專利名稱：濾波器電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及設置在頻率調制器的前級的濾波器電路。
技術背景已知有將音頻信號變換成立體聲混合信號，并用頻率調制器進行頻率調制后輸出的FM發送機。這樣的FM發送機能夠不經由RCA電纜等布 線地傳送音頻信號，所以被用于車載音頻的CD換片器和汽車音響本體 (head unit)之間的信號傳送等。特別是近年來，雖然硬盤音頻設備、存 儲器音頻設備、具有音樂再現功能的便攜式電話終端廣泛普及，但在從固 定式的立體聲組合音響等的揚聲器再現這樣的小型電子設備中所存儲的 音樂數據的用途中，也在使用FM發送機。專利文獻1 ~ 3公開有相關的 頻率調制器、FM發送機。在頻率調制(FM)方式下，SN比(信噪比)與調制指數成正比，調 制指數與調制頻率成反比。因此，調制頻率越高，調制指數越低，SN比越差。因此，在FM發送機中，在頻率調制器的前級，設置包含增強音頻 信號的高頻帶的頻率分量的預增強(pre-emphasis)電路和除去高頻分量 的低通濾波器等的濾波器電路(參照專利文獻3 )。這里，若頻率調制器被輸入大振幅的信號，則會成為過調制，被調制 信號的頻帶會超出規格。為防止這樣的情況， 一般是在預增強濾波器和頻 率調制器之間設置限幅器電路。限幅器電路監視音頻信號的振幅，若達到 預定的上限電平，則限制音頻信號的電平。專利文獻l:特開平9 - 069729號公報專利文獻2:特開平10 - 013370號公報專利文獻3:特開平9 - 312588號公報發明內容〔發明所要解決的課題〕通過設置限幅器電路，能夠防止頻率調制器發生過調制。但是，若使 限幅器電路動作，則存在由于音頻信號的波形畸變成矩形而導致音質顯著 變差的問題。本發明是鑒于這樣的課題而設計的，其總體目的在于提供一種能既抑 制過調制又減少畸變的濾波器電路。 〔用于解決課題的手段〕 本發明的一個方案的濾波器電路是一種配置在頻率調制器的前級的濾波器電路，包括預增強濾波器，增強所輸入的音頻信號的高頻帶分量； 限幅器電路，檢測預增強濾波器的輸出信號達到預定的上限電平(也稱為 限幅值)的情況；濾波器調節電路，當限幅器電路中發生限幅動作時，改 變預增強濾波器的頻率特性。通過改變預增強濾波器的頻率特性，高頻帶分量的被增強狀況發生變 化，所以能夠防止預增強濾波器的輸出信號達到限幅器電路的限幅值，抑 制過調制和波形畸變。濾波器調節電路所改變的預增強濾波器的頻率特性可以是時間常數， 當發生限幅動作時，使時間常數降低。通過降低高通濾波器的時間常數(傾斜度)，高頻帶分量的增益下降， 所以能夠使音頻信號的時間波形的峰值下降，能夠抑制其達到限幅值的情 況。預增強濾波器可以是數字濾波器，濾波器調節電路可以改變數字濾波 器的系數，來使頻率特性改變。數字濾波器可以包括第l、第2、第3乘法器，第1、第2、第3加法 器，以及延遲電路。可以是第1、第2乘法器分別使輸入信號乘以預定的 第1、第2系數，第3乘法器使第2加法器的輸出信號乘以預定的第3系 數，第l加法器使第1乘法器和第3乘法器的輸出信號相加，延遲電路使 第l加法器的輸出信號延遲，第2加法器使延遲電路的輸出信號與第2乘 法器的輸出信號相加，第3加法器將第2加法器的輸出信號與輸入信號相 加后輸出到外部，濾波器調節電路改變第1、第2系數。可以是在發生限幅動作時，濾波器調節電路將第1、第2系數的絕對 值設定得較小，之后使其隨時間增加。通過改變第1、第2系數，能夠合適地改變時間常數。濾波器調節電路所改變的預增強濾波器的頻率特性可以是截止頻率， 當發生限幅動作時，使截止頻率上升。