TWI406496B - 提供精確影像拒斥之影像排斥混波器 - Google Patents

Description

提供精確影像拒斥之影像排斥混波器

本發明係關於影像拒斥混波器，更特定言之係關於用於電視調諧器內之影像拒斥混波器，其用於精確拒斥不需要之影像頻率。

傳統電視接收器使用調諧器以調諧或選擇給定頻率範圍(6 MHz、7 MHz或8 MHz)內除全部其他信號外之期望射頻(radio frequency；RF)信號，以便接收期望之通道。圖1為可用於低VHF、VHF及UHF廣播通道之接收的傳統調諧系統。參考圖1，調諧系統10在輸入終端1上接收RF輸入信號。可從陸地廣播或電纜傳輸接收輸入RF信號。輸入RF信號耦合至RF輸入電路，其包括帶通濾波器2、帶止濾波器3(亦稱為「陷波或凹口波濾波器」)以及可從外部控制增益之RF放大器4。RF輸入電路之輸出信號耦合至調諧器電路8，其通常為一積體電路，用於將過濾之輸入RF信號調諧至期望的頻率範圍，並產生具有中間頻率之中間頻率(intermediate frequency；IF)信號。調諧器8可包括一或多個混波器，由混波器5表示，以及一或多個可變本地振盪器，由可變本地振盪器6表示。調諧器電路8內之調諧電壓產生器7產生用於控制帶通濾波器2、帶止濾波器3及可變本地振盪器6之控制信號，以便調諧至期望通道。

調諧器系統10中，使用一或多個混波器5，藉由一或多次頻率轉換將用於選定通道之輸入RF信號轉換為中間頻率。根據指派給接收器及期望通道之中間頻率選擇一或多個本地振盪器6之頻率。若中間頻率低於混波器輸入處的信號頻率，則頻率轉換稱為「降頻轉換」。另外，若本地振盪器之頻率低於輸入RF信號之頻率，則頻率轉換稱為「低側混合」。另一方面，若本地振盪器之頻率高於輸入RF信號之頻率，則頻率轉換稱為「高側混合」。

輸入RF頻率(f_{R F} )、本地振盪器頻率(f_{L O} )及中間頻率(fIF)間的數學關係可說明如下：等式Ia. f_{I F} ＝f_{R F} －f_{L O} (降頻轉換，低側混合)；以及等式IIa. f_{I F} ＝f_{L O} －f_{R F} (降頻轉換，高側混合)。

傳統調諧器系統所遇到的一常見問題係存在位於影像頻率(f_{i m a g e} )之不需要的信號及位於輸入RF頻率(f_{R F} )之需要的信號。調諧器電路內之混波器的操作實際上將不需要之信號與需要之信號一起轉換。不需要之信號疊置於中間頻率的需要之信號上，導致干擾。影像頻率(f_{i m a g e} )與用於降頻轉換及低側混合之本地振盪器頻率(f_{L O} )及中間頻率(f_{I F} )間的關係由下式給出：等式Ib. f_{i m a g e} ＝f_{L O} －f_{I F}

影像頻率(f_{i m a g e} )與用於降頻轉換及高側混合之本地振盪器頻率(f_{L O} )及中間頻率(f_{I F} )間的關係由下式給出：等式IIb. f_{i m a g e} ＝f_{L O} ＋f_{I F}

圖2為頻域表示，其說明降頻轉換、低側混合方案內之影像頻率所引起的干擾問題。參考圖2，將輸入信號之f_{R F} 頻率向下轉換至中間頻率f_{I F} ，如上述等式Ia所給出。然而，將不需要之頻率f_{i m a g e} 亦向下轉換至相同f_{I F} 中間頻率，如上述等式Ib所給出。圖2所示之範例中，不需要之信號的振幅位準甚至高於需要之信號的振幅，導致強大干擾及輸入RF信號內編碼之資訊的毀損。

用於在RF信號至中間頻率的轉換期間消除不需要之影像頻率的方法係熟知的。傳統方法包括在頻率轉換或應用影像拒斥混波器前過濾掉影像頻率。影像拒斥混波器操作以區分並過濾不需要之影像頻率，使得頻率轉換後僅保留位於輸入RF頻率之需要的信號(f_{R F} )。

