KR100355621B1 - 룩업 테이블 및 마이크로 프로세서를 이용한 광대역 주파수 자동 채널 선택용 디지털 텔레비전 튜너 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마이크로프로세서를 이용한 광대역 주파수 자동 채널 선택용 DTV 튜너에 관한 것으로, 일반적인 DTV 튜너에 능동 트래킹 여파기의 동조 전압에 따른 대역 분할된 각각의 주파수 특성을 측정한 룩업 테이블을 저장하는 메모리 수단과, 주파수 정보가 포함된 상기 외부 IIC-BUS 신호에 따라 위상동기 루프와 상기 메모리 수단에 동일한 주파수 정보를 전송하는 마이크로프로세서와, 상기 메모리에 저장된 데이터 값들 중 전압 제어 발진기와 주파수 특성이 동일한 능동 트래킹 필터 데이터를 전달받아 이에 대응하는 아날로그 값을 출력하는 디지털/아날로그 변환기와, 상기 디지털/아날로그 변환기로부터의 신호를 입력하여 증폭하는 연산 증폭기와, 상기 연산 증폭기로부터 출력된 신호를 일정한 DC값으로 변환하고 상기 능동 트래킹 여파기의 주파수 동조 전압을 제공하는 저역 통과 여파기를 포함하여 이루어진다.

Description

룩업 테이블 및 마이크로프로세서를 이용한 광대역 주파수 자동 채널 선택용 디지털 텔레비전 튜너{DTV Tuner for broadband auto frequency channel control using look-up table microprocessor}
본 발명은 마이크로프로세서 및 룩업 테이블을 이용한 광대역 주파수 자동 채널 선택용 디지털 텔레비전(이하, DTV라 함) 튜너(Tuner)에 관한 것으로, 특히 현재 DTV 수신기용 Tuner의 구조적인 특성상 주파수 튜닝 전압에 대한 트래킹 여파기 및 전압 제어 발진기 사이의 주파수 매핑(Mapping)이 존재하지 않으므로 이의 주파수 매핑을 자동적으로 처리할 수 있는 변형된 새로운 튜너를 이용하여 지상파 디지털 방송을 위한 수신기의 광대역 주파수 자동 트래킹을 위한 장치에 관한 것이다.
현재 상용화된 NTSC(National Television Systems Committee) Tuner 및 개발 중인 DTV Tuner는 50∼810MHz의 방송 입력 주파수를 수신하여 방송채널들(CH2∼CH69) 뿐만 아니라 Cable TV Channel들이 포함된 181채널들을 모두 수용해야 하며, 최소한의 인터페이스(AGC Control 및 IIC-Bus 단자)로 자동적인 채널 주파수 튜닝이 가능해야 한다.
NTSC Tuner의 경우는 한번의 주파수 변환을 통하여 원하는 신호를 생성하였으나, 지상파 디지털 방송을 위한 DTV Tuner는 영상 신호 및 중간 주파수(Intermediate Frequency; IF) 비트(Beat)에 의한 영향을 최소화하기 위하여 두번의 주파수 변환을 이용한다. 하지만 공통적으로 Tuner 전치단에 트래킹 필터를 이용하여 방송 주파수 대역을 세개의 대역(VHF_L, VHF_H UHF) 혹은 두 개의 대역(VHF UHF)으로 나누어 처리함으로서 수신기 선형성 확대 및 Out-of-Band 간섭 신호들에 의해서 유발되는 상호변조(Intermodulation), 교차변조(Crossmodulation) 및 포화(Saturation)(감도억제: Desensitization) 특성을 개선한다.
NTSC Tuner의 자동 주파수 선택은 각각 세개의 대역 혹은 두 개의 대역으로 분리된 트래킹 필터, 믹서 및 전압 제어 발진기들이 대역 스위칭 동작 및 주파수 튜닝 전압에 의한 세개의 경로 중 해당 주파수 대역이 선택된다. 이러한 각각의 대역에 대한 트래킹 여파기, 믹서 및 전압 제어 발진기의 주파수 동조 전압들이 하나의 경로를 형성하여 대략 0∼30V 사이의 주파수 조정 전압에 따라 동작하므로 전압 제어 발진기 및 트래킹 여파기의 동조 전압에 따른 주파수 동작들 사이의 일대일 매핑(Mapping)이 가능하여 자동 주파수 선택이 가능하다. 그러나, DTV Tuner의 경우 Tuner 전치단은 세개의 대역 혹은 두 개의 대역 중 스위칭 동작을 통하여 하나의 대역만이 튜닝 전압에 따라 트래킹 여파기의 주파수가 선택되지만, NTSC Tuner와는 달리 하나의 전압 제어 발진기가 위상 동기 루프에 의한 주파수 튜닝 전압에 대하여 방송 주파수 대역(BW=760MHz)을 모두 포함하므로 주파수 튜닝 전압에 대한 트래킹 여파기 및 전압제어 발진기 사이의 주파수 Mapping이 되지 않아 기존의 구조로는 주파수 자동 선택 기능을 수행할 수가 없다.