通過使高通濾波器的截止頻率上升，高頻帶分量的增益降低，所以能 降低音頻信號的時間波形的峰值，能抑制其達到限幅值的情況。數字濾波器可以包括第1、第2、第3乘法器，第1、第2、第3加法 器，以及延遲電路。可以是第1、第2乘法器分別使輸入信號乘以預定的 第1、第2系數，第3乘法器使第2加法器的輸出信號乘以預定的第3系 數，第l加法器使第1乘法器和第3乘法器的輸出信號相加，延遲電路使 第l加法器的輸出信號延遲，第2加法器使延遲電路的輸出信號與第2乘 法器的輸出信號相加，第3加法器使第2加法器的輸出信號與輸入信號相 加后輸出到外部，濾波器調節電路改變第3系數。通過改變第3系數，能夠合適地改變截止頻率。可以是在發生限幅動作時，濾波器調節電路將第3系數的絕對值設定 得較大，之后使其隨時間變小。濾波器電路可以被一體集成在一個半導體襯底上。所謂"一體集成"， 包括電路的所有結構要件都形成在半導體襯底上的情況，以及電路的主要 結構要件被一體集成的情況，也可以為調節電路常數而將一部分電阻、電 容器等設置在半導體襯底的外部。通過將這些電路集成為一個LSI，能夠 減小電^各面積。本發明的另一方案是一種FM發送機。該FM發送機包括上述任一 方案的濾波器電路；立體聲調制電路，對濾波器電路的輸出信號進行立體 聲調制，生成立體聲混合信號；頻率調制器，對來自立體聲調制電路的立 體聲混合信號進行頻率調制；功率放大器，放大頻率調制器的輸出信號； 并且，該FM發送機被一體集成在一個半導體襯底上。通過該方案，能夠發送出抑制了過調制和波形畸變的信號。 本發明的再一個方案是一種電子設備。該電子設備包括音源，輸出 音頻信號；上述FM發送機，接收音頻信號，進行立體聲調制和頻率調制 后輸出；天線，用于將FM發送機的輸出信號發送到外部。通過該方案，能從天線發送出抑制了過調制和波形畸變的信號。 應當注意，上述結構要件的任意組合或重新配置等都如所提出的實施 例一樣有效，或者已被所提出的實施例覆蓋。此外，該發明內容并不一定描述了全部必要特征，因此本發明還可以 是這些所描述的特征的子組合。
以下參照附圖以示例的方式對實施方式進行描述，這些附圖意在示例 而非限制，并且對各附圖中相同的單元標以相同的標號，其中圖1是表示使用了本發明實施方式的濾波器電路、FM發送機的電子設備的整體結構的框圖。圖2是表示預增強濾波器的結構例的電路圖。圖3的(a)、 (b)分別是表示由第1、第2方式調節的頻率特性的圖。 圖4是FM發送機和外圍電路的電路圖。
具體實施方式
現在將基于優選實施例來描述本發明，這些優選實施例并非旨在對本 發明的范圍進行限制，而是對本發明進行例示。在實施例中描述的所有特 征及其組合對本發明來說并不一定是必需的。在本說明書中，所謂"部件A與部件B相連接的狀態"，包括部件A 與部件B物理地直接連接的情形，以及部件A與部件B經由不對電連接 狀態產生影響的其他部件間接相連接的情形。同樣地，所謂"部件C被設置在部件A與部件B之間的狀態"，除部 件A與部件C、或部件B與部件C直接相連的情形外，還包括經由不對 電連接狀態產生影響的其他部件間接相連接的情形。圖1是表示使用了本發明實施方式的濾波器電路10、 FM發送機IOO 的電子設備200的整體結構的框圖。該電子設備200例如是便攜式電話終 端、無線電接收機、半導體存儲式音頻播放器，具有音頻的再現功能。所件本身輸出。除此之外，電子設備200為了能再現更高音質的音頻，還能 對音頻信號進行FM調制，以電波的方式發送到外部。用戶能夠用外部的 音頻播放器接收所發送的信號，以更高的音質來進行再現。 電子設備200包括音源110、 FM發送機100、天線112。 音源110輸出音頻信號Sl。