KR930007301B1 - 이중콘버션 집적회로 tv튜너 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

이중콘버션 집적회로 TV튜너

제1도는 본 발명에 따른 TV튜너의 블록도,

제2도는 종래의 버랙터 TV튜너의 블록도,

제3도는 업콘버터 MMIC칩의 블록도,

제4도는 종래의 버랙터 TV튜너와 본 발명에 따른 TV튜너에 대한 튜닝곡선을 나타낸 도면,

제5도는 업콘버터에 대해 구성된 믹서의 스퍼리어스(spurious)챠트,

제6도는 종래 버랙트 TV튜너에 사용된 튜너블 밴드패스필터(tunable bandpass filters)와 전압제어발진기의 튜닝소자를 나타낸 도면,

제7도는 본 발명에 따른 2GHz 밴드패스필터를 나타낸 도면,

제8도(a) 내지 제8도(e)는 2GHz 밴드패스필터의 구성 성분 및 그 어셈블리가 메인 PCB에 결합된 상태를 나타낸 도면,

제9도는 제7도에 나타낸 2GHz 밴드패스필터의 주파수응답에 대한 그래프,

제10도는 다운코버터 MMIC칩의 블록도,

제11도(a)는 45.75MHz 밴드패스필터의 회로도,

제11도(b)는 45.75MHz 밴드패스필터의 주파수응답을 나타낸 그래프,

제12도는 본 발명에 따른 튜너와 현재 사용하고 있는 버랙터튜닝되는 TV튜너의 실효선택성을 나타낸 그래프,

제13도는 종래 버랙터TV튜너의 RF응답에 대한 변화를 나타낸 도면,

제14도(a)는 종래 버랙터TV튜너의 입력 VSWR변화를 나타낸 도면,

제14도(b)는 본 발명에 따른 TV튜너의 입력 VSWR변화를 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : TV튜너 2 : 입력단

3 : 로우패스필터 4 : 업콘버터 GaAs MMIC칩

5 : 제1IF밴드패스필터 6 : 다운콘버터 GaAs MMIC칩

7 : 출력단 9,11 : VCO공진기

10 : PLL칩

12 : 2폴 45.75MHz 밴드패스필터(제2IF 밴드패스필터)

13 : 자동이득조정(AGC)시스템 14 : 튜닝시스템

15 : AFC 16 : 업콘버터

17 : 다운콘버터 18 : 신호처리회로

23,24,27,28 : 밴드패스필터 41 : 제2다운콘버터

42 : 제1다운콘버터 44 : 광대역증폭기

45 : 더블 밸런스드 믹서단 46,48 : 버퍼증폭기

47 : 전압제어발진기(VCO) 101,102 : 개구부

104~108 : 구멍 109 : 개패시터트리머판

111,112 : 필터기판 113 : 금속샤시

115 : 입출력단 116,117 : 호일패턴

118 : 주회로기판 119 : 슬로트

120,121 : 칩캐패시터 141 : 입력단

142,148,150,156 : 공진기 마이크로스트립선 143,151 : 결합선

142,148,153,155 : 개방단 마이크로스트립선 149 : 상호결합부

144,146,152,154 : 컴캐패시터 157 : 출력단

216 : 2GHz증폭기(제1IF증폭기) 217 : 액티브 밸런스드 믹서단

218 : 제1 45.75MHz증폭기 219 : 제2 45.75MHz증폭기

220 : 전압제어발진기 221 : 버퍼증폭기

[산업상의 이용분야]

본 발명은 일반적으로 라디오 주파수 이중콘버션 수신기에 관한 것으로, 특히 광대역 업콘버터와 제1중간주파수(IF) 및 협대역 다운콘버터를 통합한 이중콘버션 집적회로 TV튜너에 관한 것이다.

[종래의 기술 및 문제점]

TV수신기용 튜너는 전형적으로 VHF TV/CATV 대역 및 UHF TV 대역용 슈퍼헤테로다인 다운콘버터(superheterodyne down converter)와, 싱글폴 튜너블 밴드패스필터(a single pole tunable bandpass filter) 2세트, 이득조정가능 RF증폭기(gain controllable RF amplifier), 튜너블 2폴 인터스테이지 밴드패스필터(tunable two pole interstage bandpass filter), 믹서(mixer) 및, 전압제어발진기(voltage controlled oscillator ; 이하, VCO로 칭함)로 구성되어 있다. 여기서 튜너블 필터용 튜닝소자와 VCO는 바이어싱회로와, 인덕터, 고정치 캐패시터 및, 스위칭다이오드와 관련해서 가변 캐패시턴스 다이오드로 만들어진다. VHF TV와 CATV 및 UHF TV와 대역용 57MHz 내지 862MHz의 넓은 주파수영역을 커버하기 위해 TV세트는 2개의 다운콘버터와 3 또는 2이상으로 분할된 신호주파수 밴드를 포함한다.

상기와 같은 넓은 주파수 대역을 커버하기 위해 현재 TV튜너에 사용되고 있는 싱글 슈퍼헤테로다인 다운콘버션(single superheterodyne down conversion)은 많은 시간이 소모되면서 매우 어려운 디자인 과제가 요구되고, 또한 TV/CATV채널신호를 수신할 경우, 3RF 튜너블 밴드패스필터회로의 밴드패스주파수와 일정한 중간주파수(IF)를 발생시키기 위한 VCO주파수간의 트래킹을 위한 정합에 시간의 소모가 요구된다.