상용화된 TV 수상기는 원하는 TV 채널을 자동적으로 선택할 수 있어야 하며 수신되는 TV 화질을 저하시키거나 TV 방송 난시청 상태를 유발시킬 수 있는 간섭 신호, 영상 신호, 중간 주파수 비트(IF Beat) 및 스퓨리어스 신호에도 동작할 수 있어야 한다. 이러한 신호들에 의해서 TV 수신기에 미치는 영향은 크게 세가지로 분류할 수 있다. 첫째, 시청중인 TV 채널이 인접 대역들의 큰 간섭 신호에 의한 영향으로 튜너 전치단의 저잡음 증폭기 및 믹서가 포화되어 TV 시청이 불가능한 현상이 발생한다. 둘째, 인접 대역의 두개 혹은 그 이상의 큰 간섭 신호에 의한 상호 변조 성분이 시청중인 TV 채널의 통과 대역에 존재하여 TV 수신 감도를 악화시킨다. 셋째, 수신기의 영상 신호 및 스퓨리어스 성분에 해당하는 신호가 유입되거나 수신기에서 발생하여 원하는 TV 정보가 포함된 중간 주파수 성분으로 주파수 변환되어 TV 수신 감도를 저하시킨다.
이러한 세가지 문제점을 해결하고자 하는 몇 가지 방법이 제안되어 있다.
도 1은 일반적인 더블(Double) 주파수 변환을 이용하는 튜너 구조도로서, 부가적인 회로가 없이 수신 경로상에서 TV 채널 자동 주파수 선택이 가능하고 영상 신호, 중간 주파수 비트(IF Beat) 및 국부 전력에 의한 스퓨리어스 성분들을 억제시킨다. 하지만 이 구조는 다 채널 방송 신호들을 동시에 수신할 경우 원하지 않는 다른 강한 방송 간섭 신호들의 억압이 불가능하여 수신기의 동작 영역이 작아지고 최악의 경우는 저잡음 증폭기 및 믹서가 전력 포화 상태에 들어갈 수 있는 단점이 존재한다.
도 2는 현재 상용화된 세 대역용 아날로그 방송 TV 수신기로서 도 1과 마찬가지로 TV 채널 자동 선택이 가능하다. 이 구조는 수신 전치단에 대역 통과 여파기 대신 트래킹 필터를 이용하여 외부의 다른 강한 방송 간섭 신호들의 억압(VHF 대역은 10MHz 이상, UHF 대역은 30MHz 이상의 신호)이 가능하여 수신기의 동작 영역이 넓어지지만 한번의 주파수 변환으로 인하여 영상 신호 및 IF Beat 성분들의 수신기에 유입될 경우 원하는 IF 신호 대역 내에 존재하여 수신기의 성능을 저하시키는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 원하는 TV 채널의 자동적인 선택 기능 외에도 시청하고자 하는 TV 채널의 화질을 저하시키거나 TV 방송 자체가 불가능한 상태를 유발시킬 수 있는 간섭 신호를 억압할 수 있고 영상 신호 및 IF Beat 성분에 무관하게 동작할 수 있는 마이크로프로세서를 이용한 광대역 주파수 자동 채널 선택용 DTV 튜너를제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력 대역 통과 여파기, 능동 트래킹 여파기, 자동 이득 제어 증폭기, 주파수 상향부, LC 저역 통과 여파기, IF 증폭기, 대역 통과 여파기, 주파수 하향부, 저역 통과 여파기, 제 1 및 제 2 위상 동기 루프 및 크리스탈 오실레이터로 이루어진 DTV 튜너에 있어서, 상기 능동 트래킹 여파기의 동조 전압에 따른 분할된 대역 각각의 주파수 특성을 측정한 룩업 테이블을 저장하는 메모리 수단과, IIC-BUS 신호로 구동되는 상기 제 1 및 제 2 위상 동기 루프의 주파수 선택 조정 전압에 따른 동일한 주파수 정보를 전송하는 마이크로프로세서와, 상기 메모리에 저장된 데이터 값들 중 전압 제어 발진기와 주파수 특성이 동일한 능동 트래킹 필터 데이터를 전달받아 이에 대응하는 아날로그 값을 출력하는 디지털/아날로그 변환기와, 상기 디지털/아날로그 변환기로부터의 신호를 입력하여 증폭하는 연산 증폭기와, 상기 연산 증폭기로부터 출력된 신호를 일정한 DC값으로 변환하고 상기 능동 트래픽 여파기의 주파수 동조 전압을 제공하는 저역 통과 여파기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 디지털/아날로그 변환기 및 연산 증폭기 대신에 디지털 전위차계를 이용하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 일반적인 DTV Tuner의 구조도.
