专利名称：电视调谐器以及处理一接收射频信号的方法
技术领域：
本发明有关于电视调谐器，特别指一种具有一单一锁相回路的电视调谐器。
背景技术：
在电视系统当中，调谐器(tuner)的成本通常在整体成本中占有不小的比重，而随着将电视的功能综合到个人计算机系统(或是其他的电子装置)中的需求慢慢增加，对调谐器成本降低的考虑愈显重要。事实上，电视调谐器可以是先制造于电路版上，然后才被装设在个人计算机系统当中，故个人计算机亦可以具备电视的功能。这种的调谐器可以将一射频电视信号转变成一基频(或低频)视频信号，然后再将基频(或低频)视频信号传送至个人计算机内的其他元件，以进行后续的视频处理工作。
图1为公知技术的电视调谐器100的示意图(美国专利第5,737,035号)。图1中的调谐器100包含有一芯片化电路(on-chip circuit)102以及一位于芯片外的(off-chip)带通滤波器104。芯片化电路102包含有一低噪声放大器(LNA)106，一第一混频器108，一第二混频器110，一第二中频放大器112，多个第一压控振荡器114，一第一锁相回路116，一第二压控振荡器118，以及一第二锁相回路120。
由于使用了芯片外的带通滤波器104、特殊用途的镜像排斥型混频器(作为第二混频器110)，以及多个锁相回路来控制每一个振荡信号的频率，上述公知技术的作法会增加电视调谐器100的整体成本以及系统复杂度。
发明内容
故本发明的一个目的在于提供一种具有一单一的锁相回路的电视调谐器。
本发明公开了一种电视调谐器，包含有一第一混频器，用来将一选定射频信号与一第一振荡信号混频以产生一中频信号；一第二混频器，用来将该中频信号与一第二振荡信号混频以产生一输出信号；以及一锁相回路，耦接于该第一混频器以及该第二混频器，用来产生该第一振荡信号和该第二振荡信号，其中该第一振荡信号和该第二振荡信号对应于该选定射频信号。
至于本发明所公开的一种用来处理一接收射频信号的方法则包含有依据一选定射频信号，使用一锁相回路中一单一的第一压控振荡器产生一第一振荡信号，使用该锁相回路中一单一的第二压控振荡器产生一第二振荡信号；将该选定射频信号与该第一振荡信号混频以产生一中频信号；以及将该中频信号与该第二振荡信号混频以产生一输出信号。
图1为公知技术一高度整合的电视调谐器的示意图。
图2为本发明的调谐器的一实施例示意图。
图3为本发明的调谐器的另一实施例示意图。
图4为本发明用来处理一接收射频信号的方法流程图。
主要元件符号说明100、200、300 调谐器102 芯片化电路104 带通滤波器106、202低噪声放大器108、110、204、230 混频器112 中频放大器114、118、224、226 压控振荡器116、120、218 锁相回路206、212混频器208、214、232 低通滤波器210、216增益放大器220 相位频率检测器222 回路滤波器228、30490度相位延迟单元234 分频器(除法器)302、306、310 谐波混频器
308 45度相位延迟单元具体实施方式
请参阅图2，图2为本发明的电视调谐器的一实施例示意图。本实施例中的电视调谐器200包含有一可变增益低噪声放大器(LNA)202，一第一混频器204，一同相混频器(in-phase mixer)206，一同相低通滤波器208，一同相可编程增益放大器(PGA)210，一正交混频器212，一正交低通滤波器214，一正交可编程增益放大器216，以及一单一的锁相回路(PLL)218。锁相回路218包含有一相位频率检测器(PFD)220，一回路滤波器222，一第一压控振荡器224，一第二压控振荡器226，一90度相位延迟单元228，一第四混频器230，一低通滤波器232，以及一用来除以M的反馈分频器234。
可变增益低噪声放大器202可对一接收射频信号RF_in进行放大，第一混频器204则将放大后的射频信号与一第一振荡信号LO1混频以产生一中频信号IF(以频率而言，IF＝LO1-RF)。同相混频器206则将IF信号与一第二振荡信号LO2混频以产生一同相输出信号207。接下来，由同相低通滤波器208负责对同相输出信号207进行滤波，抑制频道外的干扰噪声，再由同相可编程增益放大器210放大同相低通滤波器208所输出的信号以产生一同相基频信号I。相似的，正交混频器212将IF信号与一信号LO2_90°(第二振荡器信号LO2经过90度相位延迟的结果)混频以产生一正交输出信号213。接下来，由正交低通滤波器214负责对正交输出信号213进行滤波，再由正交可编程增益放大器216放大正交低通滤波器214所输出的信号以产生一正交基频信号Q。
