KR0160687B1

KR0160687B1 - 저잡음 증폭기를 갖는 영상신호 수신상치

Info

Publication number: KR0160687B1
Application number: KR1019950009129A
Authority: KR
Inventors: 배대식; 강병석
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1994-04-29
Filing date: 1995-04-18
Publication date: 1999-01-15
Also published as: JPH08154061A; DE19515783A1; CN1112313A; KR950030502A; US5638141A

Abstract

본 발명은 수신감도가 향상된 방송신호 수신장치에 관한 것으로 안테나를 통하여 유입된 RF신호를 특정채널의 IF신호로 동조하는 튜너, 튜너로부터 출력되는 IF신호를 비디오신호로 처리하는 IF신호처리부, RF신호를 증폭하여 튜너에 제공하며, 튜너보다는 저잡음지수를 갖는 저잡음 증폭기를 포함하며, 튜너의 전단에 설치된 저잡음 증폭기에 의해 시스템전체의 잡음지수를 개선하여 수신감도가 향상된다.

Description

저잡음 증폭기를 갖는 영상신호 수신장치

제1도는 종래의 방송신호 수신장치의 블럭도이다.

제2도는 본 발명에 의한 저잡음 증폭기를 갖는 영상신호 수신장치의 일실시예에 따른 블럭도이다.

제3도는 본 발명에 의한 저잡음 증폭기를 갖는 영상신호 수신장치의 다른 실시예 따른 블럭도이다.

제4도는 제3도에 도시된 튜너의 자동이득제어 특성도이다.

제5a 및 제5b도는 제3도에 도시된 저잡음 증폭기의 자동이득제어 특성도이다.

제6도는 본 발명에 의한 저잡음 증폭기를 갖는 영상신호 수신장치의 또다른 실시예에 따른 블럭도이다.

본 발명은 방송신호 수신장치에 관한 것으로, 특히 저잡음 증폭기를 튜너의 전단에 설치하여 수신장치의 수신감도를 향상시킨 저잡음 증폭기를 갖는 영상신호 수신장치에 관한 것이다.

종래의 방송신호 수신장치에 있어서 시스템 전체의 잡음지수는 뉴터의 잡음지수(Noise Factor 또는 Noise Figure:이하 NF라고 함)에 의존하였다. 시스템의 잡음지수가 작을수록 수신장치의 수신감도는 향상되므로 저잡음지수를 갖는 튜너가 요구되었다. 따라서, 튜너의 잡음지수를 작게 하기 위해서는 튜너를 구성하는 부품의 고정밀화 등이 필요하게 되어 제조원가가 상승되는 등의 문제점이 있었다.

하지만, 튜너의 구조상 튜너의 초단에 필터가 구성되어 있기 때문에 필터에 의한 이득손실로 인하여 잡음지수를 개선하는 데는 한계가 있었다.

이에 대해 제1도에 도시된 종래의 방송신호 수신장치를 결부시켜 설명하기로 한다

제1도에 있어서, 참조부호 10은 안테나(ANT)로부터 무선주파수(Radio Frequency:이하 'RF'라고 함)신호를 입력하여 원하는 채널을 튜닝해서 중간주파수(Intermediate Frequency:이하 'IF'라고 함)신호로 출력하는 튜너이고, 12는 IF신호의 대역을 제한하는 표면탄성파필터(Surface Acoustic Wave Filter:이하 'SAW필터' 라고 함)이고, 14는 대역 제한된 IF신호를 비디오신호로 출력하는 IF신호처리부이다.

제1도에 도시된 종래의 방송신호 수신장치의 시스템전체의 NF는

여기서, Fs:시스템 전체의 NF, Ft:튜너의 NF,

Ff:SAW필터의 NF, Fa:IF신호처리부의 NF,

Gt:튜너의 이득, Gf:SAW필터의 손실(네가티브 이득)이다.

상기 식(1)에서 알 수 있듯이, 시스템 전체의 NF(Fs)는 시스템의 첫번째 유니트의 NF와 이득에 의해 결정됨은 널리 알려져 있는 사실이다. 즉, 종래의 시스템 전체의 NF(Fs)는 튜너의 NF(Ft)와 튜너의 이득(Gt)에 의해 결정된다.