도 2는 종래의 NTSC TV Tuner의 구조도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로프로세서를 이용한 광대역 주파수 자동 채널 선택을 위한 DTV Tuner 구조도.
도 4는 트래킹 여파기를 이용한 Tuner 전치단 주파수 대역 분할도.
도 5는 종래의 NTSC TV Tuner구조의 주파수 매핑도.
도 6은 본 발명에 따른 DTV Tuner의 주파수 매핑도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
301 : 입력 대역 통과 여파기 302 : 능동 트래킹 여파기
303 : 자동 이득 제어 증폭기 304 : 주파수 상향부
305 : LC 저역 통과 여파기 306 : IF 증폭기
307 : 대역 통과 여파기 308 : 주파수 하향부
309 : 저역통과 여파기 310 및 311 : 위상 동기 루프
312 : 크리스탈 오실레이터 313 : 마이크로프로세서
314 : ROM 315 : D/A
316 : OP AMP 317 : 저역 통과 여파기
318 : 디지털 전위차계
첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로프로세서를 이용한 광대역 주파수 자동 채널선택을 위한 DTV 튜너의 구성도이고, 도 4는 트래킹 여파기를 이용한 튜너 전치단 주파수 대역 분할도로서, 본 발명에서는 두번의 주파수 변환을 이용하는 일반적인 수신기 구조와 아날로그 TV 수신기 트래킹 여파기 구조가 조합된 형태에 마이크로프로세서, ROM, D/A, 디지털 전위차계(Digital Potentiometer) 및 연산 증폭기(OP AMP)가 내장되도록 DTV Tuner를 구성하였다.
도 3 및 도 6을 참조하여 본 발명에 Tuner 구조의 자동 주파수 선택 기능을 설명한다. DTV Tuner는 Double-conversion 주파수 변환을 이용하여 우선 높은 대역 주입(high-side injection)을 이용하여 Tuner 입력 주파수 대역은 920MHz(혹은 그 이상의 주파수)로 일차 주파수 변환한 후 낮은 대역 주입(low-side injection)을 이용하여 44MHz의 주파수로 최종 주파수 변환되며, DTV Tuner는 다음과 같은 기능을 포함해야 한다.
가. 수신되는 입력 주파수(50∼810MHz)를 최종 중간 주파수(44MHz)로 주파수 변환,
나. 광대역 입력 주파수의 대역 분할 선택 및 저잡음 증폭을 위한 능동 트래킹 여파 기능,
다. 트래킹 여파기의 부품 특성 오차에 기인한 주파수 교정 기능(제조 시)
라. 트래킹 여파기의 사용 중 환경적인 특성 변화에 따른 주파수 보정 기능(동작 시)
마. 채널 주파수 Tuning 기능,
바. AGC 조정 신호를 통한 수신 이득 제어 기능,
사. 영상 신호 제거 및 채널 대역외 신호 여파 기능
입력 대역 통과 여파기(301)는 수신 안테나로부터 유입되는 50∼810MHz의 방송 주파수 대역의 방송 채널들(CH2∼CH69) 뿐만 아니라 Cable TV Channel들이 포함된 181채널들을 모두 통과시키고 영상 신호 내(920MHz 이상)로 유입되는 non-television 신호들을 제거한다. 능동 트래킹(Active Tracking) 여파기(302)는 저잡음 증폭기, 트래킹 여파기(저잡음 증폭기의 입/출력단에 각각 위치)들로 구성된다. 트래킹 여파기는 인덕터 및 버랙터(Varactor) 다이오드들의 쌍으로 구성되는 LC 공진 탱크 회로의 형태로 저잡음 증폭기와 조합하여 원하는 TV channel에 이득을 제공하며, 크기가 큰 원하지 않는 TV 채널, FM 채널들 및 Out-of-Band 간섭 신호들에 의해서 유발되는 상호 변조 성분들을 억압함으로서 저잡음 증폭기 및 믹서의 입력 전력 부하를 감소시켜 수신기의 동작 영역을 개선시킨다. 