例如，音頻信號Sl可以是接收廣播波并解調而得到的信號，也可以是再現存儲在存儲器中的數據所得到的信號，對其生成方法不^f故限定。音源IIO和FM發送片幾100以預定方式的總線114 相連。例如總線114是I2S總線。此時，在音源110和FM發送機IOO之 間，音頻信號Sl被作為串行數據傳送。FM發送機100接收來自音源110的音頻信號Sl。 FM發送機100包 括濾波器電路IO、接口部(I/F)20、立體聲調制器22、頻率調制器24、 功率放大器26，作為功能IC ( Integrated Circuit:集成電路)一體集成在 一個半導體襯底上。另外，圖1是僅抽取出主要的電路塊來表示的，其他電路塊被適當省略了 。接口部20經由輸入端子102接收來自音源110的音頻信號S1。接口 部20接收音頻信號S1，輸出到濾波器電路IO。濾波器電路10配置在立 體聲調制器22和頻率調制器24的前級，增強音頻信號Sl的高頻帶分量。 將濾波器電路10的輸出信號記作S4。立體聲調制器22對音頻信號S4進行立體聲調制，生成立體聲混合信 號S2。頻率調制器24將立體聲混合信號S2作為調制信號對載波信號進 行頻率調制。被頻率調制后的音頻信號(以下也稱被調制信號)S3被輸入 到功率放大器26。功率放大器26接收被調制信號S3進行放大。FM發送 才幾IOO的輸出端子104經由未圖示的匹配電^各與天線112相連，從天線112 發送被頻率調制了的信號。下面詳細說明濾波器電路10的結構。濾波器電路10包括預增強濾波器12、限幅器電路14、濾波器調節電 路16、濾波器系數設定部18。預增強濾波器12增強所輸入的音頻信號Sl的高頻帶分量。例如，預 增強濾波器12是1階的高通濾波器。限幅器電路14監視預增強濾波器12的輸出信號S5，檢測其達到預定 的上限電平(限幅值)的情況。將達到限幅值的狀態稱作限幅動作。當限幅電路14中發生限幅動作時，濾波器調節電路(AGC) 16使預 增強濾波器12的頻率特性改變。另外，使濾波器的頻率特性改變，無非 就是使增益(衰減率)變化。因此，從該觀點來講，濾波器調節電路16 是執行AGC (自動增益控制)功能的電路。另外，限幅器電路14也可以 在輸入信號的電平超過限幅值時將其箝位在限幅值以下。在本實施方式中，預增強濾波器12是IIR (無限脈沖響應)方式的數字濾波器。濾波器調節電路16通過改變預增強濾波器12的乘法器的系數 來使頻率特性變化。圖2是表示預增強濾波器12的結構例的電路圖。預增強濾波器12包括第1乘法器30、第2乘法器34、第3乘法器32、 第1加法器36、第2加法器38、第3加法器40、延遲電路42、濾波器系 數設定部18。第1乘法器30、第2乘法器34分別使輸入信號IN (即音頻信號Sl ) 乘以預定的第1系數(-Bl )、第2系數(Bl )。第1系數、第2系數的絕 對值相等、符號相反。第3乘法器32使第2加法器38的輸出信號乘以預 定的第3系數(-Al )。第1加法器36將第1乘法器30和第3乘法器32的輸出信號相加。 延遲電路42使第1加法器36的輸出信號延遲。第2加法器38將延遲電 路42的輸出信號與第2乘法器34的輸出信號相加。第3加法器40將第2 加法器38的輸出信號與輸入信號IN相加后，輸出到外部。濾波器系數設 定部18基于來自濾波器調節電路16的指示，改變第1系數~第3系數中 的至少一者，由此調節預增強濾波器12的頻率特性。另外，預增強濾波 器12的結構不限于圖2所示的結構。在本實施方式中，頻率特性的調節以兩種方式的任意一種、或者它們 的組合來執行。以下，順次說明各個方式。 (第1方式)在第l方式下，濾波器調節電路16所改變的預增強濾波器12的頻率 特性是時間常數T。