그리고, 각 개개의 구성요소에 포함된 제조오차, 즉 제품의 부적절한 정합, 높은 구성요소 밀도의 RF제품의 생산에 포함된 에러와 관련된 여타 제조, 튜너블 RF필터와 VCO간의 부정확한 트래킹, 그리고 이들이 많은 채널에 존재함에 따라 밴드패스필터의 응답이 나빠지게 된다. 밴드패스필터의 응답이 나쁠 경우 원하는 신호가 충실하게 재현되지 않고, 방해신호의 제거가 충분하지 못하며, 따라서 상기한 열악한 밴드패스응답을 갖춘 채널이 수신을 위해 튜닝된 경우 신호수신의 감도가 떨어지게 된다.

현재 싱글다운 콘버션 TV튜너가 멀티채널 CATV신호용 케이블에 연결될 경우, 현재 TV튜너는 만족스럽지 못한 실행특성을 나타내는 바, 이는 첫째로 부적절한 튜너블필터특성과 반도체의 비선형성과의 결합에 기인한 다수의 CATV채널신호에 의한 혼변조(cross modulation)와 상호변조(inter modulation)에 따른 왜곡과, 둘째로 튜너의 열악한 차폐의 결과인 케이블신호의 재복사와, 인접채널간에서 도입되는 공중을 통한 방해 신호의 직접적인 픽업의 결과인 고스트현상 및, 스스로 발생된 국부발진기의 에너지와 케이블신호 자체와 같은 우세한 신호의 원하지 않는 신호유출에 기인한다.

케이블예약자는 TV세트의 튜닝기능과 중복되는 세트톱(set top) CATV콘버터를 필요로 하고 있는 바, 그 하나의 이유는 TV세트에 내장된 튜너는 CATV채널신호를 적절하게 수신하지 못하고, 또 다른 하나의 이유는 스크램블된 신호를 디스크램블하기 위해 필요하기 때문이다. 그러나, 이러한 세트톱 CATV콘버터를 유지하는데에는 비용이 많이 들 뿐만 아니라 외관에 따른 사용자의 불만족이나 신뢰성 그리고/또는 공급된 세트톱 콘버터에 대한 케이블 오퍼레이터의 특징, 소위 "케이블이 구비된 TV수신기" 동작에 따른 혼돈 및, CATV신호 수신에 대한 VCR등에 많은 문제가 발생하게 된다. 따라서, 케이블 제조기업은 실외 콘버터 또는 실외 필터박스를 설치하는 것에 의해 상기와 같은 세트톱 CATV콘버터를 배제하고자 노력하고 있다.

따라서 이와같은 것이 성공적으로 수행된다면, 케이블 오퍼레이터들은 계약자들에게 만족할만한 CATV신호를 전송하는 기본적인 업무의 개선을 위해 더욱 효과적으로 자본을 운용할 수 있고, 또한 TV제조업자들은 더욱 하이엔드 폴 형상 TV수신기(high-end full feature TV receivers)를 판매할 수 있게 됨으로써 가격과 구매자들에 대한 혼돈을 격감시킬 수 있게 된다. 그러나, 케이블 오페레이터들이 계약자들의 집에서 세트톱 콘버터를 배제하기 위해서는 현재 TV튜너의 부적절함을 배제할 수 있도록 개발된 개선된 TV튜너가 필요로 된다.

이와같은 문제를 해결하기 위해 다양한 시도가 수행되어 왔는 바, 그 하나로서 싱글 콘버션 TV튜너와 관련해서 Lohn등에 의한 미합중국 특허 제3, 939, 429호가 알려져 있는데, 이는 텔레비젼 수신기 튜너에 있어서 이중 콘버션에 대해 기술되어 있다. 이는 RF증폭기와 마지막 IF증폭기가 실리콘 튜너 IC의 외부에 위치되고, YIG필터가 매우 높은 3GHz의 제1IF주파수용으로 사용되고 있다.

또 다른 예가 Dipietromaria에 의한 미합중국 특허 제 4, 214, 212호에 기술되어 있다. 이에 따른 TV수신기 블록용 이중콘버션 튜너는 VHF채널을 UHF채널로 변환시키고, 이때 튜너블 UHF밴드패스는 마지막 TV IF주파수로 다운되어 변환되기 전에 사용된다. 여기서 제1믹서는 채널신호가 UHF채널신호일 경우 증폭기로서 스위칭된다.

그리고, TV에 적용하기 위한 이중 콘버션의 다른 예가 Ablassmeier에 의해 IEEE TRANSACTION ON ELECTRON DEVICES, VOL. ED-27, NO.6에 그 명칭이 "GaAs FET Upconverter for TV tuner"으로서 기술되어 있다. 이는 단지 업콘버션용의 더블밸런스드 믹서(double balanced mixer)와 가변이득증폭기의 칩에 대해서만 기술되어 있다.

또 다른 예가 IEEE 1989년 Microwave and Millimeter-Wave Monolithic Circuits Symposium에서 DUCOURANT등에 의해 "A 3CHIP GaAs DOUBLE CONVERSION TV TUNER SYSTEM WITH 70 dB IMAGE REJECTION"에 기술되어 있다. 이는 제1IF밴드패스필터가 병렬 공진 L-C네트워크가 부하로 되는 협대역 차동증폭기와 함께 설치되고, 이득과 선택성을 증가시키기 위해 포지티브 패드백이 사용되며, 또한 이미지제거믹서가 사용된다.