여기서, 시스템 전체의 NF의 결정에 결정적인 역할을 하는 튜너는, 채널에 따른 NF편차와 이득편차가 방송신호 수신시에 그대로 나타남으로써 특정채널의 감도가 악화되는 문제점이 있었다.

또한, 튜너는 예를 들어, NTSC방송신호를 튜닝하는 기존 튜너의 내부블럭구성상(도시되지 않음) 널리 알려진대로 VHF(Very High Frequency)대역및 UHF(Ultra High Frequency)대역을 위한 필터가 튜너의 초단에 각각 구성되어 있으므로 네가티브 이득을 갖는 필터들에 의한 입력신호의 이득손실에 따른 NF저하를 피할 수 없는 문제점이 있었다.

한편, 종래에는 방송신호의 수신전계강도가 소정레벨이상인 지역에서는 양호한 수신상태로 방송신호를 동지시킬수 있었으나, 수신전계강도가 낮은 지역에서는 방송신호의 동조상태가 불량하기 때문에 이를 보상하기 위해서 튜너의 전단에 부스터(booster)를 설치하여 안테나(ANT)를 통해 입력되는 약전계의 방송신호의 이득을 보상하였다. 그러나, 부스터를 사용하는 종래의 방송신호 수신장치는 부스터에 의한 입력신호의 증폭효과는 있으나 부스터가 갖고 있는 NF가 튜너의 NF보다 크므로 감도가 개선되는 효과는 기대할 수 없었다. 여기서, 통상 튜너의 NF는 4 ∼ 10dB이고, 부스터의 NF는 8 ∼ 12dB이다.

또한, 부스터를 사용하지 않고 부스터보다 낮은 NF를 갖는 RF증폭기를 튜너의 전단에 사용하게 되는 경우에는, RF증폭기가 수신전대역(50MHz-900MHz)을 커버링하지 못하기 때문에 VHF채널을 위한 RF증폭기, UHF채널을 위한 RF증폭기를 사용해야 하는 등의 회로가 복잡해지는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 저잡음지수와 고이득을 갖는 저잡음 증폭기를 튜너의 전단에 설치하여 시스템 전체의 잡음지수를 다운시켜 수신감도를 향상시키는 저잡음 증폭기를 갖는 영상신호 수신장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 저잡음지수와 고이득을 가지며, 전대역의 주파수를 수신할 수 있는 저잡음 증폭기를 튜너의 전단에 설치함으로써 하드웨어가 간단한 저잡음 증폭기를 갖는 영상신호 수신장치를 제공하는 데 있다.

상술한 목적들을 달성하개 위하여, 본 발명에 의한 저잡음 증폭기를 갖는 영상신호 수신장치는 외부로부터 입력되는 무선주파수(RF)신호를 특정채널의 신호로서 동조되는 튜너를 통해 출력되는 중간주파숫니호를 비디오신호로 처리하는 비디오 신호처리부를 구비한 방송신호 수신장치에 있어서;

상기 RF신호를 증폭항 상기 튜너에 제공하며, 상기 튜너보다는 낮은 잡음지수를 갖는 저잡음 증폭기를 포함하여,

상기 저잡음 증폭기의 저잡음지수와 이들에 의해 시스템 전체의 잡음지수를 개선시켜 상기 수신장치의 수신감도를 향상시킴을 특징으로 하고 있다.

제2도는 본 발명에 의한 저잡음 증폭기를 갖는 영상신호 수신장치의 일 실시예에 따른 블럭도이다.

제2도에 의하면, 참조부호 18의 고정접점(S₀)은 안테나(ANT)를 통해 방송신호를 수신하고, 제1선택접점(S₁) 및 튜너(22)의 입력단자에 접속되어 있는 제2선택접점(S₂)을 갖는 제어용 스위치이고, 20은 기존의 RF증폭기보다 NF가 월등히 개선되고, 고이득을 가지며 제어용 스위치(18)의 제1선택접점(S₁)에 접속되어 있는 저잡음 증폭기(Low Noise Amplitude:이하 LNA라고 함)이고, 28은 IF신호처리부(26)의 출력신호의 레벨에 따라 자동이득제어신호를 출력하는 자동이득제어(Auto Gain Control:이하 AGC라고 함)부이고, 30은 자동이득제어신호를 근거로 하여 안테나(ANT)로부터 수신되는 신호가 강전계신호 또는 약전계신호인지를 판별하여 판별결과를 토대로 한 제어신호를 제어용 스위치(18)의 선택제어단제에 출력하는 제어부이다.

