KR100837421B1 - 교환 고정 이득 ｌｎａ를 갖는 저잡음, 고선형 ｔｖ 튜너아키텍처 - Google Patents

교환 고정 이득 ｌｎａ를 갖는 저잡음, 고선형 ｔｖ 튜너아키텍처 Download PDF

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Abstract

TV 튜너는 안테나에 연결되는 입력들을 갖는 복수 개의 증폭기들, 복수 개의 증폭기들에 연결되는 입력들을 갖는 복수 개의 필터들, 복수 개의 필터들에 연결되는 입력들을 갖고 필터들 중 하나의 출력을 선택하는 제1 멀티플렉서를 포함한다. TV 튜너는 제1 멀티플렉서의 출력에 연결되는 입력을 갖는 믹서, 믹서의 출력에 연결되는 입력과 TV 튜너의 출력을 제공하는 출력을 갖는 출력 증폭기를 더 포함한다.
TV 튜너

Description

교환 고정 이득 ＬＮＡ를 갖는 저잡음, 고선형 ＴＶ 튜너 아키텍처{Low noise, high linearity TV tuner architecture with switched fixed-gain LNA}
도 1은 본 발명에 따른 TV 튜너의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다른 TV 튜너의 블록도이다.
본 발명은 전자, 보다 상세하게는 TV 튜너에 관한 것이다.
TV 튜너는 다양한 TV, VCR 및 케이블 모뎀들과 케이블 셋탑박스(set-top-box)들을 포함하는 보다 정교한(sophisticated) 장치들과 같은 소비자 및 상거래 시스템에 사용된다. TV 튜너는 유용한 채널들을 수신하고, 희망 채널을 선택하고, 다른 것들을 필터링하는 역할을 한다.
여기에 참조(reference)로서 포함된 국제 지적재산권기구 공보 WO 02/093732호(World Intellectual Property Organization Publication No. WO 02/093732)에는 일반적 기술 수준(state-of-the-art)의 통합 TV 튜너가 기술되어 있다. 이러한 유형의 TV 튜너들은 더블 컨버젼(double conversion)을 사용하고, 따라서 두 개의 다상(multiphase) 필터와 두 개의 믹서(mixer)를 포함한다.
통합 TV 튜너의 다른 예로는 PHILLIPS에 의해 개발된 것이다. TDA8275 실리콘 IC 튜너는 낮은 중간 주파수(IF) 신호(low intermediate frequency signal)를 다음의 디코더 장치에 제공하지만, 그것을 수행하는 것은 개인 아키텍처(proprietary architecture)에 의존한다.
지상파(terrestrial) 디지털 TV(DVB-T)와 같은 광대역(wideband) 수신기는 고선형 및 저잡음을 요구한다. 튜너 출력에서 신호 대 잡음 및 왜곡율(signal-to-noise-and-distortion-ratio, SNDR)을 최대화하기 위해서 광대역 연속(wide continuous) 이득 범위를 갖는 것 또한 필수적이다. 전형적으로 광대역 튜닝 범위를 갖는 저잡음 증폭기(low-noise amplifier, LNA)는 동시에 고선형, 저잡음 및 광대역 튜닝 범위의 세가지 요구를 만족시키도록 채용된다. 그러나, 수행은 종종 고전력 소비의 희생으로 처리될 수 있는 가장 큰 신호와 감도(sensitivity)를 교환하는 것에 의해 해결된다.
본 발명은 교환 고정 이득 LNA를 갖는 저잡음, 고선형 TV 튜너 아키텍처를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따르면, TV 튜너는 안테나에 연결되기 위한 입력을 포함하는 복수 개의 증폭기들; 복수 개의 증폭기들의 출력들에 연결되는 입력들을 포함하는 복수 개의 필터들; 복수 개의 필터들의 출력들에 연결되는 입력들을 포함하고 필터들 중 하나의 출력을 선택하기 위한 제1 멀티플렉서(multiplexer); 제1 멀티플렉서의 출 력에 연결되는 입력을 포함하는 믹서(mixer); 및 믹서의 출력에 연결되는 입력 및 TV 튜너의 출력을 제공하는 출력을 갖는 출력 증폭기를 포함한다.
