专利名称：一种基于带通∑-△调制的宽带调谐器及其方法
一种基于带通E-A调制的宽带调谐器及其方法
技术领域：
本发明涉及电子电路领域，特别是关于数字电视宽带调谐器领域。背景技术：
随着通讯技术及压缩技术的发展，全球的电视广播已经逐步从模拟电视广播发展 为数字电视广播。数字电视广播中节目制作者将数字节目信号发射出去，用户端通过数字 电视接受装置接收信号并转换成电视可以播放的画面。如图1所示，现有的数字电视的整个信号传输过程主要包括数字电视接收装置 的天线接收到的射频数字节目信号，然后天线接收到的射频信号经过调谐器调制，其中调 谐器的功能与一般的无线接收机功能相近，其负责将接收的射频信号进行放大并降频到中 频范围。经过调谐器降频之后的信号再经过模数转换器(A/D转换)转换成数字信号，然后 经过解调器对数字信号进行解调，再后经过解码器处理这些数字信号转换成可以播放的模 拟信号进行播放。在已有技术中，用于数字电视(digital TV)的调谐器芯片通常有两种解决方 案，一种是纯模拟方案，其中纯模拟的解决方案需要高动态空间的混频器(High Dynamic Range Mixer)，同时要解决谐波干扰(Harmonic Interference)的问题。因为通常的混频 器采用的是方波而非谐波信号，不可避免的引入奇次谐波干扰。同时由于大参数模拟器件 的集成难度较高，模拟滤波器也是一个比较难以集成的电路成分。纯模拟调谐器中比较成 功的电路是Microtune公司采用的Super Heterodyne结构，先升频率再降频。该方案有效 解决了谐波干扰问题，但是需要一个外设的表面机械波滤波器，集成度较低。用于数字电视(digital TV)的调谐器芯片的另外一种方案是数模混合方案，数模 混合的降频方案被广泛应用在DVB-C，DVB-T等数字电视调谐器方案中。数模混合的方案 一般是通过一个大动态空间的混频器直接将所需频段信号降频到低中频，然后通过模数转 换，利用DSP方法清除负频率干扰。该方法的优点是集成度高，避免了模拟滤波的缺点。现 有的数模混合方案的缺点在于在进行模数转换时它需要一个很高动态空间的模拟数字转 换器(ADC)，同时由于大量带外信号的存在，相位噪音的干扰也非常显著。因此，有必要提出一种新的解决方案以克服现有技术的前述缺陷。
发明内容本发明的目的在于提供一种集成度高而且动态空间要求低的数字电视调谐器。本发明的另一目的在于提供一种数字电视调谐器的调制方法。为达成前述目的，本发明一种基于带通E "A调制的宽带调谐器，其包括低噪音 前置放大器、抗混叠低通滤波器，带通E -A模数转换器，所述低噪音前置放大器的输出 端与所述抗混叠低通滤波器的输入端相连，所述抗混叠低通滤波器的输出端与所述带通 E -A模数转换器的输入端相连；输入信号输入到低噪音前置放大器，经所述低噪音前置 放大器放大处理的信号输入到所述抗混叠低通滤波器，经所述抗混叠低通滤波器滤波之后的信号输入到所述带通E -A模数转换器进行调制，经所述带通E -A模数转换器输出得 到数字信号。进一步地，其中所述带通E -A模数转换器为利用开关电容实现的离散时间域带 通E -A模数转换器。进一步地，其中所述带通E -A模数转换器为利用模拟滤波器实现的连续时间域 带通E -A模数转换器。进一步地，其中所述带通E -A模数转换器为不同阶次或不同响应函数的带通 E -A模拟数转换器。进一步地，其中所述E -A模数转换器至少包括一个加法器、一个带通滤波器、一 个比较器、一个1位数模转换器及一个数字滤波器和采样抽取电路，输入信号与反馈信号 经过所述加法器求和之后输入所述带通滤波器滤波，经所述带通滤波器滤波后的信号输入 所述比较器与参考电压作比较之后输出1位数字信号，所述1位数字信号经所述数模转换 器转换为模拟信号作为前述与输入信号求和的所述反馈信号，同时所述1位数字信号经过 所述数字滤波器和采样抽取电路输出多位数字信号。进一步地，其中所述E -A模数转换器的带通滤波器的参数是基于所述E -A模 数转换器的采样时钟频率可调的。进一步地，其中所述E -A模数转换器的带通滤波器的结构取决于对旁带抑制的 要求和硬件成本的要求。为达成前述另一目的，本发明一种宽带调谐器的调谐方法，其先将模拟输入信号 经过基于带通E -A调制的宽带调谐器进行调制得到数字信号，然后对数字信号进行降频 或滤波处理得到中频信号。