트래킹 여파기의 버랙터 다이오드는 동조 전압에 따른 캐패시터의 용량이 한정되므로 도 6에 도시된 바와 같이 세개의 주파수 대역(VHF_L, VHF_H 및 UHF) 혹은 두 개의 대역(VHF 및 UHF)으로 주파수가 분할되어 동작한다. 감쇠기적인 특성을 나타내는 자동 이득 제어(Automatic Gain Control; AGC) 증폭기(303)는 대략 35∼40dB 정도의 AGC 조정 범위를 제공함으로서, 큰 입력 신호에 의한 나머지 능동 소자들의 과부하를 방지하여 복조기가 최적의 상태를 유지할 수 있도록 한다. MMIC를 이용한 주파수 상향부(304)는 이득을 제공하는 저잡음 증폭기, 믹서 및 전압 제어 발진기로 구성되어 있으며 입력 RF 신호를 920MHz(혹은 그 이상)의 IF로 일차 주파수 변환을 한다. 믹서는 고선형성을 가지는 Dual Double-balanced 형태로 구성하여 짝수차 하모닉 성분들의 발생을 억압하며, 내장된 전압 제어 발진기의 동작 주파수 범위는 970∼1730MHz를 포함해야 하며, 규정된 위상 잡음으로 채널 선택 기능을 수행한다. 첫번째 IF부는 저역 통과 여파기(305), IF 증폭기(306) 및 대역 통과 여파기(307)로 구성된다. 저역 통과 여파기(305)는 믹서 동작에 의한 스퓨리어스 성분들을 억압하여 IF 증폭기(306)의 입력 전력 부하를 감소시켜주며 대역통과 여파기(307)는 원하는 TV 채널 대역외의 신호를 여파한다. IF 증폭기(306)는 높은 IP3를 가지고 두 여파기들에 의한 삽입 손실을 보상한다. 주파수 하향부(308) 또한 저잡음 증폭기, 믹서 및 전압 제어 발진기로 구성되어 있는 MMIC 칩을 이용하여 입력 IF 신호(920MHz 혹은 그 이상)를 44MHz의 최종 IF로 주파수 변환한다. 믹서는 선형성이 높고 Dual Double-balanced 형태로 구성한다. 내장된 전압 제어 발진기의 동작 주파수는 876MHz(혹은 그 이상)이며 낮은 위상 잡음으로 동작한다. 최종 IF단의 저역통과 여파기(309)는 주파수 하향부의 믹서에 의해서 발생하는 스퓨리어스 성분들을 억압한다. 두개의 위상 동기 루프(310, 311)는 4MHz의 크리스탈 오실레이터(312)를 공통 소스로 이용하여 주파수 상향기 및 주파수 하향기의 주파수 변환 기능을 조정한다.
상용 Tuner는 AGC Control 단자 및 IIC-Bus 신호에 의하여 자동적인 주파수 채널 선택이 가능하여야 하나, 수신기 성능 개선을 위하여 사용되는 트래킹 여파기로 인하여 도 6에 제시한 바와 같이 주파수 튜닝 전압에 대한 트래킹 여파기 및 전압 제어 발진기 사이의 일대일 주파수 Mapping이 되지 않는다. 이러한 이유로 본 발명에서 제안한 구조(도 3의 A로 표시된 부분)를 이용할 경우 주파수 채널 선택이 자동적으로 가능하다. Tuner용 마이크로프로세서(313)는 외부 IIC-BUS 신호에 의해서 유입되는 주파수 채널 선택 정보와 인터페이스를 형성한다. 여기서 자동 채널 선택 기능을 위한 방법을 제시하면 먼저 트래킹 여파기의 동조 전압에 따른 분할된 대역 각각의 주파수 특성을 측정하여 이 Look-up Table을 ROM(Read Only Memory) (314)에 저장한다. 그 다음 주파수 정보가 포함된 IIC-BUS 신호가 마이크로프로세서에 인가되면, 이 프로세서는 위상동기 루프와 ROM에 똑같은 주파수 정보를 내준다. 이때 ROM에 저장된 데이터 값들 중 전압 제어 발진기와 주파수 특성이 똑같은 트래킹 필터 데이터를 읽어서 14bit D/A(Path b, 315)에 전달하면 D/A는 이에 대응되는 아날로그 값들을 출력하여 OP AMP(316)에 전달된 후 저역 통과 여파기(317)를 통하여 일정한 DC 값으로 변환되어 트래킹 여파기의 주파수 동조 전압을 제공한다. ROM에 저장된 데이터를 디지털 전위차계(Potentiometer)(Path c, 318)로 처리할 경우 D/A(315) 및 OP AMP(316)들이 요구됨이 없이 아날로그 값을 출력할 수 있다.