현재 TV튜너의 다양한 영역에 있어서, HDTV신호의 수신이 더욱 강조되고 있는 바, HDTV신호의 이미지품질을 전송하기 위해서는 통신로상에서의 손실이 최소화되어야만 한다. 이러한 손실의 한 원인은 튜너이다. 일반적인 튜너의 사양은 채널증폭응답변화를 위해 실질적인 채널을 허용하고 있다. 그리고 현재 TV튜너의 밴드패스응답은 채널마다 변화하게 되는데, 이는 설계와 제조시 필터조정의 편차가 원인이기 때문인바, 이는 TV신호에 대한 실질적인 천이응답변화의 결과이다. 또한 튜너입력 VSWR이 더 높기 때문에 전송로상의 에코로부터 왜곡이 발생된다. 따라서, HDTV상에서 이와같은 왜곡이 더욱 심하기 때문에 HDTV에 사용되는 TV튜너에 대해 개선이 필요로 된다.

따라서, 지상방송TV와 케이블 TV 및 HDTV에 대한 요구에 부합하면서 새롭게 개선된 TV튜너가 개발되어야 할 필요가 있는 바, 이러한 TV튜너의 중요한 점은 저잡음과, 왜곡과 무관한 신호처리, 대신호조각능력 및, 적절한 선택성을 들 수 있고, 그리고 개선된 품질과 신뢰성을 들 수 있다.

이와같은 개선된 시스템의 수행을 달성하는 데에는 새로운 시스템구조의 개발과 다양한 새로운 RF구성요소가 요구되고, 개선된 방해신호제거와 저잡음구조를 달성하기 위해 이와같은 새로운 소자와 회로의 실행이 모두 필요로 된다.

새로운 시스템구조는 가변밴드패스필터와, 현재 TV튜너에 나타낸 대부분의 상호변조를 제거하기 위해 매우 높은 IF주파수를 선택하고 광대역 고다이나믹영역, 저잡음소자가 이용되는 바, 저잡음구조와 매우 높은 다이나믹영역을 구현하기 위해 GaAs MESFETs집적회로가 이용된다. 본 시스템에 있어서 선택성과 밴드패스응답의 부담은 고정주파수 제1IF밴드패스필터와 제2IF밴드패스필터에 의해 주도되고, 따라서 채널에서 채널로의 밴드패스응답의 변화가 극도로 작아지게 된다. 그리고 업콘버터부에서 사용된 매우 높은 다이나믹영역 광대역증폭기와 믹서에 기인한 RF부의 요구되는 선택성이 없게 된다.

실리콘 온 사파이어(SOS ; silica-on-sapphire)와 갈륨 아세나이드(gallium arsenide)기술에 기초한 모노리식 마이크로파 집적회로가 상기한 기술의 적용에 부합될 수 있는 것으로 현재 고려되고 있다.

금속-반도체 FET'S(MESFET)의 우수한 마이크로파 수행능력과 결합된 사파이어의 반절연 GaAs기판의 저손실특성은 진정한 모노리식접근을 허락하는 바, 여기서 모든 수동 및 농동회로소자와 내부결합이 벌크(bulk)로 형성되고, 또 에피택시, 이온주입, 스퍼터링, 증착 등, 그외 다른 방법에 따른 퇴적법에 의해 기판의 표면에 형성된다. 여기서 마이크로파장치의 제조를 위해 특히 적절한 GaAs의 특이한 2가지 특성은 높은 전자 이동도와 높은 피크속도로서, 이는 고주파동작으로 이행된다.

TV튜너용 GaAs MMIC는 다음과 같은 장점이 있다. 즉, 기생 소자의 감소에 기인한 광대역 수행능력 및 소자크기의 최적화, 일정한 처리와 모든 회로의 집적화에 기인한 강화된 재생산성, 배치처리(batch-processing)능력의 결과에 따른 비용의절감, 회로설계의 유연성 및, 단일칩 다기능능력이 있다.

한편, 반절연 칼륨 아세나이드는 알루미늄보다 근소하게 높은 유전체상수를 갖추고 있고, 또한 알루미늄에 비해 저손실 탄젠트(low-loss tangent)를 갖추고 있기 때문에 알루미늄에 비해 마이크로파회로특성까지 관련지을 수 있게 된다. 또한, GaAs재료는 에피택시나 이온주입에 의한 저저항성층의 퇴적을 위해 가장 좋은 기초인 바, 이는 프레이너디바이스(planar device)이기 때문에 FET는 모노리식회로에 대해 이상적으로 적절하다. 그리고, 모노리식 GaAs피드백 증폭기에 의한 저잡음 고다이나믹영역증폭기가 큰 모노리식적인 집적회로의 일부로서 유용하고, 특히 저잡음 고다이나믹 TV튜너를 위해 유용하다.

[발명의 목적]

본 발명은 상기한 점을 감안해서 발명된 것으로, 개선된 저잡음, 대신호 처리, 갈륨 아세나이드 마이크로파 모노리식 집적회로와 함께 이중콘버션 시스템 구조에 의한 저가격 TV튜너를 제공함에 그 목적이 있다.

또한 본 발명은, 복잡한 튜너블 RF밴드패스필터를 사용하지 않고 혼변조나 상호변조왜곡을 최소화시킬수 있는 저가의 광대역 TV튜너를 제공함에 다른 목적이 있다.