본 발명의 여기의 또는 다른 목적은 다음의 다양한 도면 및 그림에서 예시되는 바람직한 실시예들의 상세한 설명을 읽은 다음에 본 기술의 보통의 당업자에게 의심없이 명백해질 것이다.
본 발명은 광대역 연속 이득 범위 중간 주파수(IF) 증폭기가 뒤를 따르는 고정 이득 저잡음 증폭기(LNA)들의 뱅크(bank)를 사용한다. 하나 이상의 고정 이득 LNA를 사용함으로써, 잡음 특성과 선형성은 더 잘 교환될 수 있다. 예를 들어, 최대 이득 LNA는 최소 잡음 특성으로 최적화될 수 있는 반면, 최소 이득 LNA는 고선형으로 최적화될 수 있다. 광대역 튜닝 범위 IF 증폭기는 전반적인 전송 기능이 연속 이득을 가지도록 보장한다.
도 1을 참고하라. 도 1은 본 발명에 따른 TV 튜너(100)를 나타낸다. TV 튜너(100)는 외부 안테나(110)에 연결되는 입력들을 갖는 복수 개의 증폭기들(120~122), 증폭기들(120~122)의 출력들에 연결되는 입력들을 갖는 멀티플렉서(130)(제2 멀티플렉서), 멀티플렉서(130)의 출력에 연결되는 입력들을 갖는 복수 개의 필터들(140~142), 복수 개의 필터들(140~142)의 출력들에 연결되는 입력들을 갖는 다른 멀티플렉서(150)(제1 멀티플렉서), 제1 멀티플렉서(150)의 출력에 연결되는 입력을 갖는 믹서(160) 및 믹서(160)의 출력에 연결되는 입력과 TV 튜너(100)의 출력을 제공하는 출력을 갖는 출력 증폭기(180)를 포함한다. 위상 고정 루프(phase-locked loop, PLL)(170) 또한 제공되는데, 이는 믹서(160)에 연결된다. TV 튜너(100)의 출력은 예를 들어 외부 표면 탄성파(surface acoustic wave, SAW) 필터(190)에 연결될 수 있다.
증폭기들(120~122)는 고정 이득(fixed-gain) 저잡음(low-noise) 증폭기들일 수 있다. 둘 이상의 증폭기들(120~122)이 있을 수 있다. 각각의 증폭기는 요구된 "이산(discrete)" 이득 범위에서 서로 다른 고정 이득을 가질 수 있다. 높은(higher) 이득 증폭기는 낮은(lower) 잡음 특성으로 최적화될 수 있는 한편, 낮은 이득 증폭기는 높은 선형성으로 최적화될 수 있다. 전반적인 시스템 잡음 특성은 최대 이득 증폭기에 의해 제한되는 한편 전반적인 시스템 선형성은 최소 이득 증폭기에 의해 제한된다.
멀티플렉서(130)에서, 증폭기들(120~122) 중 하나의 출력은 디지털 신호 Sel_LNA에 의해서 선택되고, 선택된 출력은 필터들(140~142)의 뱅크로 보내진다. 멀티플렉서(130)는 어떤 알려진 디지털 스위칭 장치일 수 있다.
필터들(140~142)은 대역 통과(band-pass) 필터들일 수 있다. 뱅크 내에는 하나 이상의 대역 통과 필터들(140~142)이 있을 수 있다. 더 많은 대역 통과 필터들(140~142)이 다음의 단계에 대한 신호 대역폭을 줄이고, 선형성 요구를 수신한다. 그러나 이것은 회로 복잡도(circuit complexity), 대역(area) 및 전력 소비(power comsuption)의 희생으로 이루어진다. 마지막으로, 필터들(140~142)은 온칩(on-chip) 및 오프칩(off-chip) 컴포넌트(component)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터(transistor)들은 칩 안에(on chip) 있을 수 있으며, 반면 저항(resistance)과 커패시터(capacitor) 같은 수동 컴포넌트들은 칩 밖에(off chip) 있을 수 있다.