時間常數T是按國家、地域而規定的，在日本是50 Ms，在美國等是75ns。在第1方式下，當限幅電路14中發生限幅動作時，使時間常數T降 低。圖3的(a)是表示由第1方式調節的頻率特性的圖。圖3的(a)中 以虛線表示通常時、即沒有發生限幅動作的狀態時的頻率特性，以實線表 示發生了限幅動作時的頻率特性。在l階的高通濾波器中，時間常數T對應于傾斜度。濾波器調節電路 16在發生限幅動作時執行使時間常數降低的Attack動作ATK。結果，由 于超過截止頻率fcl的高頻分量的增益降低，所以濾波器電路10的峰值能夠通過降低而抑制到限幅電平以下，能夠抑制波形畸變。為降低時間常數t，在發生限幅動作時，濾波器系數設定部18將第1系數(-B1)和第2系數(Bl)的絕對值設定得較小。也可以在發生Attack動作ATK時，使時間常數t的值下降到0 ju s。此時，在Attack動作之后，預增強濾波器12暫時失去作為高通濾波器的功能。結果，能夠充分抑制高頻分量。在Attack動作ATK后，濾波器調節電路16執行逐漸將時間常數恢復到原值的恢復(Recovery)動作RCV。此時，濾波器系數設定部18使第1系數(-Bl)和第2系數(Bl)的絕對值隨時間向原值增加。 (第2方式)在第2方式中，濾波器調節電路16使預增強濾波器12的截止頻率fc 變化。即，當限幅器電路14中發生限幅動作時，濾波器調節電路16使截 止頻率fc上升。圖3的(b)是表示由第2方式調節的頻率特性的圖。圖3的(b)中 以虛線表示通常時、即沒有發生限幅動作的狀態時的頻率特性，以實線表 示發生了限幅動作時的頻率特性。在發生限幅動作時，濾波器調節電路16執行使截止頻率從fc2向fcl 上升的Attack動作ATK。結果，由于超過截止頻率fc2的高頻分量的增益 下降，所以能夠使濾波器電路10的峰值下降，抑制到限幅電平以下，能 夠抑制波形畸變。為降低截止頻率，在發生限幅動作時濾波器系數設定部18將第3系 數(Al )的絕對值設定得較小。在Attack動作ATK之后，濾波器調節電路16執行使截止頻率逐漸恢 復到原值的恢復動作RCV。此時，濾波器系數設定部18使第3系數(-Al)的絕對值隨時間向原值增加。根據第1、第2方式，在瞬時被輸入振幅較大的音頻信號Sl的情況下， 也能通過改變預增強特性，使高頻分量衰減，來抑制音頻信號的峰值電平。 在如以往的限幅電路那樣對超過峰值電平那樣的音頻信號進行箝位處理 的情況下，波形畸變的發生是很顯著的。與此不同，在本實施方式中，通 過抑制高頻分量的預增強，能夠降低音頻信號的振幅，能夠減少波形畸變。 也考慮到在發送方改變預增強的時間常數后，在接收方的去增強(de-emphasis)處理中無法恢復原來的波形，會產生波形畸變的情況，但 與對音頻信號的峰值進行箝位的情況相比，能夠減小畸變的程度。另外，當組合第1方式和第2方式時，能夠實現更好的限幅處理和預 增強處理。圖4是FM發送機IOO及外圍電路的電路圖。FM發送機100的IC具 有1號管腳 28號管腳。l號管腳、2號管腳、7號管腳、8號管腳、27號管腳被提供針對FM 發送才幾100內的才莫擬電^各的電源電壓VCC、 -接地電壓GND。 12、 13、 23 號管腳被提供針對數字電路的電源電壓VDD、接地電壓GND。偏置電路(BIAS ) 326生成偏置電壓，提供給FM發送機的各電路塊。 偏置電壓由與3號管腳相連的電容器進行平滑化。調節器(REG) 304生成FM發送機100的內部邏輯所使用的電壓。 從11號管腳輸出由調節器304生成的電壓。19~21號管腳經由12S總線連接音源110。19號管腳是數據用的管腳， 20號管腳是時鐘用的管腳，21號管腳是LR時鐘用的管腳。