在图2的实施例中，锁相回路218用来产生第一振荡信号LO1，第二振荡信号LO2，以及信号LO2_90°。相位频率检测器220则比较一参考信号FREF与一反馈信号FFB的相位，以产生一相对应的误差信号221。误差信号221的脉波宽度(pulse width)可以用来表示参考信号FREF与反馈信号FFB之间相位差异的大小。依据误差信号221所表示出的参考信号FREF与反馈信号FFB之间的快慢关系，回路滤波器222中的电容会被充电或是放电。就其本质而论，回路滤波器222类似积分器一般进行工作，而累积相对应于误差信号221的一净电荷(net charge)。由回路滤波器所产生的回路滤波器电压VTUNE则会被用于第一压控振荡器224以及第二压控振荡器226上。第一压控振荡器224与第二压控振荡器226分别可产生第一与第二振荡信号LO1、LO2。而为了要能同时产生同相以及正交输出信号，90度相位延迟单元228则可以延迟信号LO2的相位以产生信号LO2_90°。此处需注意的是，在实施上，除了图2所示的作法以外，90度相位延迟单元亦可以设置于PLL电路228的外部。
以下的方程式1用来显示两个振荡信号LO1、LO2以及于RF信号中的选定通道之间的关系。于方程式1中，RF代表在接收信号中选定通道的频率，LO1为第一振荡信号的频率，至于LO2则为第二振荡信号的频率。
RF＝LO1-LO2(方程式1)而第一压控振荡器224与第二压控振荡器226对于回路滤波器电压VTUNE的变化会具有相反的反应状况，举例来说，若回路滤波器电压VTUNE变大了，第一振荡信号LO1的频率就会增加，第二振荡信号LO2的频率则会下降。以下的方程式2与方程式3则分别显示出第一振荡信号LO1的频率变化LO1以及第二振荡信号LO2的频率变化LO2相对于回路滤波器电压ΔVTUNE的电压变化以及一VCO增益因数K之间的关系。
LO1≈|K|*ΔVTUNE(方程式2)LO2≈(-|K|)*ΔVTUNE(方程式3)请注意，第一压控振荡器224以及第二压控振荡器226并不一定会具有相同的VCO增益因数K，上述两个方程式中使用了相同的符号K主要是为了表示出第一压控振荡器224以及第二压控振荡器226对于回路滤波器电压VTUNE的变化会有相反的反应方向。然而，在其他的实施例中，亦可以让第一压控振荡器224具有一第一增益因数K1，第二压控振荡器226则具有一第二增益因数K2。
第四混频器230可将第一与第二振荡信号LO1、LO2混频以产生一信号231。信号231中于频率(LO1+LO2)处具有一较高的频率成分，于频率(LO1-LO2)处则具有一较低的频率成分。低通滤波器232则负责滤除前述于频率(LO1+LO2)处的频率成分，至于一反馈分频器234则依据接收射频信号RF_in中的选定通道，将于频率(LO1-LO2)处的频率成分除以M。如此一来，即可产生于闭合回路(closed-loop)锁相回路运作中所需的反馈信号FFB。方程式4中显示了接收射频信号RF_in中选定通道的频率会等于除数M乘上参考信号FREF。
选定通道的频率＝FREF*M(方程式4)
接下来，PFD 220会比较信号FREF与反馈信号FFB的相位，而由回路滤波器222所产生的回路滤波器电压VTUNE就可用来控制第一与第二压控振荡器224、226。由于锁相回路218具有闭合回路的结构，到达稳定状态时，第一压控振荡器224与第二压控振荡器226就会产生出适当的第一振荡信号LO1与第二振荡信号LO2，而(LO1-LO2)则会是参考信号FREF的M倍(此即对应于信号RF_in中的选定通道)。然后，第一混频器204、第二混频器206与第三混频器212就可以将RF_in中的选定通道下转换(down-convert)成同相基频信号I以及正交基频信号Q。
请参阅图3，图3为本发明的调谐器的另一实施例示意图。电视调谐器300大致上包含有相似于电视调谐器200的组成元件，不同处在于图2中的第一混频器204、第二混频器206以及第三混频器212在图3中分别改成了一第一谐波混频器(harmonic mixer)302、一第二谐波混频器306以及一第三谐波混频器310。另外，电视调谐器300还包含有一第二90度相位延迟单元304以及一45度相位延迟单元308。第二90度相位延迟单元304可产生第一振荡信号LO1经过相位延迟90度之后的信号，而第一振荡信号LO1以及其经过90度相位延迟后的信号都被耦合至第一谐波混频器302。另外，在图3的实施例中，第二振荡信号LO2以及其经过90度相位延迟后的信号LO2_90°都被耦合至第二谐波混频器306。45度相位延迟单元308所产生第二振荡信号LO2经过相位延迟45度与135度的信号则都被耦合至第三谐波混频器310。