멀티플렉서(150)에서, 필터들(140~142)의 출력은 디지털 신호 Sel_BPF에 의해 선택되고, 선택된 출력은 믹서(160)로 보내진다. 디지털 신호 Sel_BPF는 디지털 신호 Sel_LNA와 동일할 수도 있고, 다를 수도 다시 말해 독립적일 수도 있다. 멀티플렉서(150)는 어떤 알려진 디지털 스위칭 장치일 수 있다.
믹서(160)은 선택된 대역 통과 필터(140~142)의 출력을 수신한다. 믹서(160)는 단일(single) 믹서일 수도 있고, 직접적인 컨버젼(conversion)의 경우에는 더 많은 주파수 컨버젼에 대한 하나 이상의 믹서일 수도 있다. 믹서(160)는 대역 통과 필터 출력을 주파수 합성기(synthesizer)로부터 로컬 오실레이터(local oscillator, LO) 신호를 갖는 최종 중간 주파수(final intermediate frequency)로 전환하는데, 이 경우에는 PLL(170)이다. 믹서(160)는 일반 믹서 또는 이미지 제거(image rejection) 믹서(I-Q 믹서) 또는 고조파 제거(harmonic rejection) 믹서일 수 있다. 덧붙여, 믹서(160)는 어떤 필터들(140~142)이 선택될 때 고조파 제거 믹서로서 구성될 수 있으며, 다른 필터들(140~142)이 선택될 때 이미지 제거 믹서로서 구성될 수 있다. 일반적으로, 낮은 주파수 범위 필터들은 고조파 제거 믹서를 요구하는 경향이 있는 한편, 높은 주파수 범위 필터들은 이미지 제거 믹서를 요구하는 경향이 있다. 이와 관련하여, 믹서(160)는 선택 신호 Sel_BPF를 수신하도록 설정될 수 있다.
출력 증폭기(180) 또는 IF 증폭기는 믹서(160)의 출력을 수신한다. 출력 증폭기(180)는 외부 SAW 필터(190)를 동작시킨다. 출력 증폭기(180)는 광대역 연속 이득 범위 및 입력 신호 G에 의해 제어되는 이득을 갖는다. 이득 범위는 고정 이득 저잡음 증폭기(120~122)의 뱅크 내의 최대 이득 단계를 포함하도록 선택된다. 연속 이득 범위는 칩 내에서 수행될 수 있는 연속 시간 제어 방식을 용이하게 한다. 선택적으로, TV 튜너(100) 이득은 연결된 복조(demodulation) 칩에 의해서 제어될 수 있다.
동작에서 TV 튜너(100)의 신호들은 다음과 같다. 안테나(110)는 수신된 신호(I0)를 고정 이득 저잡음 증폭기(120~122)의 뱅크에 제공한다. 각각의 증폭기(120~122)는 대응하는 신호(I1, I2)를 멀티플렉서(130)로 출력한다. 선택 신호 Sel_LNA에 따라서 선택된 멀티플렉서(130)의 출력은 대역 통과 필터들(140~142)에 의해서 필터링되어 각각의 신호들(I3, I4)를 생성한다. 여기서 생성된 신호들 중 하나가 멀티플렉서(150)에서 선택 신호 Sel_BPF에 의해서 선택되어 믹서(160)의 입력이 되고, 나아가 신호(I5)로 출력된다. 동시에, 믹서(160)는 또한 PLL(170)로부터 LO 신호(I6)를 수신한다. 마지막으로, 신호(I5)는 출력 IF 증폭기(180)에 의해서 증폭되고 최종적으로 외부 SAW 필터(190)에 의해 필터링되어 신호(I8)를 생성한다.
TV 튜너(100)의 일실시예에서, 증폭기들(120~122)의 전체 수 및 필터들(140~142)의 전체 수는 동일한다. 증폭기들(120~122)은 일대일(one-to-one) 방식으로 필터들(140~142)에 대응한다. 따라서, 디지털 신호 Sel_BPF는 디지털 신호 Sel_LNA와 동일하다.
