專利名稱：低噪聲高線性操作的電視調諧器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種低噪聲高線性電視調諧器，特別涉及一種包含可切換定額增益低噪聲放大器的低噪聲高線性電視調諧器。
背景技術：
電視調諧器廣受消費性及商業系統所使用，例如電視機、卡式錄放機、或是其它包含纜線調制解調器(cable modem)和纜線數字頂置盒(cable set-top-boxes)等的復雜裝置。電視調諧器用來接收各種可接收頻道的信號，選取所需要的頻道，以及將其它不需要的頻道濾除。
世界知識產權組織案號第WO02/093732號專利被用來當作本發明的現有技術，該專利提供一種技術等級極高的整合型電視調諧器。該整合型電視調諧器使用雙重轉換(double conversion)，并使用兩個多相濾波器(poly-phase filter)與兩個混頻器。
另一種使用整合型電視調諧器的先前技術為飛利浦公司(PHILLIPS)所提供。一種名為TDA8275硅集成電路的調諧器傳送一低中頻(intermediate frequency)信號至其后的譯碼器裝置，但該調諧器需要仰賴專有的結構來實現其功能。也就是說，一般常用的譯碼器或解調器無法直接使用TDA8275硅集成電路。
寬頻接收器需要相當高度的線性操作與低噪聲，例如數字地面電視廣播(digital video broadcasting-terrestrial，DVB-T)。在調諧器的輸出端，亦需要一較寬廣的連續增益范圍來提高信號噪聲失真比(signal-to-noise-and-distortion-ratio)。一般來說，一個有寬廣增益范圍的低噪聲放大器(low noise amplifier，LNA)用來同時滿足三個需求高線性操作、低噪聲、以及寬廣的增益范圍。然而，調諧器的效能常須在提高靈敏度與在可處理的最大輸入信號強度之間求取平衡，也因此會產生較大的電力損耗。
發明內容
本發明提供一種電視調諧器，包含多個放大器，包含多個輸入端，耦接至一天線；多個濾波器，包含多個輸入端，耦接至該多個放大器的輸出端；一第一多路復用器，包含多個輸入端，耦接至該多個濾波器的輸出端，用來選擇該多個濾波器的其中一個濾波器的輸出信號；一混頻器，包含一輸入端，耦接至該第一多路復用器的輸出端，及一輸出放大器，包含一輸入端，耦接至該混頻器的輸出端，以及一輸出端，用來提供該電視調諧器的輸出信號。
本發明另提供一種電視調諧器，包含多個定額增益低噪聲放大器，包含多個輸入端，用來連接至一天線，其中，每一定額增益低噪聲放大器包含不同的定額增益，且每一定額增益低噪聲放大器的定額增益的范圍互不相交；多個帶通濾波器，包含多個輸入端，連接至該多個定額增益低噪聲放大器的多個輸出端，且該多個帶通濾波器的數量相等于該多個定額增益低噪聲放大器的數量；一第一多路復用器，包含多個輸入端，連接至該多個帶通濾波器的輸出端，用來選擇該多個帶通濾波器的其中一個帶通濾波器的輸出信號；一混頻器，包含一輸入端，連接至該第一多路復用器的輸出端，一鎖相環，連接至該混頻器；及一可變增益放大器，包含一輸入端，耦接至該混頻器的輸出端；以及一輸出端，用來提供該電視調諧器的輸出信號。
圖1為本發明所提供的電視調諧器的第一實施例示意圖。
圖2為本發明所提供的電視調諧器的第二實施例示意圖。
附題符號說明100、200電視調諧器110、210外接天線120、122、220、222、224、226放大器130、150、240 多路復用器140、142、230、232、234、236濾波器160、250混頻器170、260鎖相環180、270輸出放大器190、280表面聲波濾波器Sel_LNA、Sel_BPF、Sel 數字選擇信號
I0、I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7、I8、G 信號具體實施方式
本發明應用一組定額增益低噪聲放大器，并在其后連接一較寬廣的連續增益范圍的中頻放大器。藉由應用多個定額增益低噪聲放大器，可取得噪聲系數(noise figure)與線性操作之間的較佳平衡。舉例來說，使用一最大增益低噪聲放大器可得到最小的噪聲系數，而使用一最小增益低噪聲放大器可得到較高度的線性操作。一寬增益范圍的中頻放大器可用來確保轉換函式能得到連續增益。