圖3為一先前技術影像拒斥混波器的電路圖。影像拒斥混波器30在輸入終端31上接收輸入RF信號。具有頻率f_{R F} 之輸入RF信號耦合至需要轉換至位於頻率f_{I F} 之中間頻率的兩個混波器32a及32b。可調諧電壓控制振盪器(voltage－controlled oscillator；VCO)34提供用於調諧至期望廣播通道之本地頻率。相位轉換器33耦合於VCO 34與混波器32b之間。另一相位轉換器35耦合於混波器32b與加法器(或減法器)36之間。加法器36將來自混波器32a及混波器32b之混合信號加合，以產生位於頻率f_{I F} 之IF信號。

以下給出說明圖3之影像拒斥混波器30的操作之數學等式。本說明中，以降頻轉換、低側混合方案操作影像拒斥混波器30。然而，該等等式亦可應用於高側混合方案。

點A處，輸入RF信號由下式給出：

A＝V_{r f} ．sin(2．π．f_{R F} ．t)＋V_{i m a g e} ．sin(2．π．f_{i m a g e} ．t)，點B處，VCO 34之信號由下式給出：B＝V_{l o} ．sin[2．π．(f_{R F} －f_{I F} )．t]

點B'處，相位轉換器33後的VCO 34之信號由下式給出：B'＝V_{l o} ．sin[2．π．(f_{R F} －f_{I F} )．t＋90°]＝…＝…＝V_{l o} ．cos[2．π．(f_{R F} －f_{I F} )．t]

假定g為混波器32a之轉換增益，位於混波器32a之輸出，即點C處的信號由下式給出：

該點中，移除不合需要之頻率。因此點C處，信號由下式給出：

對於位於混波器32b之輸出，即點C'處的信號，可如下寫出相同等式：

該點中，移除不合需要之頻率。因此點C'處，信號由下式給出：

點D處，相位轉換器35後之信號由下式給出：

點E處，加法器36後之信號，即IF信號由下式給出：

用於信號E之等式理論上說明可完全移除作為影像拒斥混波器30之輸出終端的點E中之影像頻率。

然而實際實施方案中，影像拒斥混波器之影像拒斥品質並不完全令人滿意。大多數情形中，實際實施方案中之一個影像拒斥混波器並未移除全部不需要之影像頻率信號。這是由於一個影像拒斥混波器對形成該混波器之裝置的特徵以及用於製造混波器之製程的特徵敏感。製程變異及裝置失配可導致令人不滿意之影像拒斥結果。

例如，參考圖3，若點B及B'處的本地振盪器信號之相位或振幅不完全相同，或者若混波器32a及32b具有裝置失配之缺點，使得兩個混波器呈現輸出信號之相位或振幅的失配，則位於影像頻率之信號的消除並不完美，不需要之影像頻率信號將被傳播，從而毀損向下轉換之需要的RF信號。

圖4為波形圖，其說明點圖3之影像拒斥混波器的點C及D處之波形。如圖4所示，若位於點C及D處之影像頻率信號具有相位或振幅之不平衡，則加法器(減法器)36之取消效果不佳。圖4中，拒斥之影像頻率信號為波形「C-D」。若點C及D處之信號未完全匹配，拒斥之影像頻率信號為零。然而如圖4所示，當點C及D處之信號不匹配，保留殘餘影像頻率信號。圖4內之殘餘影像頻率信號C-D干擾頻率轉換之RF信號，並且非常不合需要。

因此，需要具有改良影像拒斥結果之影像拒斥混波器。

依據本發明之一項具體實施例，影像拒斥混波器包括用於接收一輸入射頻(RF)信號之一輸入終端、一第一混波器、一第一相位轉換器、一第二混波器、一第一輸出調整電路、一第二輸出調整電路、一第二相位轉換器及一組合器。