참조부호 22, 24 및 26의 구성요소들은 제1도의 10,12및 14의 구성요소와 동일한 동작을 하는 것으로, 튜너(22)는 도면에는 도시되지 않았지만 안테나(ANT)를 통해 입력되는 VHF신호를 통과시키는 VHF용 필터, 이 VHF용 필터의 출력신호를 증폭하는 RF증폭기, 방송채널신호의 영상캐리어(picture carrier) 주파수를 소정주파수(NTSC인 경우 45.75MHz)보다 높게 발진되는 국부발진기, 국부발진기의 출력과 RF증폭기의 출력을 믹싱하여 IF신호로 출력하는 믹서등으로 구성되어 있다. 이 튜너(22)는 VHF채널을 위한 튜너로 한정되지 않고 UHF채널 신호를 위한 UHF튜너 또한 구성되어 있다.

SAW필터(24)는 튜너(22)로부터 출력되는 IF신호의 대역을 제한하는 일종의 대역통과필터이다.

IF신호처리부(26)는 널리 알려진대로 도시되지는 않았지만 SAW필터(24)로부터 출력되는 IF신호를 증폭하는 다단의 IF증폭기와, IF증폭기의 출력신호로부터 비디오신호를 검출하는 비디오신호검출기, 비디오신호검출기의 출력신호를 증폭하는 비디오신호검출기 등으로 구성된다. 여기서, IF 신호처리부(26)에서 편의상 비디오신호의 처리에 대해서만 설명하고 있으나, IF신호로부터 사운드신호를 검출하는 구성 또한 포함되어 있다.

이어서, 제2도에 도시된 장치의 동작을 설명하기로 한다.

먼저, 튜너(22)의 전단에 LNA(20)를 부가한 시스템전체의 NF는

상기(2)식에 도시되어 있는 바와 같이, 시스템전체의 NF(Fs)는 시스템의 첫번째유니트의 NF와 이득에 의해 결정된다. 즉, 시스템전체의 NF의 값에 결정적인 역할을 하는 결정인자는 LNA(20)의 NF(F1)와 이득(G1)이다.

시스템전체의 감도를 향상시키기 위해서는 시스템전체의 NF(Fs)가 작은 값이 되어야 한다. Fs가 작은 값이 되려면 첫번째 인자인 LNA의 NF(F1)가 작은 값이 되어야 하며, 또한, 두번째 인자 즉, LNA의 이득(G1)이 큰 값이 되어야 한다.

따라서, 본 발명에서는 이러한 두가지 요건, NF가 작고 이득이 큰 요건을 갖는 LNA(20)를 튜너(22)의 전단에 설치하여 입력신호의 동조시 발생되는 신호손실을 배제하고, 시스템전체의 NF를 작게하여 시스템전체의 감도를 향상시킨다.

이 LNA(20)는 집적회로로 구성되며, RF증폭기와는 달리 수신전대역(50MHz - 900MHz)의 신호를 입력하여 증폭할 수 있으며, 전대역의 멀티 입력신호에 대해서 IP₂/IP₃(2'nd/3rd order harmonics intercept point)특성이 우수하여 방해파 배제특성이 좋고, 혼변조(cross-modulation)를 막는 큰 잇점이 있다.

따라서, 본 발명에서 사용되는 LNA(20)는 튜너의 NF(4db - 8dB)보다 작은 2dB정도의 NF를 가지며, 이득은 IP₂/IP₃특성을 고려한 범위내에서 최대값을 갖도록 설정된다.