而在实际上，第一、第二、第三谐波混频器302、306、310皆可使用无源谐波混频器(passive harmonic mixer)来实施。关于谐波混频器的操作、实施方式、以及其特点，请参照申请时间为为2003年6月的美国第10/604018号的专利申请“无源谐波混频器(Passive Harmonic Mixer)”。由于使用到了谐波混频器302、306以及310，锁相回路218所提供的第一振荡信号LO1与第二振荡信号LO2仅需提供正常操作时一半频率即可。此一特点可以降低锁相回路218在设计上的复杂度。至于具有谐波结构的电视调谐器的操作方式与特点则请参考申请时间为为2003年12月的美国第10/707319号的专利申请“以谐波混频器为基础的电视调谐器与处理接收射频信号的方法(HARMONIC MIXER BASED TELEVISION TUNER AND METHOD OF PROCESSING ARECEIVED RF SIGNAL)”。
最后请参阅图4，图4为本发明用来处理一接收射频信号的方法流程图，以下将详述图4中的各个步骤步骤400使用一单一的锁相回路产生一第一及一第二振荡信号，其中第一振荡信号的频率减去第二振荡信号的频率等于该接收射频信号中一选定通道的频率。进入步骤402。
步骤402将该接收射频信号与第一振荡信号LO1混频以产生一中频信号IF。进入步骤404。
步骤404将中频信号IF与第二振荡信号LO2混频以产生一同相基频信号，并将中频信号IF与第二振荡信号LO2经过相位延迟后的信号混频以产生一正交基频信号。
根据上述本发明的实施例，由于第二混频器206、306以及第三混频器212、310可以直接将第一中频信号IF转换至基频，故不需要使用带通滤波器来将镜像信号移除。另外，第二混频器206、306以及第三混频器212、310可为一般混频器。且于本发明的调谐器中，使用一个锁相回路218来产生振荡信号LO1、LO2，可降低调谐器使用的元件数量。
一较佳实施例，由于频道外的干扰信号直到低通滤波器208、214才被抑制，故前面的元件(低噪声放大器202，第一混频器204，正交混频器212与同相混频器206)具有较好的线性度，可减少干扰信号的影响。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所进行的等效变化与修改，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种调谐器，包含有一第一混频器，用来将一选定射频信号与一第一振荡信号混频以产生一中频信号；一第二混频器，用来将该中频信号与一第二振荡信号混频以产生一输出信号；以及一锁相回路，耦接于该第一混频器以及该第二混频器，用来产生该第一振荡信号和该第二振荡信号。
2.如权利要求1所述的调谐器，其中该第一振荡信号和该第二振荡信号对应于该选定射频信号。
3.如权利要求1所述的调谐器，其中该锁相回路包含一第一压控振荡器，用来产生该第一振荡信号；以及一第二压控振荡器，用来产生该第二振荡信号。
4.如权利要求3所述的调谐器，其中该第一压控振荡器与该第二压控振荡器对于一控制信号的变化所产生的反应相反。
5.如权利要求3所述的调谐器，其中该锁相回路还包含一相位频率检测器，用来比较一参考信号与一反馈信号以产生一误差信号；一回路滤波器，耦接于该相位频率检测器，用来根据该误差信号以产生一控制信号；一第四混频器，与该第一及该第二压控振荡器相耦接，用来将该第一振荡信号与该第二振荡信号混频；以及一低通滤波器，耦接于该第四混频器，用来对该第四混频器所输出的信号滤波。
6.一种处理一接收射频信号的方法，该方法包含有依据一选定射频信号，使用一锁相回路产生一第一振荡信号和一第二振荡信号；将该选定射频信号与该第一振荡信号混频以产生一中频信号；以及将该中频信号与该第二振荡信号混频以产生一输出信号。
7.如权利要求6所述的方法，其中该第一振荡信号和该第二振荡信号的频率差对应于该选定射频信号的频率。
8.如权利要求7所述的方法，其中该第一振荡信号和该第二振荡信号的频率差等于该选定射频信号的频率。
9.如权利要求6所述的方法，其中产生该第一以及该第二振荡信号的步骤还包含比较一参考信号与一反馈信号以产生一误差信号；根据该误差信号产生一控制信号；依据该控制信号产生该第一振荡信号以及该第二振荡信号；将该第一振荡信号与该第二振荡信号混频；以及根据混频得出的结果产生该反馈信号。
10.如权利要求6所述的方法，其中该输出信号还包含有一同相基频信号以及一正交基频信号。
全文摘要
一种电视调谐器，包含有一第一混频器，用来将一接收射频信号与一第一振荡信号混频以产生一中频信号；一第二混频器，用来将该中频信号与一第二振荡信号混频以产生一同相基频输出信号；一第三混频器，用来将该中频信号与一第三振荡信号混频以产生一正交基频输出信号；以及一锁相回路，耦接于该第一以及该第二混频器，依据该接收射频信号中的一选定通道，产生该第一以及该第二振荡信号。
文档编号H03D7/00GK1652462SQ200510007958
公开日2005年8月10日 申请日期2005年2月4日 优先权日2004年2月6日
发明者李亮辉, 涂聪琦, 苏东铭 申请人:瑞昱半导体股份有限公司