또한 본 발명은, 지상방송 TV와, 케이블 TV신호를 커버하고, 입력로우패스필터의 컷오프주파수를 높이면, 위성외부블록콘버터에 의해 다운콘버트된 DBS신호도 커버할 수 있는 큰 주파수대역폭을 통할 뿐만 아니라 넓은 가변레벨에서 동작할 수 있는 TV튜너를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

또한 본 발명은, 특히 다양한 왜곡을 감쇄시키면서 고품질 이미지 HDTV신호를 위해 적절한 모든 밴드패스응답을 개선시키는 TV튜너특성을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

[발명의 구성]

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, RF신호를 인가받는 입력단과, 이 입력단으로부터의 신호를 소정주파수로 필터링하는 로우패스필터, 이 로우패스필터로부터의 출력을 더 높은 제1중간주파수신호로 변환시키는 업콘버터 MMIC칩, 이 업콘버터 MMIC칩의 주파수를 결정하는 VCO공진기 및, 이 VCO공진기의 전압을 제어하는 PLL칩으로 구성되어, 수신된 신호를 더 높은 주파수로 변환시키는 광대역 업콘버터와 ; 인가되는 TV/CATV신호를 통과시키면서 이후의 스테이지에서의 소정 신호를 제거하고, 입력단을 통해 누설되어 튜너에서 발생된 국부발진신호를 포함하는 소정 스퍼리어스 신호를 방지하는 제1IF밴드패스필터 및 ; 이 제1IF밴드패스필터에 의해 필터링된 제1IF신호를 더 낮은 제2IF신호로 변환시키는 다운 콘버터 MMIC칩과, 이 다운콘버터 MMIC 칩의 외부에 설치되면서 넓은 튜닝영역을 갖춘 제2IF밴드패스필터, 상기 다운콘버터 MMIC칩의 공진주파수를 결정하는 VCO공진기 및 , 상기 다운콘버터 MMIC칩에 의해 변환된 제2IF신호를 출력하는 출력단으로 구성되어, 광대역 업콘버터로부터의 신호를 낮은 주파수로 변환시키기 위한 주파수 다운콘버터를 구비하여 구성된 것을 특징으로 한다.

(작용)

상기와 같이 구성된 본 발명은, 저잡음특성을 갖추면서 고주파 특성이 우수한 2개의 MMIC를 이용해서 튜너를 구성함으로써 변조왜곡을 최소화 시킬 수 있게 되면서 세계의 모든 TV와 CATV에 적용시킬 수 있게 된다.

[실시예]

이하, 예시도면을 참조해서 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 TV튜너를 나타낸 것으로, 상기 TV튜너(1)는 수신된 RF신호를 더 높은 주파수로 변환시키기 위한 광대역 업콘버터(16)와, 수신 및 업콘버터 GaAs MMIC칩(4)의 출력을 낮은 주파수로 변환시키기 위한 다운콘버터(17)를 포함하고 있고, 특히 RF입력신호가 TV튜너(1)의 업콘버터(16)에 있는 입력단(2)에 제공된다.

본 발명에 따른 실시예에 있어서, RF입력신호는 주파수가 50MHz에서 900MHz까지 변하고, 입력단(2)은 로우패스필터(3)와 결합되면서 로우패스필터(3)에 입력을 제공한다. 이때 로우패스필터(3)의 출력은 이를 더 높은 제1중간주파수신호로 변환시키는 업콘버터 GaAs MMIC칩(4)에 인가된다. 한편, 제3도에 나타낸 바와 같이 업콘버터 GaAs MMIC칩(4)은 이득조정이 가능한 광대역 증폭기(44)와, 전압제어발진기(47 ; VCO) 및, 증폭 및 VCO출력신호를 액티브 더블 밸런스드 믹서단(45 ; active doulbe balanced mixer stage)에 인가하는 버퍼증폭기(46, 48)를 포함하고, 상기 업콘버터 GaAs MMIC칩(4) 외부에는 PLL칩(10)이 위치한다. 상기 업콘버터 GaAs MMIC칩(4)의 변환이득은 제1도에 나타낸 바와같이 결합된 TV튜너(1)에 있어서, 신호처리회로(18)내에 위치하는 자동이득조정시스템(13 ; automatic gain control system)에 의해 수신되는 신호레벨에 따라 제어된다.

상기 전압제어발진기(47)의 주파수는 업콘버터 GaAs MMIC칩(4)의 외부에 위치하는 VCO공진회로(9)에 의해 결정되고, VCO공진회로(9)에 인가된 전압은 PLL칩(10)에 의해 제어되며, 제1도에 나타낸 바와같이 튜닝시스템(14)이 TV튜너(1)에 결합된다. 여기서, 수신된 RF신호는 수신된 특별한 채널신호의 RF주파수에 관계없이 소정의 더 높은 제1IF주파수로 변환된다.

이미지주파수 문제와, 반(half)IF문제 및, 업콘버터용의 다른 스퍼리어스 제품을 배제하기 위해 2GHz 제1IF주파수가 선택되는 바, 이는 채널 2에서의 가장 낮은 이미지주파수를 2GHz 이상까지 이동시키게 되는데, 여기에는 TV신호가 존재하지 않게 되고, 또한 이 주파수에서의 어떠한 신호도 1GHz의 컷오프주파수에 따른 로우패스필터에 의해 충분하게 감쇄된다. 또한 이것은 반 IF주파수를 1GHz로 이동시키는 바, 여기에는 문제가 없다. 제5도의 업콘버터용 믹서의 스퍼리어스챠트(spurious chart)에 나타낸 바와같이 VHF와 UHF용의 다른 믹서 스퍼리어스 제품은 존재하지 않게 된다. 여기서 가장 낮은 VCO주파수는 2050MHz이면서 가장 높은 VCO 주파수는 2950MHz로서, 그 주파수비는 1.5보다 낮은 바, 이는 제4도에 나타낸 바와 같이 공진회로(9) 내의 광범위하게 이용할 수 있는 실리콘버랙터다이오드와 함께 하나의 밴드를 튜닝함으로써 용이하게 커버할 수 있다.