与现有技术相比，本发明的数字电视调谐器不需要混频，直接将模拟信号先通过 带通调制电路转换成数字信号，再对数字信号进行降频或者滤波处理。由于本发明采用 带通调制降低了输入信号的带宽，降低了 E -A模拟数字转换器的动态空间要求；通过对 E -A模拟数字转换器ADC响应函数的调整，该调谐器可以有效包含整个50-800MHZ的数 字电视频段；由于避免了大参数模拟器件，该调谐器可以有效的和基带解调电路集成在单 芯片中。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本 领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它 的附图。图1为现有数字电视的信号接收示意图。图2为本发明数字电视调谐器的结构框图。图3为本发明数字电视调谐器中模数转换器的结构示意图。图4为本发明数字电视调谐器的模数转换器中的带通滤波器的一个实施例的结 构示意图。图5为本发明数字电视调谐器中的模数转换器中的带通滤波器的另一实施例的结果示意图。
具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述。很显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基 于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不脱离本发明本质和精神的情况下所获得的 所有其它实施例，都属于本发明公开和保护的范围。在该说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”可能并非指的是同一个实施例， 也不是与其它实施例相互排斥的相互独立或选择性的实施例。本发明涉及的是用于对射频信号进行调制的调谐器，在本发明的一个实施例中， 其是用于数字电视的接收装置中的数字电视调谐器，由于本发明主要涉及的是调谐器部 分，对于数字电视的信号接收、信号编码解码等其他环节，熟悉该技术领域的普通技术人员 应当能够理解，为避免对本发明的内容造成混淆，本发明不再对这些其他环节做详细说明。请参阅图2所示，本发明数字电视调谐器，其主要包括低噪音前置放大器11、抗混 叠低通滤波器12以及带通E -A模数转换器13。其中数字电视接收器的天线接收到的射频信号，先经过低噪音前置放大器11进 行信号放大。经过放大的信号输入抗混叠低通滤波器12。因为根据采样定理，最低采样频率 必须是信号频率的两倍。反过来说，如果给定了采样频率，那么能够正确显示信号而不发 生畸变的最大频率叫做恩奎斯特频率，它是采样频率的一半。如果信号中包含频率高于奈 奎斯特频率的成分，信号将在直流和恩奎斯特频率之间畸变。采样率过低的结果是还原的 信号的频率看上去与原始信号不同。这种信号畸变叫做混叠(alias)。出现的混频偏差 (aliasfrequency)是输入信号的频率和最靠近的采样率整数倍的差的绝对值。采样的结果 将会是低于奈奎斯特频率的信号可以被正确采样。而频率高于奈奎斯特频率的信号成分采 样时会发生畸变。因此在进行A/D转换之前需要设置一个抗混叠低通滤波器。抗混叠低通滤波器12将信号中高于奈奎斯特频率的信号成分滤去之后，经过抗 混叠低通滤波器滤波之后的信号输入带通E -A模数转换器13，经带通E -A模数转换器 13转换后输出的信号变为数字信号。其中在本发明一个实施例中的E -A模数转换器为一个二阶E -A模数转换器， 其结构框图如图3所示，其包括第一加法器21、第一带通滤波器22、第二加法器23、第二 带通滤波器24、1位比较器25、1位数模转换器26、数字滤波器和采样抽取电路27。结合图2所示，经过抗混叠低通滤波器滤波之后的模拟输入信号输入该E -AADC 转换器，其中模拟输入信号Vin与一个反馈信号共同输入第一加法器21，经过第一加法器 21进行加法处理后经过第一带通滤波器22进行滤波，由于第一带通滤波器为带通滤波器， 可以选择性地滤掉一些频率的信号而保留一定带宽的频率信号。经过第一带通滤波器22 滤波后的输出信号与一个反馈信号经过第二加法器23进行加法处理后输入到与第二加法 器23相连的第二带通滤波器24，经过第二带通滤波器24滤波后的输出信号与接地信号分 别输入所述比较器25的两个输入端，其中所述比较器25的时钟频率为kfs，经过所述比较 器25输出的即为1位的数字信号。