한편, 안테나(ANT)로 수신되는 RF신호가 강전계의 신호일 수도 있고, 약전계의 신호일수도 있기 때문에 입력신호가 강전계인지 또는 약전계인지를 판별하여 판별된 결과에 따라 신호처리를 달리 해주어야 한다. 강전계의 RF신호를 증폭하게 되면 포화(saturation)될 경우가 생기기 때문에 굳이 증폭할 이유가 없다.

따라서, 수신되는 RF신호가 강전계일 경우에는 LNA(20)가 동작을 하지 못하도록 제어하고, 수신되는 RF신호가 약전계일 경우에는 LNA(20)가 동작을 할 수 있도록 제어한다.

즉, 수신되는 RF신호가 강전계일 경우에는 제어용 스위치(18)를 제2선택단자에 접속시켜 안테나(ANT)로부터의 입력신호를 튜너(22)에 바로 입력하고, 수신되는 RF신호가 약전계일 경우에는 제어용 스위치(18)를 제1선택단자에 접속시켜 안테나(ANT)로부터의 입력신호를 LNA(20)에 입력한다.

한편, AGC부(28)에서는 IF신호처리부(26)로부터 출력되는 비디오 신호의 레벨에 대응하여 발생하는 AGC신호를 IF증폭기의 이득을 제어하기 위한 신호(IF-AGC)를 IF신호처리부(26) 및 제어부(30)로 출력한다. 이 신호(IF-AGC)는 RF증폭기의 이득을 제어하기 위한 신호로서 튜너(22)로 수신되는 입력신호가 강전계 또는 약전계인지를 제어부(30)에서 판별하는데 이용된다.

여기서, AGC부(28)는 예들 들어, IF신호처리부(26)로부터 출력되는 비디오신호 중 버스트신호 또느 싱크팁의 레벨을 이용하여 AGC신호를 발생한다. 즉, AGC부(28)에서는 안테나(ANT)로부터의 입력신호가 강전계의 신호일 때는 작은 값의 AGC신호가 출력되고, 입력신호가 약전계의 신호일 때는 큰 값의 AGC신호가 출력된다.

제어부(30)에서는 이 AGC신호에 따라 수신되는 RF신호가 강전계인지 또는 약전계인지를 판단하여 RF신호가 강전계인 것으로 판단되면 제어용 스위치(18)를 제2선택접점(S₂)에 온시켜 주고, RF신호가 약전계인 것으로 판단되면 제어용 스위치(18)를 제1선택접점(S₁)에 온시켜주는 선택제어 신호를 제어용 스위치(18)에 출력한다. 예를 들어, 제어부(30)에서는 RF신호의 크기가 70dBμ이상이면 제어용 스위치(18)를 제2선택접점(S₂)에 온시키고, RF신호의 크기가 70dBμ미만이면 제어용 스위치(18)를 제1선택접점에 온시킨다.

제3도는 본 발명에 의한 저잡음 증폭기를 갖는 영상신호 수신장치의 다른 실시예에 따른 블럭도이다.

제2도에 도시된 부품과 동일한 부품에 대해서는 동일부호를 부여하며 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

제3도에 도시된 장치의 구성은 제2도에 도시된 제어용 스위치(18) 및 제어부(30) 대신에 AGC부(28)로부터 출력되는 AGC신호에 따라 LNA(20)의 이득을 제어하기 위하여 AGC부(28)의 출력단자와 LNA(20)의 입력단자가 연결되어 있다.

이어서, 제3도에 도시된 장치의 동작을 설명하기로 한다.

제3도에 있어서, AGC부(28)에서 IF신호처리부(26)로부터 출력되는 비디오신호의 레벨에 대응하여 발생하는 이득제어신호 (IF-AGC)는 IF신호처리부(26)로 출력되어 IF증폭기의 이득을 제어하고, 그리고, 이득제어신호(RF-AGC)는 튜너(22)로 출력되어 RF증폭기의 이득을 제어하고, 또한 이득제어신호(LNA-AGC)는 LNA(20)로 출력되어 LNA(20)의 이득을 제어한다.

여기서, 튜너(22)의 AGC특성은 예를 들어 제4도에 도시된 바와 같다.

