル・コードによって前記デジタル同調可能フィルタの前記周波数応答を特徴付けること、
前記第2セットのコードをメモリに記憶することを含む方法。 - 前記周波数応答が、所望の信号に関連付けられる周波数を通過させる通過帯域、望ましくない信号に関連付けられる周波数を減衰させる阻止帯域からなる請求項25に記載のデジタル同調可能フィルタを較正する方法。
- 前記阻止帯域が、前記所望の信号の影像信号に関連付けられる周波数を減衰させる請求項26に記載のデジタル同調可能フィルタを較正する方法。
- 前記デジタル同調可能フィルタが、1つまたは複数のデジタル同調可能フィルタ共振器を備える請求項26に記載のデジタル同調可能フィルタを較正する方法。
- 前記デジタル同調可能フィルタが、1つまたは複数のデジタル同調可能フィルタLCネットワークを備える請求項28に記載のデジタル同調可能フィルタを較正する方法。
- 前記デジタル同調可能フィルタLCネットワークが、モノリシック集積回路上に実装される請求項29に記載のデジタル同調可能フィルタを較正する方法。
- 前記デジタル同調可能フィルタLCネットワークが、固定値インダクタとディジタル的に制御されたキャパシタのネットワークを備える請求項29に記載のデジタル同調可能フィルタを較正する方法。
- 固定値インダクタとディジタル的に制御されたキャパシタの前記ネットワークが、モノリシック集積回路上に実装される請求項31に記載のデジタル同調可能フィルタを較正する方法。
- 固定値インダクタとデジタル的に制御されたキャパシタの前記ネットワークが、モノリシック集積回路上に実装されるディジタル的に制御されたキャパシタと、前記モノリシック集積回路の外にあるインダクタを備える請求項31に記載のデジタル同調可能フィルタを較正する方法。
- 前記第2セットのコードが、前記デジタル同調可能フィルタが配置される集積回路のメモリに記憶される請求項25に記載のデジタル同調可能フィルタを較正する方法。
- 前記第2セットのコードのそれぞれが、様々なデジタル制御コードのそれぞれの1つによってアクセスされる請求項34に記載のデジタル同調可能フィルタを較正する方法。
- 各キャパシタ・バンクが、2進数列のキャパシタンスを有する複数のキャパシタを有する複数のキャパシタ・バンクと、
各キャパシタ・バンクに結合され、それぞれが、並列のそれぞれのキャパシタ・バンクのキャパシタの1つまたは2つ以上を他の回路に切り替えるように制御可能である複数のスイッチと、
制御情報を受信し、それに応答して前記複数のスイッチを制御するために結合された制御回路と
を有する、デジタル同調可能回路における使用のたに改良された集積回路。 - 前記スイッチが、FETスイッチである請求項36に記載の集積回路。
- 制御が、スイッチ制御ワードを順次受信して記憶し、前記制御ワードのそれぞれのビットによって各スイッチを制御するために結合されたシフト・レジスタを備える請求項36に記載の集積回路。
- 制御が、コントローラおよびメモリを備える請求項36に記載の集積回路。
- 前記コントローラが、スイッチ制御ワードを受信して、前記スイッチ制御ワードに応答して各スイッチを制御するように結合され、前記メモリが、前記コントローラによって受信されたスイッチ制御ワードを記憶するために、前記コントローラに結合される請求項39に記載の集積回路。
- 制御が、スイッチ制御ワードを順次受信するように結合される請求項40に記載の集積回路。
- 前記コントローラが、較正情報を受信して、前記較正情報を前記メモリに記憶するために結合され、前記コントローラが、また、それぞれが、他の回路に切り替えられるキャパシタンス値のそれぞれのセットに関連付けられる複数の所定の制御ワードのいずれかを受信して、受信された各所定の制御ワードに関連付けられた前記キャパシタンス値を得るように前記スイッチを制御するために、メモリに記憶されている前記較正情報を使用するように結合される請求項39に記載の集積回路。
- 制御が、スイッチ制御ワードをシリアルで受信するように結合される請求項42に記載の集積回路。
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