該第一混波器係耦合以接收輸入RF信號及來自本地振盪器之信號，其中本地振盪器提供具有本地振盪器頻率之一信號。第一混波器包括一第一混波器級及一第一輸出負載級並提供一第一輸出信號。第一相位轉換器係耦合以轉換來自本地振盪器之信號的相位，以及產生一相位轉換之本地振盪器信號。第二混波器係耦合以接收輸入RF信號及相位轉換之本地振盪器信號。第二混波器包括一第二混波器級及一第二輸出負載級並提供一第二輸出信號。第一輸出調整電路耦合至第一混波器之第一輸出負載級，用於修改第一混波器之第一輸出信號的信號波形，而第二輸出調整電路耦合至第二混波器之第二輸出負載級，用於修改第二混波器之第二輸出信號的信號波形。第二相位轉換器係耦合以轉換第二混波器之第二輸出信號的相位，以及產生一相位轉換之輸出信號。最後，組合器係耦合以接收第一輸出信號及相位轉換之輸出信號並組合第一輸出信號及相位轉換之輸出信號，以便提供具有一中間頻率之一輸出信號。

操作中，第一輸出調整電路及第二輸出調整電路操作以修改第一輸出信號及相位轉換器輸出信號之該等信號波形，以便消除具有一中間頻率之該輸出信號內的具有一影像頻率之幾乎全部信號成分。

考慮以下實施方式及附圖後可更好地瞭解本發明。

根據本發明之原理，影像拒斥混波器併入輸出調整電路，其耦合至影像拒斥混波器電路內之第一及第二混波器，因此輸出調整電路操作以修改來自混波器之混合信號，以便實現接近完美之影像信號拒斥。更明確而言，輸出調整電路修改混波器之混合信號，以便極佳地平衡混合信號，從而在組合兩個混合信號時實現接近完美之影像拒斥。一項具體實施例中，輸出調整電路包括可切換連接之被動組件，例如電阻器及電容器，其用於調整第一及第二混波器之各混波器的增益及相移，以便實現接近完美之影像頻率信號消除。另一具體實施例中，亦可在輸出調整電路中使用可切換低通濾波器。藉由使用可切換連接之元件，輸出調整電路因此可加以程式化，並且可隨時間修改增益及相移調整，以確保一致之影像拒斥結果。

圖5為說明依據本發明之第一具體實施例的影像拒斥混波器之示意圖。圖5之影像拒斥混波器與圖3之影像拒斥混波器30係以相同方式加以構造。為簡化論述，圖3及5內之相同元件具有相同參考數字。參考圖5，影像拒斥混波器100在輸入終端31上接收輸入RF信號。具有頻率f_{R F} 之輸入RF信號耦合至需要轉換至位於中間頻率f_{I F} 之中間頻率(IF)信號的第一混波器132a及第二混波器32b。可調諧電壓控制振盪器(VCO)34提供用於調諧至期望廣播通道之本地頻率。第一相位轉換器33耦合於VCO 34與第二混波器132b之間。第二相位轉換器35耦合於第二混波器132b與加法器(或減法器)36之間。加法器36將來自第一混波器132a及第二混波器132b之混合信號加合，以產生位於頻率f_{I F} 之IF信號。

圖5中，所說明之第一及第二混波器132a、132b各包括耦合至混波器電路之輸出負載級。混波器本質上包括混波器電路及耦合至混波器電路之輸出負載級，以用作一負載並按期望格式提供混合輸出信號(電壓或電流信號)。例如，輸出負載級可為一電阻器。當以電路圖說明一混波器時，輸出負載級通常不會分離地加以說明，而是固有地存在。但本說明中，分離地說明輸出負載級，以有利於本發明之說明。因此，圖5中，將第一混波器132a說明為具有混波器級150a及輸出負載級152a，而第二混波器132b說明為具有混波器級150b及輸出負載級152b。應瞭解所顯示之混波器132a及混波器132b各包括一混波器級及一輸出負載級，且具有與圖3所示之混波器32a及混波器32b相同的結構。

傳統影像拒斥混波器中，例如影像拒斥混波器30，兩個混波器之輸出負載級的裝置失配可產生具有不同相移或不同增益之混合輸出信號。因此，無法獲得精確影像拒斥結果。根據本發明，將輸出調整電路併入影像拒斥混波器之第一及第二混波器的各混波器，使得混合輸出信號幾乎完全平衡。依此方式，改善影像拒斥混波器之影像拒斥品質。