請參閱圖1，其為本發明所提供的電視調諧器100的示意圖。電視調諧器100包含多個放大器120至122，一多路復用器130(第二多路復用器)，多個濾波器140至142，一多路復用器150(第一多路復用器)，一混頻器160，以及一輸出放大器180。多個放大器120至122的每一放大器皆包含一輸入端耦接至一外接天線110。多路復用器130包含多個輸入端，各自耦接至多個放大器120至122的每一放大器的輸出端。多個濾波器140至142的每一濾波器皆包含一輸入端耦接至多路復用器130的輸出端。多路復用器150包含多個輸入端，各自耦接至多個濾波器140至142的每一濾波器的輸出端。混頻器160包含一輸入端，耦接至多路復用器150的輸出端。輸出放大器180包含一輸入端耦接至混頻器160的輸出端，以及一輸出端，用來提供電視調諧器100的輸出信號。一鎖相環(phase-locked loop，PLL)170用來連接至混頻器160。電視調諧器100的輸出端可連接至一外接表面聲波(surfaceacoustic wave，SAW)濾波器190。
多個放大器120至122可為定額增益低噪聲放大器，且多個放大器120至122的數量可為兩個或更多。多個放大器120至122的每一放大器可各自據有彼此不相交的定額增益范圍。一較高增益放大器可用來得到較小的噪聲系數(noise figure)，而一較低增益放大器可用來得到較高度的線性操作。也就是說，系統整體的噪聲系數會受限于一最大增益放大器的特性，且系統整體的線性操作亦會受限于一最小增益放大器的特性。
在多路復用器130中，一數字信號Sel_LNA用來選擇多個放大器120至122的其中一個放大器的輸出信號，且該輸出信號將會被傳送至多個濾波器140至142。多路復用器130可使用任何已知的數字開關裝置來實施。
多個濾波器140至142可為帶通濾波器，且多個濾波器140至142的數量可為一個或更多。當多個濾波器140至142的數量增加時，將會在之后的輸出級減少信號頻寬，并降低線性操作上的需求。然而，增加多個濾波器140至142的數量也代表著必須增加電路的復雜度、面積、以及功率消耗。多個濾波器140至142可包含芯片內(on-chip)組件與芯片外(off-chip)組件。舉例來說，晶體管可置放在芯片內，且被動組件如電阻或電容可置放在芯片外。如此一來可得到較佳的品質因子(Q value)。
在多路復用器150中，多個濾波器140至142的其中一個濾波器的輸出信號根據一數字信號Sel_BPF來加以選擇，且該輸出信號接著會被傳送至混頻器160。數字信號Sel_BPF與數字信號Sel_LNA可彼此相同，亦可有所不同，意即數字信號Sel_BPF與數字信號Sel_LNA彼此為獨立。多路復用器150可使用任何已知的數字開關裝置來實施。
混頻器160接收多個濾波器140至142中被選取的帶通濾波器(在多個濾波器140至142是以帶通濾波器來實施的狀況下)的輸出信號。混頻器160可為一單一混頻器，以用來實施直接轉換(direct conversion)，亦可為二個或二個以上的混頻器，以用來實施更多的頻率轉換。混頻器160藉由一頻率合成器的本地振蕩器(local oscillator)信號，將帶通濾波器的輸出信號轉換其頻率至一最終中頻，在本發明中，該頻率合成器是鎖相環170。混頻器160可為一正常混頻器，一鏡像抑制混頻器((image rejection mixer，I-Q混頻器)，或是一諧波抑制混頻器(harmonic rejection mixer)。再者，當選取多個濾波器140至142的部分濾波器時，混頻器160可組態為一諧波抑制濾波器，且當選取多個濾波器140至142的其它濾波器時，混頻器160可組態為一鏡像抑制混頻器。一般來說，用于較低頻率范圍的濾波器會采用諧波抑制混頻器，而用于較高頻率范圍的濾波器會采用鏡像抑制混頻器。因此，混頻器160可根據所接收的選擇信號Sel_BPF來設定為兩種混頻器其中之一。