12S總線接口 部306與音源IIO收發數據。17、 18號管腳經由I2C總線連接主處理器120。 17號管腳是時鐘信號 用的管腳，18號管腳是數據信號用的管腳。15號管腳、16號管腳與晶體振動器344相連接。振蕩器302提供系 統時鐘。14號管腳被輸入芯片使能信號。通過芯片使能信號，FM發送機IOO 切換通常工作的才莫式和節電才莫式(power down mode )。在節電4莫式下，內 部電路關閉，消耗電流幾乎成為0,成為不接收外部來的信號的狀態。22號管腳被輸入器件地址選擇信號。是在除FM發送機100外還存在 以共同的I2C總線進行控制的LSI時，為區別它們而設的。24號管腳是測試用端子。25號管腳是RDS用觸發輸出端子。RDS數字調制器(RDS ) 312將 從外部向FM發送機100發送了 RDS信號這一情況經由25號管腳通知給 FM發送機100以外的電路塊。立體聲調制器310接收從音源110收來的音頻信號，對其進行立體聲 調制，生成立體聲混合信號。RDS數字調制器312依次讀出來自主處理器120的數據，進行雙相移相(Binary Phase Shift)調制，濾波后輸出。加法 器314將從RDS數字調制器312輸出的RDS/RBDS數據與立體聲混合信 號相加。DAC316對加法器314的輸出進行數模轉換。由調制度調節部 (MODADJ) 318調節DAC316的振幅，經由5號管腳、外部的電容器 C100、6號管腳提供給PLL322。 6號管腳經由電容器C102和4號管腳(PLL 時間常數切換端子)與循環濾波器(LOOPFIL) 324相連接。通過與4號 管腳相連接的電容器C102和FM發送機100內部的未圖示的電阻，形成 循環濾波器324，根據是改變電容器C102的電容值還是改變電阻值來調 節時間常數。VCO320按與來自PLL的信號相應的頻率振蕩，將FM調制后的信號 提供給分配器(divider) ( DIV ) 328。 VCO320經由9、 10號管腳連接變 容二極管和電感器。FM發送機100具有兩系統的功率放大器。分配器328向功率放大器 330、 332輸出信號。功率放大器330的輸出從26號管腳輸出到外部。26 號管腳與匹配電路340相連接。功率放大器332的輸出從28號管腳輸出 到外部。28號管腳與匹配電路342相連接。通過設計兩系統的功率放大器 和匹配電路，能夠根據各系統的負載(天線)來調節頻率特性。圖1和圖4的對應關系如下所示。接口部20:接口部306濾波器電路10:未圖示立體聲調制器22:立體聲調制器310頻率調制器24:DAC316、調制度調節部318、循環濾波器324、PLL322、 VCO320功率放大器26:分配器328、功率放大器330、 332實施方式是個例示，可以對其各結構要素和各處理過程的組合進行各 種變形，本領域技術人員能夠理解這些變形例也包含在本發明的范圍內。在實施方式中，說明了用數字濾波器構成預增強濾波器12的情況， 但本發明不限于此，也可以用使用了 CR的模擬濾波器來構成。此時，通 過適當改變電容器和電阻的值，能夠得到與實施方式一樣的效果。另外，作為預增強濾波器12，也可以使用開關電容濾波器。此時，改變開關頻率、或電容器、電阻的值即可。盡管已經使用特定術語來描述了本發明的優選實施例，但這種描述僅 用于說明的目的，并且應當理解為，在不偏離所附權利要求的本質和范圍 的情況下，可以進行修改和變更。
權利要求
1.一種配置在頻率調制器的前級的濾波器電路，其特征在于，包括預增強濾波器，增強所輸入的音頻信號的高頻帶分量；限幅器電路，檢測上述預增強濾波器的輸出信號達到預定的上限電平的情況；以及濾波器調節電路，當上述限幅器電路中發生限幅動作時，改變上述預增強濾波器的頻率特性。