제2도는 현재 광범위하게 사용되고 있는 종래의 전자 TV튜너를 나타낸 것으로, 이는 VHF와 CATV 채널을 커버하기 위한 제1다운콘버터(42)와 UHF채널을 커버하기 위한 제2다운콘버터(41)를 구비하여 구성된 단일 다운콘버션튜너이다. 이와 같은 단일콘버션 TV튜너와 대비해서 본 발명에 따른 TV튜너는 모든 VHF/CATV/UHF밴드를 커버하기 위한 멀티밴드튜닝을 필요로 하지 않고, 2GHz의 매우 높은 제1중간 주파수에 기인해서 하나의 밴드튜닝을 커버한다. 매우 낮은 잡음과 함께 매우 높은 다이나믹영역을 달성할 수 있으면서 매우 높은 ft GaAs FET'S에 따른 광대역 RF증폭기(44)를 사용함으로써 제2와 제6도에 나타낸 종래의 전자 튜너에 사용된 복잡한 멀티밴드튜너블 RF밴드패스필터(23, 24)는 사용되지 않는다. GaAs FET소자는 본질적으로 매우 낮은 잡음구조와 매우 높은 ft에 대해 실리콘 소자보다 뚜렷이 구별되는 탁월한 특성을 갖추고 있는 바, 여기서 저잡음과 높은 다이나믹영역 광대역 증폭기가 종래 피드백기술을 사용함으로서 설계될 수 있고, 4dB잡음 구조보다 낮으면서 10dB의 이득과 30dB을 넘는 제3차 인터셉트포인트(intercept point)가 1GHz주파수대의 광대역 GaAs FET증폭기용으로 달성된다. 또한 제3도에 도시된 더블 밸런스 FET믹서(45) 역시 단위 콘버션이득 근처의 제3차 인터셉트포인트를 출력하는 30dBm근처의 매우 큰 다이나믹영역과 함께 종래 버랙터 TV튜너에서 사용된 제한된 다이나믹영역에 따른 믹서 소자를 보호하기 위해 제2도와 제6도에 도시된 바와같이 입력해서 복잡한 이중 폴 튜너블 밴드패스필터(27, 28)를 필요로 하지 않는다. 업콘버터용 입력에서 언급된 15dBm보다 더 큰 모든 제3차 인터셉트 포인트는 이러한 GaAs증폭기와 믹서로 실현될 수 있고, -8dBm보다 큰 방해신호 레벨이 제11도에 도시된 소정 입력 밴드패스필터 없이 1퍼센트의 혼변조를 야기하도록 요구 되어진다.

제1도에 도시된 업콘버터(16)로부터의 출력신호는 먼저 업콘버터(16)와 다운콘버터(17)간에 위치한 제1IF밴드패스필터(5)에 인가되는데, 이 제1 IF밴드패스필터(5)의 중심주파수는 본 실시예에서 2GHz 또는 제1 IF신호의 주파수로서 선택된다.

이와 같은 제1 IF밴드패스필터(5)는 제7도에 나타낸 바와 같이 테프론(teflon)기판을 사용한 마이크로스트립선 4폴 밴드패스 필터인 바, 이는 칩캐패시터(144, 146, 152, 154)와 함께 종단 부하로 되는 4개의 공진기 마이크로스트립선(142, 148, 150, 156)과, 개방단 마이크로스트립선(145, 147, 153, 155)으로 이루어진 트리머캐패시터 및, 제8도(a) 내지 제8도(e)에 그 구조가 도시된 조절가능한 동판 탭으로 구성된다. 이렇나 마이크로스트립선 공진기는 결합선(143, 151)과 제8도(a) 내지 제8(c)에 나타낸 개구부(101, 102)를 통해 상호 결합부(149)와 결합된다. 한편, 제7도에 이어서 참조부호 159는 예컨대 제9도에 나타낸 바와 같이 주파수 응답을 예리하게 하는 스커트선택성(skirt selectivity)등을 개선하는 입력단(141)과 출력단(157)간의 결합캐패시터이다. 또한, 응답곡선은 1910MHz와 2100MHz에서 예리한 부분(이하, 노치(notch)라 칭함)으로 정의되는 쌍을 포함하는 바, 입력-출력결합의 결과인 이러한 노치는 피크응답으로부터 60dB 이상 떨어지게 된다. 여기서, 1910MHz에서의 노치는 다운콘버터를 위한 이미지주파수신호를 감쇄시키기 위해 선택되는데, 입력신호는 45.75MHz 출력신호를 발생시키도록 1954.75MHz 국부발진기와 함께 헤테로다인된다.