圖5之影像拒斥混波器100中，輸出調整電路180a耦合至第一混波器132a，而輸出調整電路180b耦合至第二混波器132b。明確地說，輸出調整電路180a並聯耦合至第一混波器132a之輸出負載級152a，而輸出調整電路180b並聯耦合至第二混波器132b之輸出負載級152b。輸出調整電路180a、180b之各個包括可切換連接之被動組件的一庫。本具體實施例中，輸出調整電路180a包括電容器Cta及電阻器Rta，兩者分別透過開關S1a及S2a與輸出負載級152a並聯地可切換連接。另一方面，輸出調整電路180b包括電容器Ctb及電阻器Rtb，兩者分別透過開關S1b及S2b與輸出負載級152b並聯地可切換連接。開關S1a、S2a、S1b及S2b可用許多方式來實施，一項具體實施例中，該等開關為MOSFET開關。

本具體實施例中，輸出調整電路180a、180b之各個僅包括一電容器及一電阻器。此僅係說明性，其他具體實施例中，輸出調整電路通常包括用於引入期望阻抗之被動組件的一庫。被動組件庫可包括一或多個電容器及/或一或多個電阻器。多個電容器及電阻器可具有相同電容/電阻值或不同電容/電阻值。

輸出調整電路180a及180b修改混波器132a及132b所提供之混合信號，以移除兩個混合信號間的任何不平衡。明確地說，藉由引入與一或兩個輸出負載級並聯的適當電阻，可消除混波器132a及132b間的增益失配。藉由添加適當數量之電阻，稍微修改各混波器之增益，以便使兩個混波器之增益匹配。另一方面，藉由引入與一或兩個輸出負載級並聯的適當電阻，可消除混波器132a及混波器132b間的相移失配。藉由添加適當數量之電阻，稍微修改各混波器之相移，以便使兩個混波器之相移匹配。

藉由使用本發明之輸出調整電路，可藉由透過選擇一或多個開關將期望之阻抗(即電阻、電容或電感)添加至各混波器之輸出負載級。透過影像拒斥混波器外部之控制電路可完成開關之程式化。當引入期望電阻及/或電容時，可使點C及D處之混合信號準確地匹配，從而提供精確影像拒斥。

本發明之輸出調整電路的一特徵係透過使用可程式化開關，所引入之電阻及/或電容的數量可隨時間變化，以根據需要提供不同增益及/或相移調整。因此，當將影像拒斥混波器應用於一系統內時，可在裝置之操作壽命過程中保證影像拒斥混波器之性能。

混波器132a及132b之輸出電壓可如下給出。首先，假定斷開全部開關S1a、S2a、S1b及S2b，以便輸出調整電路不會引入額外阻抗，各混波器132a及132b之輸出電壓由下式給出：等式IIIa. Vout＝i．Load,此處，「Load」表示個別輸出負載級(152a或152b)之阻抗，「i」表示各混波器之輸出的電流。

現在假定輸出調整電路180a內之開關S2a閉合，混波器132a之輸出電壓變為：等式IIIb. Vout＝i1．Load＋i2．Rta,此處電流i1表示流經輸出負載級152a之電流，電流i2表示流經電阻器Rta之電流。

另一方面，假定輸出調整電路180a內之開關S1a閉合，混波器132a之輸出電壓變為：等式IIIc. Vout＝i1．Load＋i3．j．ω．Cta,此處電流i1表示流經輸出負載級152a之電流，電流i3表示流經電容器Cta之電流。

藉由檢驗等式IIIa至IIIc，可看出透過使用開關S1a及S1b來引入阻抗，可從起始條件(等式IIIa)修改混波器132a之輸出電壓。例如，藉由如以上等式IIIb所示引入電阻，修改位於混波器132a之輸出的信號波形之振幅。藉由如以上等式IIIc所示引入電容，修改位於混波器132a之輸出的信號波形之相位。相同信號波形修改透過在輸出調整電路180b內使用開關S1b及S2b應用於混波器132b。

一項具體實施例中，藉由在影像拒斥混波器之輸出信號(即IF信號)中偵測位於影像頻率之信號的存在，決定需要添加之阻抗數量。偵測位於影像頻率之信號後，則可透過應用一或多個開關以給混波器之輸出負載級添加期望數量之電阻及電容，提供適當校正。