다른 실시예에서, 디지털 신호들 Sel_BPF와 Sel_LNA는 서로 독립적이다. 어 떤 애플리케이션 또는 상황에서는, 증폭기(120~122)와 필터들(140~142)를 임의로 연결할 수 있는 것이 바람직할 수 있다.
선택되지 않은 증폭기들 및 필터들 즉 디지털 신호들 Sel_BPF 및 Sel_LNA에 의해서 선택되지 않은 증폭기들 및 필터들이 전력을 절약하기 위해 일시적으로 막아질 수 있음이 언급될 것이다.
실제적인 애플리케이션에서, 4개의 필터들(140~142)이 있을 수 있다. 이 4개의 필터들 각각은 50~150MHz, 150~300MHz, 300~600MHz, 600+MHz와 같이 다른 주파수 범위를 가질 수 있다.
도 2를 참고하라. 도 2는 본 발명에 따른 다른 TV 튜너(200)를 예시한다. TV 튜너(200)은 외부 안테나(210)에 연결되는 입력들을 갖는 복수 개의 증폭기들(220~226) 및 각각 다른 증폭기(220~226)의 출력에 연결되는(일대일 연결) 입력을 갖는 복수 개의 필터들(230~236)을 포함한다. TV 튜너(200)는 필터들(230~236)의 출력에 연결되는 입력들을 갖는 멀티플렉서(제1 멀티플렉서)(240), 멀티플렉서(240)의 출력에 연결되는 입력을 갖는 믹서(250), 믹서(250)에 연결되는 PLL(260) 및 믹서(250)의 출력에 연결되는 입력과 TV 튜너(200)의 출력을 제공하는 출력을 갖는 출력 증폭기(270)을 포함한다. TV 튜너(200)의 출력은 예를 들어 외부 SAW 필터(280)에 연결될 수 있다.
TV 튜너(200)의 구성요소는 TV 튜너(100)의 유사 명명(like-named) 구성요소와 실질적으로 동일하고, 중복되는 기술은 생략한다. 그러나 하나의 키(key) 차이점은 하나의 멀티플렉서가 사용되기 때문에 하나의 선택 신호 Sel만 사용된다는 점 이다. 이러한 점에서, TV 튜너(200)은 TV 튜너(100)보다 융통성이 떨어지는 한편, 적은 수의 컴포넌트가 요구된다는 이점이 있다. 일반적으로, 상기 기술된 TV 튜너(100)에 제공되는 다른 것은 TV 튜너(200)에도 제공된다.
마지막으로, 도 1 및 도 2에 나타난 증폭기들 및 필터들의 특정 수는 단지 예시일 뿐임을 기억해야 한다. 개별적인 요구에 따라서, 더 많은 또는 더 적은 수가 사용될 수 있다.
본 기술의 당업자들은 본 장치 및 방법의 다양한 수정예와 변형예들이 본 발명의 범위 내에서 만들어질 수 있음을 쉽게 인정할 것이다. 따라서, 상기 개시는 첨부된 청구항의 경계와 범위에 의해서만 제한 해석될 수 있을 것이다.
본 발명에 따라서, 교환 고정 이득 LNA를 갖는 저잡음, 고선형 TV 튜너 아키텍처를 제공받을 수 있다.

Claims (19)

  1. 안테나에 연결되는 입력들을 포함하는 복수 개의 증폭기들;
    상기 복수 개의 증폭기들의 출력들에 연결되는 입력들을 포함하는 복수 개의 필터들;
    상기 복수 개의 필터들의 출력들에 연결되는 입력들을 포함하고, 상기 필터들 중 하나의 출력을 선택하는 제1 멀티플렉서;
    상기 제1 멀티플렉서의 출력에 연결되는 입력을 포함하는 믹서; 및
    상기 믹서의 출력에 연결되는 입력 및 TV 튜너의 출력을 제공하는 출력을 포함하는 출력 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 TV 튜너.