輸出放大器180可為一中頻放大器，并接收混頻器160的輸出信號。輸出放大器180用來驅動外接表面聲波濾波器190。輸出放大器180包含一較寬的連續增益范圍，以及一個由輸入信號G所控制的增益。該連續增益范圍可經由適當的選擇來涵蓋多個定額增益低噪聲放大器120至122的最大增益間距(gain step)，并使得一連續時間控制機制的運作可更為便利，其中，該連續時間控制機制可在芯片內完成。電視調諧器100的增益亦可經由連接一解調芯片來控制。
電視調諧器100的信號操作方式如以下所述。天線110傳送一接收信號I0至多個定額增益低噪聲放大器120至122。且多個定額增益低噪聲放大器120至122的每一定額增益低噪聲放大器輸出一對應信號(如圖1所示，為信號I1或I2)至多路復用器130。多路復用器130的輸出信號根據選擇信號Sel_LNA來選擇，并經由多個帶通濾波器140至142來加以濾過，以產生一信號(如圖1所示，為信號I3或I4)供多路復用器150根據選擇信號Sel_BPF來選擇，且該產生的信號接著會被輸入至混頻器160，并另在混頻器160的輸出端產生一信號I5。在同一時間，混頻器160亦由鎖相環170接收一本地振蕩信號I6。最后，信號I5在被外接表面聲波濾波器190所濾過以前，經由輸出中頻放大器180來加以放大，以產生一信號I8。
在本發明的電視調諧器100的一實施例中，多個放大器120至122的數量與多個濾波器140至142的數量相同。多個放大器120至122一一對應于多個濾波器140至142。因此，數字信號Sel_BPF與數字信號Sel_LNA也會相同。
在本發明的電視調諧器100的另一實施例中，數字信號Sel_BPF與Sel_LNA是互相獨立。在某些應用或某些環境下，多個放大器120至122與多個濾波器140至142亦可以自由對應的方式來配對。
當某些濾波器與放大器被選取時，未被數字信號Sel_BPF與Sel_LNA所選取的濾波器與放大器將會被暫時性的關閉，以節省電源消耗。
在實際的應用中，多個濾波器140至142的數目可為四個，且每一濾波器可各自包含不同的頻率范圍，例如50至150MHz、150至300MHz、300至600MHz、以及600MHz以上。
請參閱圖2，其為本發明所提供的電視調諧器200的示意圖。電視調諧器200包含多個放大器220至226，各自包含一輸入端耦接至一外接天線210，以及多個濾波器230至236，各自包含一輸入端，以一一對應的方式耦接至不同的多個放大器220至226的其中一個放大器的輸出端。電視調諧器200另包含一多路復用器240(第一多路復用器)，一混頻器250，一鎖相環260，以及一輸出放大器270。多路復用器240包含多個輸入端，各自耦接至多個濾波器230至236的每一濾波器的輸出端。混頻器250包含一輸入端，耦接至多路復用器240的輸出端。鎖相環260耦接至混頻器250。輸出放大器270包含一輸入端，耦接至混頻器250的輸出端，以及一輸出端，用來提供電視調諧器200的輸出信號。電視調諧器200的輸出端可連接至一外接表面聲波濾波器280。
電視調諧器200包含的各組件基本上與電視調諧器100所包含的組件相同，因此對于重復的組件在此不加以贅述。然而，電視調諧器200與電視調諧器100的不同處是電視調諧器200在只用到一個多路復用器的情況下，僅需使用一個數字選擇信號Sel。因此，電視調諧器200在使用上較電視調諧器100缺乏了些許的彈性，但電視調諧器200所使用的組件數目亦較少。一般來說，上述電視調諧器100所使用的外接組件亦可使用于電視調諧器200。
在圖1與圖2所示使用的濾波器與放大器的數量僅為本發明的特定實施例，也就是說，將使用的濾波器與放大器的數量加以更動，亦屬于本發明的范疇。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種電視調諧器，包含多個放大器，包含多個輸入端，耦接至一天線；多個濾波器，包含多個輸入端，耦接至該多個放大器的輸出端；一第一多路復用器，包含多個輸入端，耦接至該多個濾波器的輸出端，用來選擇該多個濾波器的其中一個濾波器的輸出信號；一混頻器，包含一輸入端，耦接至該第一多路復用器的輸出端；及一輸出放大器，包含一輸入端，耦接至該混頻器的輸出端，以及一輸出端，用來提供該電視調諧器的輸出信號。