이와 같은 노치의 존재는 가장자리를 따라가는 주파수응답곡선을 협소하게 하는데, 5dB점에서 약 20MHz 대역폭을 발생시키며, 25dB에서 50MHz 대역폭을 발생시킨다. 도시한 바와 같이 양호한 선택성을 갖춘 소형이면서 저가인 2GHz필터회로는 이중 콘버션 TV튜너를 위해 결정적이므로 상기 필터는 인접채널신호에 의해 발생되는 변조왜곡으로부터 다운콘버터를 보호하기 위한 오직 선택적인 밴드패스필터이고, 또한 다운콘버터로부터 업콘버터를 분리시키며, 스퍼리어스 응답의 발생을 보호하기 위함이다. 2GHz밴드패스필터의 상세한 구조는 제8도(a) 내지 제8도(d)에 나타나 있다.

제8도(a)는 그라운드 호일(ground foil)측의 패턴을 나타낸 것으로, 여기서 참조부호 101과 102는 입력/출력을 위한 결합구멍(coupling hole)으로서, 각각 2개의 2폴밴드패스부간의 상호 결합을 위한 것이다. 그리고 구멍(104) 내지 구멍(108)은 4폴 밴드패스필터를 함께 형성하도록 2폴 밴드패스필터를 설치하기 위한 아이렛(eyelet)용의 판급된 관통구멍이다. 여기서, 구멍(104, 106)은 필터의 정열을 위해 제8도(c)에 도시된 캐패시터트리머판(109)을 마운팅하기 위한 것이다. 또한, 참조부호 120과 121은 다수의 마이크로스트립선 공진기(130)을 위한 칩캐패시터이다. 제8도(C)에는 테프론기판상에 형성된 필터기판(111, 112)이 다수의 아일렛(100, …)과 4폴 밴드패스필터를 형성하기 위한 다수의 캐패시터 트리머판(109)이 도시되어 있다. 그리고, 제8도(d)는 캐패시터트리머판(109)과 일출력단(115)을 조정하기 위한 2개의 구멍(114)을 갖춘 금속샤시(113)로 된 필터의 모듈구조를 나타낸 것이다, 제8도(e)는 호일패턴(116, 117)고, 필터에 삽입된 슬로트(119)와 결합된 튜너의 주회로기판(118)을 나타낸 것이다. 여기서, 필터금속샤시(113)는 필터기판(111, 112)을 수요할 뿐만 아니라 필터샤시와 반대쪽에 위치한 회로간의 효과적인 차폐를 제공한다. 이와 같은 차폐는 VCO가 필터의 각 측상에 위치하기 때문에 매우 중요한 바, 즉 광대역 업콘버터 VCO와 협대역 다운콘버터 VCO, 원하지 않는 스퍼리어스 신호가 2개의 VCO간에 실질적으로 양호한 차폐없이 발생된다. 이는 그 크기가 100mm ×15mm×30mm인 소형 TV튜너팩키지에 알맞도록 충분히 작다.

이때, 상기 제1IF밴드패스필터(5)에서 필터링된 제1 IF신호가 증폭됨과 더불어 낮은 제2중간주파수신호로 변환시키는 다운콘버터 MMIC칩(16)에 인가된다.

제10도는 다운콘버터 MMIC칩의 블록도를 나타낸 것으로, 간단한 노치필터(222 ; notch filter)가 2GHz 증폭기와 믹서간에 제공되는 바, 여기서 노치필터(222)는 이미지 신호를 더욱 감쇄시키고, 또한 2GHz 증폭기에 의해 발생된 이미지주파수에서 잡음을 억제하게 되는데, 이는 다운콘버터 MMIC칩 외부에 설치된다. 제10도에 도시된 바와 같이 다운콘버터 GaAs MMIC칩(6)은 2GHz 증폭기(216 ; 제1IF증폭기)와, 회로소자를 결정하는 제1공진주파수로서 외부에 위치하는 동축 공진기(11)와 함께 협대역 전압제어발진기(220), 액티브 밸런스드 믹서단(217)에 VCO출력신호를 제공하고 증폭하기 위한 버퍼증폭기(221), 제1 45.75MHz 증폭기(218) 및, 2개의 45.75MHz증폭기간에 위치하는 외부의 2폴 45.75MHz 밴드패스필터(12)와 함께 제2 45.75MHz증폭기(219)를 포함하고 있다.

본 실시예에 있어서 제2 VCO주파수는 다운콘버터 MMIC칩(6) 내의 믹서단(217)의 출력에서 45.75MHz 제2 IF신호출력을 발생시키는 1954.75MHZ이다. 또한, 다운 콘버트된 제2IF 신호는 다운콘버터 MMIC칩(6)외부에 설치된 제2 IF밴드패스필터(12)에 제공되기 이전에 제1 45.75MHz증폭기(218)에 의해 증폭된다. 따라서, 필터링된 제2 IF신호는 그 증폭을 위해 다운콘버터 MMIC칩(6)내의 마지막 IF증폭기단(219)에 제공된다. 상기 제2 IF밴드패스 필터(12)의 회로가 제11도(a)에 도시되어 있고, 제11도(b)에는 주파수밴드패스응답이 도시되어 있다. 이는 코일 인덕턴스(61, 62, 63)를 조정함으로써 대부분의 다양한 TV IF주파수를 커버하도록 패스밴드중심주파수를 위한 매우 넓은 튜닝영역을 갖추고 있다. 마지막 45.75MHz증폭기는 높은 선택성의 외부 2폴 45.75MHz 밴드패스필터(12)에 의해 잘 보호되고, 요구되어지는 매우 큰 다이나믹 영역이 요구되는데, 이러한 필터가 증폭기 앞에 위치하지 않으면 용이하게 달성할 수 없다. 이러한 필터는 충분하게 예리한 선택성을 갖추고 있고, 특히 증폭기에 의한 혼변조가 발생되지 않는다. 따라서, 튜너의 모든 이득의 실질적 부분은 잘 보호된 45.75MHz증폭기에 의해 달성된다.