其中输入第一加法器21和第二加法器23的前述反馈信号即经过比较器25输出的数字信号再经过一个数模转换器26转换成的模拟信号。经过 比较器25输出的是1位数字信号，该数字信号再经过数字滤波器和采样抽取电路27，输出 变为N位数字信号。如图4所示其为图3所示本发明一个实施例的E -A模数转换器所用的带通滤波 器的结构示意图，如图所示所述带通滤波器包括运算放大器，其中输入信号经过电容C1和 开关SI、S2输入运算放大器的第一输入端，在两个开关SI、S2的连接点与地之间连接有一 个电容C2。运算放大器的第一输入端与输出端之间连接有一个电容C3，与电容C3并联的 有两个相互串联的开关SI、S2，在两个开关的连接点与地之间连接有一个电容C4。所述带 通滤波器为利用开关电容实现的离散时间域带通滤波器，因此整个E -A模数转换器即为 利用开关电容实现的离散时间域带通E-A模数转换器。如图所示，其传递函数H(z)为
—nz—1/2= CI + C2
C3 + C4-Z"'C3如图5所示，其为本发明的一个实施例中所用的带通滤波器为连续时间域的带通 滤波器的结构示意图。如图所示，所述连续时间域带通滤波器其包括一个运算放大器，其中 输入信号经过串联的电阻Rl、C1输入运算放大器的第一输入端，在电阻R1和电容C1的连 接点与地之间连接有一个电阻R2，在电阻R1和电容C1的连接点与运算放大器的输出端连 接有一个电容C2，在运算放大器的第一输入端与输出端之间连接有一个电阻R3。在运算放 大器的第二输入端与地之间连接有一个电阻R4。图5所示的所述带通滤波器为利用连续时间域带通滤波器，因此整个E _ A模数 转换器即为连续时间域带通E -A模数转换器。在实际应用中，带通滤波器的参数选择取决于采样时钟频率，滤波器的结构取决 于对旁带抑制的要求和硬件成本的局限，通过对E -A模拟数字转换器ADC响应函数的调 整，也就是根据采样时钟频率通过对图4所示的带通滤波器的各参数进行调整，可以实现 有效包含整个50-800MHZ的数字电视频段。例如，假设采样频率为2GHz，实现350MHz到 800MHz带通频段的滤波器的高低截至频率应该分别是350/(2000*2 ji ) ,800/(2000*2 JI )。在前述实施例中本发明的带通E "A模数转换器可以是利用开关电容实现的离 散时间域带通E -A模数转换器，也可以是利用模拟滤波器实现的连续时间域带通E -A 模数转换器，图4和图5所示的带通滤波器只是本发明的具体实施例，熟悉该领域的技术 人员可以对带通滤波器的具体结构作各种变化，熟悉该领域的普通技术人员可以采用任何 结构的带通滤波器。在前述实施例中，本发明带通E -A模数转换器是一个二阶的带通模 数转换器，在其他实施例中也可以是不同阶次或不同响应函数的带通E -A模拟数转换器 等。也就是说本发明的E -A模数转换器是带通E -A模数转换器，均可实现本发明的目 的。在前述图2所示的调谐器对模拟信号进行调制后得到数字信号，然后可以通过数 字降频单元对该数字信号进行降频或滤波处理，最终得到中频信号。关于对数字信号进行 降频或滤波的处理是本领域技术人员应当了解的技术，本发明不再对该技术进行详细解释 说明。
本发明的数字电视调谐器不需要混频，直接将模拟信号先通过带通调制电路转换 成数字信号，再对数字信号进行降频或者滤波处理。由于本发明采用带通调制降低了输入 信号的带宽，降低了 E -A模拟数字转换器的动态空间要求；通过对E-A模拟数字转换器 ADC响应函数的调整，该调谐器可以有效包含整个50-800MHZ的数字电视频段；由于避免了 大参数模拟器件，该调谐器可以有效的和基带解调电路集成在单芯片中。上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式
。需要指出的是，熟悉该领域的 技术人员对本发明的具体实施方式
所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。 相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式
。
权利要求