依據本發明之另一方面，將需要耦合至影像拒斥混波器內之混波器的輸出負載級之輸出調整電路配置為低通濾波器。圖6為說明依據本發明之第二具體實施例的影像拒斥混波器之示意圖。圖7為說明依據本發明之第三具體實施例的影像拒斥混波器之示意圖。為簡化說明，圖5至7內之相同元件具有相同參考數字。

參考圖6，輸出調整電路182a耦合至混波器132a之輸出終端(點C)，而輸出調整電路182b耦合至混波器132b之輸出終端(位於耦合至點C'之相位轉換器35的輸出)。本具體實施例中，輸出調整電路182a、182b之各個係配置為低通濾波器。明確地說，輸出調整電路182a包括連接於混波器132a之輸出終端(點C)與耦合至加法器(或減法器)36之第一輸入終端的節點190a間之電阻器R1a。電容器C1a及C2a之庫與節點190a並聯地可切換連接。電阻器R1a及一或多個電容器C1a及C2a的組合形成低通濾波器，其用於對混波器132a之輸出信號波形施加低通濾波。輸出調整電路182b與輸出調整電路182a以相同方式加以構造，其中電阻器R1b連接於相位轉換器35之輸出終端與節點190b之間，並且電容器C1b及C2b之庫與節點190b並聯地可切換連接，從而形成一低通濾波器。

參考圖7，輸出調整電路184a及184b之各個係配置為具有可切換連接之電阻器及電容器元件的低通濾波器。藉由包括可切換電阻器元件，低通濾波器之操作參數可加以精細調諧，以提供精確的輸出電壓修改。

圖6中，輸出調整電路182a及182b之各個中的低通濾波器包括兩個可切換連接之電容器的庫。圖7中，輸出調整電路184a及184b之各個中的低通濾波器包括可切換連接之電容器以及一可切換連接之電阻器的庫。應瞭解圖6及7內顯示的具體實施例僅為說明性，其他具體實施例中，輸出調整電路內之低通濾波器可包括一或多個可切換連接之電阻器及/或一或多個可切換連接之電容器。多個電阻器及電容器可具有相同或不同電阻/電容值。

應注意，混波器132a及132b通常係構造成提供不同輸出信號。為便於說明，圖5至7內說明的混波器電路僅具有一個輸出信號。應瞭解圖5至7內的混波器132a及132b可具有位於點C及C'之差動輸出信號。該情形中，提供用於差動輸出信號之各個之分離輸出調整電路。

以上實施方式係用於說明本發明之特定具體實施例，而非用於限制。在本發明之範圍內可實施許多修改及變更。本發明係由所附申請專利範圍定義。

1．．．輸入終端

2．．．帶通濾波器

3．．．帶止濾波器

4．．．射頻放大器

5．．．混波器

6．．．本地振盪器

7．．．調諧電壓產生器

8．．．調諧器

10．．．調諧系統

30．．．影像拒斥混波器

31．．．輸入終端

32a．．．混波器

32b．．．混波器

33．．．相位轉換器

34．．．電壓控制振盪器

35．．．相位轉換器

36．．．加法器

100．．．影像拒斥混波器

132a．．．混波器

132b．．．混波器

150a．．．混波器級

150b．．．混波器級

152a．．．輸出負載級

152b．．．輸出負載級

180a．．．輸出調整電路

180b．．．輸出調整電路

182a．．．輸出調整電路

182b．．．輸出調整電路

184a．．．輸出調整電路

184b．．．輸出調整電路

190a．．．節點

190b．．．節點

圖1為可用於低VHF、VHF及UHF廣播通道之接收的傳統調諧系統。

圖2為頻域表示，其說明降頻轉換、低側混合方案內之影像頻率信號所引起的干擾問題。

圖3為一傳統影像拒斥混波器的電路圖。

圖4為波形圖，其說明點圖3之影像拒斥混波器的點C及D處之波形。

圖5為說明依據本發明之第一具體實施例的影像拒斥混波器之示意圖。

圖6為說明依據本發明之第二具體實施例的影像拒斥混波器之示意圖。

圖7為說明依據本發明之第三具體實施例的影像拒斥混波器之示意圖。

31．．．輸入終端

33．．．相位轉換器

34．．．電壓控制振盪器

35．．．相位轉換器

36．．．加法器

100．．．影像拒斥混波器

132a．．．混波器

132b．．．混波器

150a．．．混波器級

150b．．．混波器級

152a．．．輸出負載級

152b．．．輸出負載級

180a．．．輸出調整電路

180b．．．輸出調整電路

Claims (14)