이러한 효과에 따르면 저가의 필터를 용이하게 제조할 수 있고, 외부에 위치하는 GaAs MMIC칩내의 다양한 액티브소자는 전기적 특성을 증가시킬 수 있도록 제조할 수 있는 TV튜너의 집적회로 설계를 가능하게 하는 가장 중요한 요소로서 현재 사용되고 있는 버랙터 TV튜너보다 가격을 낮출 수 있게 된다.

한편, 업콘버터의 앞에 위치한 로우패스필터는 900MHz의 가장 높은 신호 주파수 상의 어느 곳에서든 컷오프주파수를 갖고, 누설로부터 입력단으로 돌아가는 제1 VCO신호를 위한 충분한 감쇄를 제공하기에 충분히 낮으며, 따라서 로우패스필터의 임계 정합이 요구되지 않는다. 업콘버터와 다운콘버터 MMIC칩간에 위치한 제1 IF 2GHz 2폴 밴드패스필터는 1980년 6월 IEEE Transaction on Electron Devices에 게재된 Ulrick Ablassmeler등에 의한 "GaAs FET Up-converter for TV tuner"에 언급한 바와 같은 유전체 공진기 필터에 비해 근소하게 더 감소되고, 1977년 D.L.Ash와 C.S.Hartman에 의해 계약번호 0206-6TQ로서 "HIGH PERFOR-MANCE TV RECEIVER"로 계약되어 Tl's FCC에서 사용된 346.125MHz SAW필터보다 선택성에 있어서의 예리함이 더 낮다. 2GHz에서 SAW 필터는 피에조전기기판(piezoelectric substrate)의 연마된 표면상에 퇴적된 인터디지탈 변환기(interdigital transducer)의 외형적 체적의 제한과 2GHz에서 유전체 4폴 밴드패스필터가 그 크기에 있어서 아직 작용시키기에 충분히 작지 않으며, 저가의 소형 TV튜너를 위해 적용하기에 아직 비용이 낮지 않기 때문에 SAW필터가 적당하지 않다. 본 발명에 따른 제1 IF 2MHz 4폴 밴드 패스필터는 인접 방해 인접신호로부터의 다운콘버터 MMIC칩에 의한 흔변조왜곡의 제한에 대한 충분한 선택성을 갖추고 있고, 위상제거를 달성하도록 설치된 노치와 함께 이미지신호주파수를 위한 충분한 감쇄가 제공되며, 비용이 낮으면서 크기가 작아 용이하게 제조할 수 있다. 다운콘버터 MMIC칩내의 제2믹서의 입력에 위치한 쉰트 노치 밴드리젝트 필터(shunt notch band reject filter)는 Thierry Ducourant등에 의해 1989년 IEEE Microwave and Millimeter-Wave Monolithic Circuits Symposium에서 보고된 "A 3CHIP GaAs DOUBLE CONVERSION TV TUNE SYSTEM WITH 70dB IMAGE REJECTION"에 사용된 바와 같은 복잡한 이미지 제거 믹서의 요구 없이 이미지 제거를 더욱 증가시킬 수 있게 된다.

이러한 노치필터는 이미지주파수에서 부가적으로 10dB 부근의 감소를 제공하고, 70dB이미지제거보다 더 좋은 제1 IF필터선택성은 다운콘버터 MMIC칩용의 이미지제거믹서 없이 달성할 수 있게 된다. 4575MHz 2폴 필터는 튜너를 위해 37dB를 넘는 모든 변환이득을 제공하기에 필요한 20dB부근의 이득을 제공하는 마지막 제2 IF 45.75MHz 증폭기의 앞에 위치한다. 이와같은 45.75MHz 밴드패스필터 앞의 이득은 저잡음형상을 달성하면서 혼변조 왜곡을 제한하도록 충분한 이득을 제공하기 위해 조정된다.

제12도는 본 발명에 따른 튜너와 현재 사용되고 있는 버랙터튜너의 실효 선택성을 나타내고 그래프로서, 현재의 버랙터튜너와 비교해서 본 발명에 따른 튜너의 효과적인 선택성이 로우 VHF밴드에서는 흡사하고, 하이 VHF와 UHF밴드에서는 더 좋다.

이는 현재 버랙터튜너의 튜너블 밴드패스필터는 로우 VHF밴드에서는 좁으나 하이 VHF나 UHF는 넓어 VHF밴드보다는 예리하지 않다. 45.75MHz밴드패스필터 이전의 제2믹서 출력에서 모든 채널을 위한 주파수응답은 제11도에 나타낸 바와 같이 현재 버랙터튜너용 RF주파수응답이 광범위하게 변하는데, 본 발명에 따른 튜너에서는 튜너블 RF밴드패스필터가 사용되지 않기 때문에 실질적으로 일정하다.

제14도(a)와 제14도(b)에 도시한 바와 같이 현재의 버랙터튜너는 입력 VSWR이 높고 인-밴드주파수(in-band frequencies)내에서 변화가 많으나 본 발명에 따른 튜너는 입력회로에 튜너블밴드패스필터가 사용되지 않아 입력 VSWR이 낮을 뿐만 아니라 인-밴드주파수가 AGC바이어스 변화에도 VSWR이 항상 낮다.