2.如權利要求1所述的電視調諧器，另包含一第二多路復用器，耦接于該多個放大器與該多個濾波器之間，該第二多路復用器的多個輸入端耦接至該多個放大器的輸出端，該第二多路復用器的輸出端耦接至該多個濾波器的多個輸入端，且該第二多路復用器被用來選擇性的將該多個放大器的其中一個放大器的輸出信號傳送至該多個濾波器的所有輸入端。
3.如權利要求2所述的電視調諧器，其中，該第一多路復用器的選擇信號輸入端與該第二多路復用器的選擇信號輸入端皆輸入一相同的選擇信號。
4.如權利要求2所述的電視調諧器，其中，該第一多路復用器的選擇信號輸入端與該第二多路復用器的選擇信號輸入端耦接于不同的選擇信號。
5.如權利要求1所述的電視調諧器，其中，該多個放大器的每一個放大器皆包含一輸出端，耦接至該多個濾波器的其中一個濾波器的輸入端。
6.如權利要求1所述的電視調諧器，其中，該多個放大器的總數與該多個濾波器的總數相同。
7.如權利要求1所述的電視調諧器，其中，該多個放大器是低噪聲放大器。
8.如權利要求7所述的電視調諧器，其中，該多個放大器是定額增益放大器。
9.如權利要求1所述的電視調諧器，其中，每一放大器皆包含不同的定額增益，且每一放大器的定額增益的范圍皆不相交。
10.如權利要求1所述的電視調諧器，其中，該多個濾波器是帶通濾波器。
11.如權利要求1所述的電視調諧器，其中，該混頻器根據該第一多路復用器所選擇的濾波器的輸出信號來配置為一諧波抑制混頻器或一鏡像抑制混頻器。
12.如權利要求1所述的電視調諧器，其中，該輸出放大器是一可變增益放大器。
13.如權利要求1所述的電視調諧器，另包含一鎖相環，耦接至該混頻器。
14.一種電視調諧器，包含多個定額增益低噪聲放大器，包含多個輸入端，用來連接至一天線，其中每一定額增益低噪聲放大器包含不同的定額增益，且每一定額增益低噪聲放大器的定額增益的范圍互不相交；多個帶通濾波器，包含多個輸入端，連接至該多個定額增益低噪聲放大器的多個輸出端，且該多個帶通濾波器的數量相等于該多個定額增益低噪聲放大器的數量；一第一多路復用器，包含多個輸入端，連接至該多個帶通濾波器的輸出端，用來選擇該多個帶通濾波器的其中一個帶通濾波器的輸出信號；一混頻器，包含一輸入端，連接至該第一多路復用器的輸出端；一鎖相環，連接至該混頻器；及一可變增益放大器，包含一輸入端，耦接至該混頻器的輸出端，以及一輸出端，用來提供該電視調諧器的輸出信號。
15.如權利要求14所述的電視調諧器，另包含一第二多路復用器，連接在該多個定額增益低噪聲放大器與該多個帶通濾波器之間，該第二多路復用器的多個輸入端連接至該多個定額增益低噪聲放大器的輸出端，該第二多路復用器的輸出端連接至該多個帶通濾波器的多個輸入端，該第二多路復用器用來選擇性的將該多個定額增益低噪聲放大器的其中一個定額增益低噪聲放大器的輸出信號傳送至該多個帶通濾波器的輸入端。
16.如權利要求15所述的電視調諧器，其中，該第一多路復用器的選擇信號輸入端與該第二多路復用器的選擇信號輸入端輸入同一個選擇信號。
17.如權利要求15所述的電視調諧器，其中，該第一多路復用器的選擇信號輸入端與該第二多路復用器的選擇信號輸入端連接至不同的選擇信號。
18.如權利要求14所述的電視調諧器，其中，每一定額增益低噪聲放大器皆包含一輸出端，連接至該多個帶通濾波器中其中一個帶通濾波器的輸入端。
19.如權利要求14所述的電視調諧器，其中，該混頻器根據該第一多路復用器所選擇的帶通濾波器的輸出信號來配置為一諧波抑制混頻器或一鏡像抑制混頻器。
全文摘要
電視調諧器包含多個放大器，包含多個輸入端耦接至一天線；多個濾波器，各自包含一輸入端耦接至多個放大器的每一放大器的輸出端；以及一第一多路復用器，包含多個輸入端，耦接至多個濾波器的每一濾波器的輸出端，該第一多路復用器用來選擇多個濾波器的其中的一濾波器的輸出信號。電視調諧器另包含一混頻器，包含一輸入端耦接至該第一多路復用器的輸出端；以及一輸出放大器，包含一輸入端耦接至混頻器的輸出端，與一輸出端用來提供該電視調諧器的輸出信號。
文檔編號H04N5/50GK1964446SQ200610151849
公開日2007年5月16日 申請日期2006年9月13日 優先權日2005年11月8日
發明者曾昭文, 劉煒 申請人:寬達科技股份有限公司