결론적으로 본 발명에서 제안된 구조를 이용할 경우 간단한 하드웨어의 추가로 TV 채널 자동 주파수 선택 기능이 가능하여 성능이 개선된 DTV Tuner의 제작이 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명을 이용할 경우 시청하고자 하는 방송 채널의 Out-of-Band 간섭 신호들에 의해서 유발되는 Intermodulation, Crossmodulation 및 Saturation(Desensitization) 특성은 수신 전치단의 트래킹 여파기를 이용하여 억압할 수 있어 결과적으로 수신기의 동작 영역을 개선할 수 있고, 두번의 주파수 변환을 이용하여 영상 신호 및 IF Beat 성분에 무관하게 동작할 수 있으며, 본 발명에서 제안한 마이크로프로세서, ROM(Optional) 및 D/A를 이용하여 TV 채널의 자동적인 선택 기능이 가능하여 기존에 제안된 구조들에 비하여 수신기의 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 입력 대역 통과 여파기, 능동 트래킹 여파기, 자동 이득 제어 증폭기, 주파수 상향부, 저역 통과 여파기, IF 증폭기, 대역 통과 여파기, 주파수 하향부, 저역 통과 여파기, 제 1 및 제 2 위상 동기 루프 및 크리스탈 오실레이터를 구비한 DTV 튜너에 있어서,
    상기 능동 트래킹 여파기의 동조 전압에 따른 분할된 대역 각각의 주파수 특성을 측정한 룩업 테이블을 저장하는 메모리 수단과,
    주파수 정보가 포함된 상기 IIC-BUS 신호에 따라 상기 제 1 및 제 2 위상동기 루프와 상기 메모리 수단에 동일한 주파수 정보를 전송하는 마이크로프로세서와,
    상기 메모리에 저장된 데이터 값들 중 전압 제어 발진기와 주파수 특성이 동일한 능동 트래킹 필터 데이터를 전달받아 이에 대응하는 아날로그 값을 출력하는 디지털/아날로그 변환기와,
    상기 디지털/아날로그 변환기로부터의 신호를 입력하여 증폭하는 연산 증폭기와,
    상기 연산 증폭기로부터 출력된 신호를 일정한 DC값으로 변환하고 상기 능동 트래픽 여파기의 주파수 동조 전압을 제공하는 저역 통과 여파기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 광대역 주파수 자동 채널 선택용 디지털 텔레비전 튜너.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 메모리 수단은 ROM인 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 광대역 주파수 자동 채널 선택용 디지털 텔레비전 튜너.
  3. 입력 대역 통과 여파기, 능동 트래킹 여파기, 자동 이득 제어 증폭기, 주파수 상향부, 저역 통과 여파기, IF 증폭기, 대역 통과 여파기, 주파수 하향부, 저역 통과 여파기, 제 1 및 제 2 위상 동기 루프 및 크리스탈 오실레이터를 구비한 DTV 튜너에 있어서,
    상기 능동 트래킹 여파기의 동조 전압에 따른 분할된 대역 각각의 주파수 특성을 측정한 룩업 테이블을 저장하는 메모리 수단과,
    주파수 정보가 포함된 상기 IIC-BUS 신호에 따라 상기 제 1 및 제 2 위상동기 루프와 상기 메모리 수단에 동일한 주파수 정보를 전송하는 마이크로프로세서와,
    상기 메모리에 저장된 데이터 값들 중 전압 제어 발진기와 주파수 특성이 동일한 능동 트래킹 필터 데이터를 전달받아 이에 대응하는 아날로그 값을 출력하는 디지털 전위차계;
    상기 디지털 전위차계로부터 출력된 신호를 일정한 DC값으로 변환하고 상기 능동 트래픽 여파기의 주파수 동조 전압을 제공하는 저역 통과 여파기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 광대역 주파수 자동 채널 선택용 디지털 텔레비전 튜너.
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