한편, IF출력단(7)이 IF출력신호의 처리를 위해 종래의 IF신호처리회로(도시되지 않았음)를 포함하는 신호처리회로(18)에 결합된다. 또한, 신호처리회로(18)는 IF신호의 신호레벨을 검출하는 자동이득조정시스템(13 ; automatic agin control system)을 포함하고, IF증폭기(도시되지 않았음)에 원하는 이득조정신호를 공급한다. 이와 같은 제어신호는 자동이득조정시스템(13)으로부터 업콘버터 GaAs MMIC칩(4)내의 광대역 RF증폭기로 제공된다. 그리고 신호처리회로(18)는 튜너(1)가 결합된 자동주파수조정(AFC)시스템을 더 포함하고 있다. 다운콘버터 MMIC칩(6) 내의 제2 VCO의 주파수는 다운 콘버터 MMIC칩(6) 외부에 위치하는 제2 VCO공진회로(11)에 의해 결정되고, VCO 공진회로(11)에 인가되는 전압은 TV튜너(1)가 결합되어지도록 신호처리회로(18) 내의 AFC 시스템(15)에 의해 제어된다. 따라서, 이는 저잡음을 나타내고, 구성요소 갯수의 실질적 감소에 따른 고다이나믹 TV튜너이면서 어떠한 TV방송시스템에서 세계적으로 널리 사용될 수 있는 개선된 품질과 신뢰성을 갖춘다. 또한 2개의 GaAs MMIC칩과 특이한 기계적구조에 따른 고선택성 IF필터를 갖추고서 이중 콘버션시스템에 유리한 새로운 튜너시스템구조를 실현할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 그 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

[발명의 효과]

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 저잡음 특성을 갖추면서 고주파특성이 우수한 GaAs를 이용한 2개의 MMIC를 사용해서 튜너를 구성함으로서 변조왜곡을 최소화시킬 수 있고, 저가격으로 구성시킬 수 있으며, 세계 각국의 모든 TV와 CATV 및 HDTV를 커버할 수 있게 된다.

Claims (5)

1. RF신호를 인가받는 입력단(2)과, 이 입력단(2)으로부터의 신호를 소정 주파수로 필터링하는 로우패스필터(3), 이 로우패스필터(3)로부터의 출력을 더 높은 제1중간주파수신호로 변환시키는 업콘버터 MMIC칩(4), 이 업콘버터 MMIC(4)칩의 주파수를 결정하는 VCO공진기(9) 및, 이 VCO공진기(9)의 전압을 제어하는 PLL칩(10)으로 구성되어, 수신된 신호를 더 높은 주파수로 변환시키는 광대역 업콘버터(16)와 ; 인가되는 TV/CATV신호를 통과시키면서 이후의 스테이지에서의 소정 신호를 제거하고, 입력단을 통해 누설되어 튜너에서 발생된 국부발진신호를 포함하는 소정 스퍼리어스 신호를 방지하는 제1IF밴드패스필터(5) 및 ; 이 제1IF밴드패스필터(5)에 의해 필터링된 제1IF신호를 더 낮은 제2IF신호로 변환시키는 다운 콘버터 MMIC칩(6)과, 이 다운콘버터 MMIC칩(6)의 외부에 설치되면서 넓은 튜닝영역을 갖춘 제2 IF밴드패스필터(12), 상기 다운콘버터 MMIC칩(6)의 공진주파수를 결정하는 VCO공진기(11) 및 , 상기 다운콘버터 MMIC칩(6)에 의해 변환된 제2IF신호를 출력하는 출력단(7)으로 구성되어, 광대역 업콘버터(16)로부터의 신호를 낮은 주파수로 변환시키기 위한 주파수 다운콘버터(17)를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 이중콘버션 집적회로 TV 튜너.
2. 제1항에 있어서, 상기 업콘버터 MMIC칩(4)은 이득을 제어할 수 있는 수단을 갖춘 광대역증폭기(44)와, 더블 밸런스드믹서단(45) 및, 상기 VCO공진기(9)에 의해 주파수가 결정되는 전압제어발진기(47)를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 이중콘버션 집적회로 TV튜너.
3. 제2항에 있어서, 상기 광대역 증폭기(44)와, 상기 더블 밸런스드믹서단(45) 및, 제압제어발진기(47)가 모두 GaAs MMIC칩내에 집적되도록 된 것을 특징으로 하는 이중콘버션 집적회로 TV튜너.
4. 제1항에 있어서, 상기 다운콘버터 MMIC칩(6)이 제1 IF증폭기(216)와, 액티브 밸런스드믹서단(217), 이 액티브 밸런스드믹서단(217)에 VCO출력신호를 증폭해서 제공하는 버퍼증폭기(221), 제2전압제어발진기(220) 및, 다중단 제2 IF증폭기(218, 219)를 구비하여 구성되고, 이들 모두가 GaAs MMIC칩에 집적되도록 된 것을 특징으로 하는 이중콘버션 집적회로 TV튜너.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 IF 밴드패스필터(5)가 칩캐패시터(144, 146, 152, 154)와 함께 종단부하로 되는 4개의 공진기 마이크로스트립선(142, 148, 150, 156) 및 개방단 마이크로스트립선(145, 147, 153, 155)으로 이루어진 트리머캐패시터와, 2개의 2폴 필터간을 결합하는 제1결합수단(143, 151) 및, 밴드패스 중심주파수 부근에서 예리한 제거를 제공하기 위해 입력단과 출력단사이를 결합하는 제2결합수단(149)을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 이중콘버션 집적회로 TV튜너.