2. 根據權利要求1所述的濾波器電路，其特征在于上述濾波器調節電路所改變的上述預增強濾波器的頻率特性是時間 常數，當發生限幅動作時，使上述時間常數降低。
3. 根據權利要求1所述的濾波器電路，其特征在于 上述預增強濾波器是數字濾波器，上述濾波器調節電路改變上述數字濾波器的系數，來使頻率特性改變。
4. 根據權利要求3所述的濾波器電路，其特征在于 上述數字濾波器包括第1乘法器、第2乘法器、第3乘法器， 第1加法器、第2加法器、第3加法器，以及 延遲電^各；其中，上述第l乘法器、第2乘法器分別使輸入信號乘以預定的第1 系數和第2系數，上述第3乘法器使上述第2加法器的輸出信號乘以預定的第3系數， 上述第l加法器使上述第l乘法器和上述第3乘法器的輸出信號相加， 上述延遲電路使上述第l加法器的輸出信號延遲， 上述第2加法器使上述延遲電路的輸出信號與上述第2乘法器的輸出 <言號才目力口 ，上述第3加法器使上述第2加法器的輸出信號和上述輸入信號相加 后，輸出到外部，上述濾波器調節電路改變上述第1系數、第2系數。
5. 根據權利要求4所述的濾波器電路，其特征在于在發生上述限幅動作時，上述濾波器調節電路將上述第1系數和第2 系數的絕對值設定得較小，之后使其隨時間增加。
6. 根據權利要求1所述的濾波器電路，其特征在于 上述濾波器調節電路所改變的上述預增強濾波器的頻率特性是截止頻率，當發生限幅動作時，使上述截止頻率上升。
7. 根據權利要求3所述的濾波器電路，其特征在于 上述數字濾波器包括第1乘法器、第2乘法器、第3乘法器， 第1加法器、第2加法器、第3加法器，以及 延遲電^各；其中，上述第l乘法器、第2乘法器分別使輸入信號乘以預定的第1 系數和第2系數，上述第3乘法器使上述第2加法器的輸出信號乘以預定的第3系數， 上述第l加法器使上述第l乘法器和上述第3乘法器的輸出信號相加， 上述延遲電路使上述第l加法器的輸出信號延遲， 上述第2加法器使上述延遲電路的輸出信號與上述第2乘法器的輸出 信號相加，上述第3加法器使上述第2加法器的輸出信號與上述輸入信號相加 后，輸出到外部，上述濾波器調節電路改變上述第3系數。
8. 根據權利要求7所述的濾波器電路，其特征在于 在發生上述限幅動作時，上述濾波器調節電路將上述第3系數的絕對值設定得較大，之后使其隨時間變小。
9. 根據權利要求1所述的濾波器電路，其特征在于 被一體集成在一個半導體襯底上。
10. —種FM發送機，其特征在于，包括 權利要求1所述的濾波器電路；立體聲調制電路，對上述濾波器電路的輸出信號進行立體聲調制，生 成立體聲混合信號；頻率調制器，對來自上述立體聲調制電路的立體聲混合信號進行頻率 調制；以及功率放大器，放大上述頻率調制器的輸出信號； 并且，被一體集成在一個半導體襯底上。
11.一種電子設備，其特征在于，包括 音源，輸出音頻信號；權利要求10所述的FM發送機，接收上述音頻信號，進行立體聲調 制和頻率調制后輸出；以及天線，用于將上述FM發送機的輸出信號發送到外部。
全文摘要
本發明提供一種濾波器電路。預增強濾波器增強所輸入的音頻信號的高頻帶分量。限幅器電路檢測預增強濾波器的輸出信號達到預定的上限電平的情況。當限幅器電路中發生限幅動作時，濾波器調節電路改變預增強濾波器的頻率特性。
文檔編號H03H17/02GK101232272SQ20081000463
公開日2008年7月30日 申請日期2008年1月21日 優先權日2007年1月23日
發明者古本仁, 真野竜哉, 齊藤弘治 申請人:羅姆股份有限公司