  2. 제1항에 있어서,
    입력이 상기 복수 개의 증폭기들의 출력에 연결되고, 출력이 상기 복수 개의 필터들의 입력에 연결되어 상기 복수 개의 증폭기 및 상기 복수 개의 필터들 사이에 연결되고 상기 증폭기들 중 하나의 출력을 상기 필터들의 모든 입력으로 선택적으로 연결하는 제2 멀티플렉서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TV 튜너.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 멀티플렉서들의 선택 신호들이 동일한 선택 신호로 연결되는 것을 특징으로 하는 TV 튜너.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 멀티플렉서들의 선택 신호들이 다른 선택 신호로 연결되는 것을 특징으로 하는 TV 튜너.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 증폭기들은 각각 다른 필터의 입력으로 연결되는 것을 특징으로 하는 TV 튜너.
  6. 제1항에 있어서,
    증폭기들의 전체 수와 필터들의 전체 수가 동일한 것을 특징으로 하는 TV 튜너.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 증폭기들은 저잡음 증폭기들인 것을 특징으로 하는 TV 튜너.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 증폭기들은 고정 이득 증폭기들인 것을 특징으로 하는 TV 튜너.
  9. 제1항에 있어서,
    각각의 증폭기는 이산 이득 범위에 이르는 다른 고정 이득을 갖는 것을 특징으로 하는 TV 튜너.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 필터들은 대역 통과 필터들인 것을 특징으로 하는 TV 튜너.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 믹서는 제1 멀티플렉서에 의해 선택되는 필터 출력에 따라서, 고조파 제거(harmonic rejection) 믹서 또는 이미지 제거(image rejection) 믹서로 구성되는 것을 특징으로 하는 TV 튜너.
  12. 제1항에 있어서.
    상기 출력 증폭기는 가변 이득 증폭기인 것을 특징으로 하는 TV 튜너.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 믹서에 연결되는 위상 고정 루프(phase-locked loop)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TV 튜너.
  14. 안테나에 연결하기 위한 입력들을 포함하고, 각각이 이산(discrete) 이득 범위에서 서로 다른 고정 이득을 갖는 복수 개의 고정 이득 저잡음(fixed-gain low- noise) 증폭기들;
    상기 복수 개의 고정 이득 저잡음 증폭기들의 출력들에 연결되는 입력들을 포함하고, 고정 이득 저잡음 증폭기들의 수와 같은 수를 갖는 복수 개의 대역 통과 필터들;
    상기 복수 개의 대역 통과 필터들의 출력들에 연결되는 입력들을 포함하고, 상기 대역 통과 필터들 중 하나의 출력을 선택하는 제1 멀티플렉서;
    상기 제1 멀티플렉서의 출력에 연결되는 입력을 포함하는 믹서;
    상기 믹서에 연결되는 위상 고정 루프; 및
    상기 믹서의 출력에 연결되는 입력 및 TV 튜너의 출력을 제공하는 출력을 갖는 가변 이득(variable-gain) 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 TV 튜너
  15. 제14항에 있어서,
    입력이 상기 복수 개의 고정 이득 저잡음 증폭기들의 출력에 연결되고, 출력이 상기 복수 개의 대역 통과 필터들의 입력에 연결되어, 상기 복수 개의 고정 이득 저잡음 증폭기 및 상기 복수 개의 대역 통과 필터들 사이에 연결되고, 상기 고정 이득 증폭기들 중 하나의 출력을 상기 대역 통과 필터들의 모든 입력으로 선택적으로 연결하는 제2 멀티플렉서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TV 튜너.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 멀티플렉서들의 선택 입력들이 동일한 선택 신호에 연결되 는 것을 특징으로 하는 TV 튜너.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 멀티플렉서들의 선택 입력들이 다른 선택 신호들에 연결되는 것을 특징으로 하는 TV 튜너.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 고정 이득 저잡음 증폭기들 각각은 다른 대역 통과 필터의 입력에 배타적으로 연결되는 출력을 갖는 것을 특징으로 하는 TV 튜너
  19. 제14항에 있어서,
    상기 믹서는 상기 제1 멀티플렉서에 의해 선택된 상기 대역 통과 필터 출력에 따라서 고조파 제거 믹서 또는 이미지 제거 믹서로 구성되는 것을 특징으로 하는 TV 튜너.
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