1. 一種影像拒斥混波器，其包含：一輸入終端，其用於接收一輸入射頻(RF)信號；一第一混波器，其係耦合以接收該輸入RF信號及來自一本地振盪器之一信號，該本地振盪器提供具有一本地振盪器頻率之一信號，該第一混波器包括一第一混波器級及一第一輸出負載級並提供一第一輸出信號；一第一相位轉換器，其係耦合以轉換來自該本地振盪器之該信號的一第一相位，以及產生一相位轉換本地振盪器信號；一第二混波器，其係耦合以接收該輸入RF信號及該相位轉換本地振盪器信號，該第二混波器包括一第二混波器級及一第二輸出負載級並提供一第二輸出信號；一第一輸出調整電路，其耦合至該第一混波器之該第一輸出負載級，以便修改該第一混波器之該第一輸出信號的一信號波形；一第二輸出調整電路，其耦合至該第二混波器之該第二輸出負載級，以便修改該第二混波器之該第二輸出信號的一信號波形；一第二相位轉換器，其係耦合以轉換該第二混波器之該第二輸出信號的一第二相位，以及產生一相位轉換輸出信號；以及一組合器，其係耦合以接收該第一輸出信號及該相位轉換輸出信號並組合該第一輸出信號及該相位轉換輸出 信號，以便提供具有一中間頻率之一輸出信號，其中該第一輸出調整電路及該第二輸出調整電路操作以修改該第一輸出信號及該相位轉換輸出信號之信號波形，以便消除具有一中間頻率之該輸出信號內的具有一影像頻率之幾乎全部信號成分。
2. 如請求項1之影像拒斥混波器，其中該等第一及第二輸出調整電路之該各電路包含一或多個可切換連接之被動電性組件，該等一或多個可切換連接之被動電性組件彼此以及與該個別混波器之該個別輸出負載級並聯連接，並且可操作以修改該個別混波器之該個別輸出負載級的阻抗。
3. 如請求項2之影像拒斥混波器，其中該等一或多個可切換連接之被動電性組件包含一或多個可切換連接之電阻器。
4. 如請求項3之影像拒斥混波器，其中該等一或多個可切換連接之電阻器包含具有相同電阻值之電阻器。
5. 如請求項3之影像拒斥混波器，其中該等一或多個可切換連接之電阻器包含具有不同電阻值之電阻器。
6. 如請求項2之影像拒斥混波器，其中該等一或多個可切換連接之被動電性組件包含一或多個可切換連接之電容器。
7. 如請求項3之影像拒斥混波器，其中該等一或多個可切換連接之電容器包含具有相同電容值之電容器。
8. 如請求項3之影像拒斥混波器，其中該等一或多個可切換 連接之電容器包含具有不同電容值之電容器。
9. 如請求項1之影像拒斥混波器，其中該等第一及第二輸出調整電路之該各電路包含一低通濾波器，其係耦合以接收該第一混波器之該第一輸出信號以及該第二混波器之該相位轉換輸出信號的該個別信號，該低通濾波器向該組合器提供一過濾之輸出信號。
10. 如請求項9之影像拒斥混波器，其中該低通濾波器包含：一輸入節點，其接收該第一混波器之該第一輸出信號及該第二混波器之該相位轉換輸出信號的該個別信號；一第一電阻器，其係連接於該輸入節點與一輸出節點之間；以及一或多個可切換連接之被動電性組件，其係並聯連接於該輸出節點與一電源供應節點之間。
11. 如請求項10之影像拒斥混波器，其中該等一或多個可切換連接之被動電性組件包含一或多個可切換連接之電阻器。
12. 如請求項10之影像拒斥混波器，其中該等一或多個可切換連接之被動電性組件包含一或多個可切換連接之電容器。
13. 如請求項1之影像拒斥混波器，其中該第一相位轉換器提供一90°之相位轉換，且該第二相位轉換器提供一-90°之相位轉換。
14. 如請求項1之影像拒斥混波器，其中該組合器包含一加法器或一減法器。