一种基于带通∑ Δ调制的宽带调谐器，其特征在于其包括低噪音前置放大器、抗混叠低通滤波器，带通∑ Δ模数转换器，所述低噪音前置放大器对输入信号进行放大之后经过抗混叠低通滤波器进行低通滤波，抗混叠低通滤波器滤波之后的输出信号经过带通∑ Δ模数转换器转换成数字信号输出。
2.如权利要求1所述的调谐器，其中所述带通E-A模数转换器为利用开关电容实现 的离散时间域带通E -A模数转换器。
3.如权利要求1所述的调谐器，其中所述带通E-A模数转换器为利用模拟滤波器实 现的连续时间域带通E -A模数转换器。
4.如权利要求1所述的调谐器，其中所述带通E-A模数转换器为不同阶次或不同响 应函数的带通E -A模拟数转换器。
5.如权利要求1-4所述的调谐器，其中所述E-A模数转换器至少包括一个加法器、 一个带通滤波器、一个比较器、一个1位数模转换器及一个数字滤波器和采样抽取电路，输 入信号与反馈信号经过所述加法器求和之后输入所述带通滤波器滤波，经所述带通滤波器 滤波后的信号输入所述比较器与参考电压作比较之后输出1位数字信号，所述1位数字信 号经所述数模转换器转换为模拟信号作为前述与输入信号求和的所述反馈信号，同时所述 1位数字信号经过所述数字滤波器和采样抽取电路输出多位数字信号。
6.如权利要求5所述的调谐器，其中所述E-A模数转换器的带通滤波器的参数是基 于所述E -A模数转换器的采样时钟频率可调的。
7.如权利要求5所述的调谐器，其中所述E-A模数转换器的带通滤波器的结构取决 于对旁带抑制的要求和硬件成本的要求。
8.如权利要求1所述的调谐器，其中所述带通E-A模拟数转换器为二阶带通E -A 模拟数转换器，其包括接收模拟输入的第一加法器，第一加法器输出端连接第一带通滤波 器输入端，第一带通滤波器输出端连接第二加法器输入端，第二加法器输出端连接带第二 通滤波器输入端，第二带通滤波器输出端与1位比较器的输入端相连，1位比较器的输出端 分别与1位数模转换器输入端、数字滤波器和采样抽取电路输入端相连，1位数模转换器的 输出端分别与第一加法器、第二加法器相连形成闭环结构；所述的模拟输入与1位数模转换器的输出信号经过第一个加法器处理，第一加法器的 输出信号输入到第一带通滤波器，第一带通滤波器的输出与所述1位数模转换器的输出信 号经过第二加法器处理输入到所述第二带通滤波器，第二带通滤波器的输出经过所述比较 器实现模拟输入的数量化，由所述比较器输出得到的是1位数据流的数字信号，所述数字 信号经过数字滤波器和采样抽取电路的处理，得到多位的数字信号。
9.一种基于带通E -A调制的宽带调谐器，其特征在于其包括低噪音前置放大器、 抗混叠低通滤波器，带通E -A模数转换器及数字降频单元，所述低噪音前置放大器的输 出端与所述抗混叠低通滤波器的输入端相连，所述抗混叠低通滤波器的输出端与所述带通 E -A模数转换器的输入端相连；输入信号输入到低噪音前置放大器，经所述低噪音前置 放大器放大处理的信号输入到所述抗混叠低通滤波器，经所述抗混叠低通滤波器滤波之后 的信号输入到所述带通E -A模数转换器进行调制，经所述带通E -A模数转换器输出得 到数字信号，数字降频单元对所述数字信号进行降频后输出中频信号。
10.一种宽带调谐器的调谐方法，其特征在于先将模拟输入信号经过权利要求1所述的宽带调谐器进行调制得到数字信号，然后对数字信号进行降频或滤波处理得到中频信 号。
全文摘要
本发明涉及一种基于带通∑-Δ调制的宽带调谐器及其方法，本发明的宽带调谐器包括低噪音前置放大器、抗混叠低通滤波器以及∑-ΔADC调制电路。从天线得到的输入信号输入到本发明的调谐器的低噪音前置放大器，经低噪音前置放大器处理的信号输入到抗混叠低通滤波器，经抗混叠低通滤波器处理的信号输入到带通∑-ΔADC调制电路进行调制，经过带通∑-ΔADC调制电路调制后输出数字信号。本发明利用带通∑-ΔADC采样输入信号，这样可以直接把模拟信号引入数字信号域，调谐器输出的是数字信号，然后可以再对数字信号进行降频或滤波处理，避免了现有技术中的模拟混频降频造成的集成度的缺陷，同时由于采用的是带通调制，降低了输入信号的带宽，降低了∑-ΔADC的动态空间要求。
文档编号H04N5/44GK101931765SQ201010250288
公开日2010年12月29日 申请日期2010年8月11日 优先权日2010年8月11日
发明者冯向光 申请人:无锡辐导微电子有限公司