제4도에 도시된 수평축은 AGC부(28)로부터 출력되는 AGC신호의 크기를 나타내며, 수직축은 AGC신호에 따라 RF증폭기의 이득이 감소되는 크기를 나타내고 있다.

예를 들어, AGC신호가 8V이상이면 수신되는 RF신호가 아주 작다는 것을 의미하므로 튜너(22)의 RF증폭기에서는 본래 RF증폭기가 가지고 있는 이득에 의해 증폭된 신호의 이득을 감소시키지 않는다. 그리고 AGC신호가 0.5V에서 8V사이이면 튜너(22)의 RF증폭기에서는 증폭된 RF신호의 이득을 감소시킨다. 이때, 이득감소량을 균일하게 감소시키지 않고 AGC신호가 4V이상인 약전계일때보다 AGC신호가 4V미만인 강전계일 때 이득감소량이 커지도록 RF증폭기의 이득을 제어하고 있다. 여기서, 예를 들어, RF증폭기가 가지고 있는 본래의 이득은 40dB이고, 이득이 감소되는 최대크기는 -50dB이다.

한편, AGC신호에 따라 먼저 IF증폭기의 이득을 제어한 후 RF증폭기와 LNA의 이득을 도시에 제어하는 경우와 AGC신호에 따라 IF증폭기→ RF증폭기→ LNA순서대로 이들을 제어하는 경우가 있을 수 있다. 부가적으로, 기존에는 AGC신호에 따라 IF증폭기의 이득을 제어한 후 RF증폭기의 이득을 제어하였다.

먼저, AGC신호에 따라 IF증폭기의 이득을 제어한 후 RF증폭기와 LNA의 이들을 동시에 제어하는 경우의 LNA(20)가 갖고 있는 AGC특성은 제5a도에 도시된 바와 같다. 제5a도에 있어서, LNA(20)가 갖고 있는 이득이 예를 들어 20dB라고 하고, 이득을 감소시킬 수 있는 최대크기가 -20dB라고 한다면 제5a도에 도시된 바와 같이 AGC신호가 4V에서 8V사이에서는 제4도에 도시된 튜너의 AGC특성과 동일한 특성을 갖지만 AGC신호가 0.5V에서 4V사이에서 이득감소크기는 -20dB(LNA의 최대이득감소량)를 유지하고 있다.

다음, AGC신호에 따라 IF증폭기→ RF증폭기→ LNA순서대로 이득을 제어하는 경우에 있어서 LNA(20)의 AGC특성은 제5b도에 도시된 바와 같다. 제5b도에 있어서, AGC신호가 4V에서 8V사이에서는 튜너(22)의 RF증폭기에서 AGC신호에 따라 이득이 감소되는 동안 LNA(20)는 동작시키지 않고 있다가, AGC신호가 0.5V사이에서 4V사이가 되면 LNA(20)를 동작시켜 -20dB(LNA의 최대 이득감소량)까지 이득을 감소시킨다.

여기서, 제5a도및 제5b도에 도시된 LNA(20)의 AGC특성은 이득을 제어하는 순서에 따라 다른 특성을 갖도록 하는 일 실시예에 해당하며, 실험과 경험을 토대로 변형된 실시예가 있을 수 있다.

한편, AGC신호에 따라 튜너(22)의 이득이 감소되면, 튜너(22)의 임피던스의 변화와 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)의 변화가 발생함에 따라 NF가 변화되고, 감도가 열화되는 특성이 있다. 따라서, AGC신호로서 LNA(20)를 제어할 때 AGC신호 변화에 따른 튜너(22)의 임피던스변화와 VSWR변활를 최소롤 유지하여야 한다.

제6도는 본 발명에 의한 저잡음 증폭기를 갖는 영상신호 수신장치의 또다른 실시예에 따른 회로도로서, 제2도에 도시된 장치와 제3도에 도시된 장치를 결합한 형태이다.

제6도에 있어서, AGC신호에 따라 이득을 감소시켜도 튜너(22)의 NF가 변화하지 않고 수신감도가 열화되지 않는 범위에서는 제어용 스위치(18)를 제1선택접점(S₁)에 온시켜 AGC신호에 따라 LNA(20)의 이득을 제어하고, 그렇지 않은 경우에는 제어용 스위치(18)를 제2선택접점(S₂)에 온시켜 입력되는 RF신호를 LNA(20)를 거치지 않고 튜너(22)에 바로 입력시킨다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 방송신호 수신장치는 튜너의 전단에 저잡음지수와 고이득을 갖는 저잡음 증폭기를 설치함으로써 시스템전체의 잡음지수를 개선하는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 튜너의 특성이 시스템의 전체 NF에 지배적인 특성이 되지 않으므로 튜너의 특성이 채널별 편차를 갖더라도 튜너에 의한 영향이 감소되는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 튜너의 전단에 설치되는 저잡음지수와 고이득의 저잡음 증폭기를 약전계시에만 동작되도록 함으로서 약전계에서 특히 시스템의 감도를 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 튜너의 전단에 설치되는 저잡음 증폭기를 AGC신호에 따라 IF증폭기 및 RF증폭기와 연동하여 제어함으로써 수신되는 RF신호의 레벨에 따라 유연한 제어를 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 수신신호의 전대역을 커버링하는 저잡음증폭기를 사용함으로써 간단한 하드웨어로서 수신감도를 향상시키는 효과가 있다.

Claims

외부로부터 입력되는 무선주파수(RF)신호를 특정채널의 신호로서 동조하는 튜닝수단; 상기 튜닝수단의 출력레벨이 소정레벨을 유지하도록 상기 튜닝수단의 출력레벨을 근거로 하여 자동이득제어(AGC)신호를 발생하는 자동이득제어수단; 상기 RF신호를 증폭하여 상기 튜닝수단에 제공하며, 상기 튜닝수단보다는 저잡음지수를 갖는 저잡음 증폭수단; 상기 AGC신호에 따라 상기 RF신호의 세기를 판별하여 소정의 문턱값을 기준으로 판별제어신호를 출력하는 판별수단;및 상기 판별제어신호에 따라 상기 RF신호를 상기 저잡음 증폭수단 또는 상기 튜닝수단에 선택적으로 출력하도록 제어하는 스위칭수단을 포함함을 특징으로 하는 저잡음 증폭기를 갖는 영상신호 수신장치.
제2항에 있어서, 상기 저잡음 증폭수단은 상기 AGC신호에 따라 증폭이득이 제어되며, 상기 튜닝수단보다는 저잡음지수를 갖는 것을 특징으로 하는 저잡음 증폭기를 갖는 영상신호 수신장치.
외부로부터 입력되는 무선주파수(RF)신호를 특정채널의 신호로서 동조하는 튜닝수단; 상기 튜닝수단의 출력레벨이 소정레벨을 유지하도록 상기 튜닝수단의 출력레벨을 근거로 하여 자동이득제어신호(AGC)를 발생하는 자동이득제어수단; 상기 RF신호를 증폭하여 상기 튜닝수단에 제공하며, 상기 AGC신호에 따라 증폭이득이 제어되며, 상기 튜닝수단보다는 저잡음지수를 갖는 저잡음 증폭수단; 상기 AGC신호에 따라 상기 RF신호의 세기를 판별하여 소정의 문턱값을 기준으로 하여 판별제어신호를 출력하는 판별수단;및 상기 판별제어신호에 따라 상기 RF신호를 상기 저잡음 증폭수단 또는 상기 튜닝수단에 선택적으로 출력하도록 제어하는 스위칭수단을 포함함을 특징으로 하는 저잡음 증폭기를 갖는 영상신호 수신장치.
제6항에 있어서, 상기 튜닝수단이 상기 AGC신호에 따라 이득이 감소하더라고 잡음지수가 변화하지 않는 범위에서, 상기 저잡음 증폭수단은 상기 AGC신호에 따라 이득이 제어됨을 특징으로 하는 저잡음 증폭기를 갖는 영상신호 수신장치.
제6항에 있어서, 상기 튜닝수단이 상기 AGC신호에 따라 이득이 감소하여 잡음지수가 변화하면 상기 스위칭수단은 상기 RF신호를 상기 튜닝수단에 선택출력함을 특징으로 하는 저잡음 증폭기를 갖는 영상신호 수신장치.