单芯片多模式数字电视调谐器.pdf

本发明公开了一种兼容DVB-T/C/H，DMB-T/H，CMMB等多种国内外数字电视标准的单芯片多模式数字电视调谐器系统架构。该架构采用二次变频低中频方式，通过两个分别工作在50～860MHz和2.5GHz频段的低噪声放大器，实现对不同频率多标准数字电视信号的接收和放大，然后通过上变频混频器，正交下变频混频器，预放大器，滤波器，可变增益放大器等模块，最终得到所需要的中频信号，实现信号调谐功能。本发明的主要目的是实现兼容国际上通行的DVB-T/C/H标准与国产的DMB-T/H，CMMB标准的单芯片全集成数字电视调谐器，通过模块共用，减小芯片的面积与功耗。

1、  一种兼容DVB-T/C/H，DMB-T/H，CMMB等标准的单芯片多模式数字电视调谐器系统架构，包含：工作频率50～860MHz的可变增益低噪声放大器101，工作频率2.5GHz、带宽25MHz以上的可变增益低噪声放大器102，选通开关103，第一混频器104，正交第二混频器105。
还包含，一个宽带频率综合器110，为第一混频器提供本振信号；一个窄带正交频率综合器111，为正交第二混频器提供本振信号。
还包含，预放大器106，抑制后级模拟模块的噪声贡献；带通滤波器107，选出需要的频带，将不需要的高频信号滤除；可变增益放大器108，使得信号有恒定的输出幅度；模数转换器109，将模拟信号转换成数字信号供数字基带电路进行处理。

2、  根据权利要求1所述的数字电视调谐器，其特征在于，包含两个可变增益低噪声放大器，分别工作在50～860MHz和2.5GHz两个频段，使得芯片能够应用于不同标准数字电视信号的接收和放大；同时能够抑制后级模块的噪声，使得调谐器系统具有很好的噪声性能。两个低噪声放大器通过选通开关103的切换进行接收信号频段的选择。

3、  根据权利要求1所述的数字电视调谐器，其特征在于，通过二次变频实现频谱搬移：首先将输入信号变频至1.1GHz附近的第一中频IF₁，再下变频至低中频IF₂，其中第二次变频为正交方式，经过第二次变频后信号分离为正交I/Q两路。

4、  根据权利要求1所述的数字电视调谐器，其特征在于，在第一次变频过程中，对于频率为50～860MHz的输入RF信号，通过配置宽带频率综合器提供的本振信号LO₁将所需的信号上变频至IF₁，且IF₁＝LO₁-RF；对于2.5GHz的输入RF信号，通过配置宽带频率综合器提供的本振信号LO₁将所需的信号下变频至IF₁，且IF₁＝RF-LO₁。对于所有输入频率，第一中频IF₁保持恒定。

5、  根据权利要求1所述的数字电视调谐器，其特征在于，无论采用什么标准，在第二次变频过程中，通过正交窄带频率综合器提供的本振信号LO2将输入信号由第一中频IF₁下变频至第二中频IF₂，且IF₂＝IF₁-LO₂。

6、  根据权利要求1所述的数字电视调谐器，其特征在于，由射频前端的可变增益低噪声放大器和模拟前端的可变增益放大器共同实现需要的增益变化范围，以期达到大的信号接收动态范围。

7、  根据权利要求1所述的数字电视调谐器，其特征在于，在应用于DVB-T标准的二次变频数字电视调谐器的基础上，不需要额外增加混频器和频率综合器，就可以实现对CMMB标准数字电视信号的变频调谐，实现多标准的单芯片兼容。

单芯片多模式数字电视调谐器
技术领域
本发明涉及一种射频接收机，尤其涉及一种单芯片多模式数字电视调谐器，属于射频集成电路技术领域。
背景技术
电视调谐器是电视信号接收的关键电路，其功能是从接收到的电视信号中，选出一个想要的频带信号并将它的频率搬移至低频处，也就是解调器可以处理的频率范围内，然后将信号送交数字电路进行处理。
传统的电视调谐器由分立元件构成，通过印刷电路板互连，外型是一个铁盒装置。内部各个区域实现不同的功能，通过金属将各区域隔离，防止信号之间的串扰。此类调谐器存在几个难以解决的缺陷：
1.性能不稳定。每个器件都有独立的电气和温度特性，因此随着时间推移和外部环境的变化，调谐器的总体性能的变化范围较大，最终导致图像质量的变化。
2.体积较大。因为内部空间需要容纳众多器件，包括芯片，线圈，电容等等，而且要考虑散热的问题。
3.成本较高。调谐器的成本包含内部的多块芯片，线圈，电容，外层铁盒以及PCB制作费用，价格不菲。
近年来，随着集成电路设计和制造能力的不断提升，尤其是射频CMOS工艺的不断成熟，单芯片全集成电视调谐器的研究得到了越来越多的关注，成为各大公司和科研机构追逐的热点，也逐渐成为调谐器市场的主流。其微小的体积，在追求精致外观的现代化电子设备制造商中备受欢迎；其低廉的价格，更是在市场上具有极强的竞争力。另外，由于采用CMOS工艺，使得调谐器和后级解调器等CMOS数字模块的集成成为可能，这也更加凸现出其在成本上的优势。
然而在不同的地域，不同的应用方式下，采用的数字电视标准不尽相同，国际上广泛采用的标准包括DVB-T/C/H(Digital Video Broadcasting-Terrestrial/Cable/Handheld，数字电视广播——地面/线缆/手持)等，中国地面广播采用DMB-T/H(Digital MultimediaBroadcast-Terrestrial/Handheld，数字多媒体广播——地面/手持)标准，而中国移动数字电视采用CMMB(China Multimedia Mobile Broadcasting，中国多媒体移动广播)标准，因此针对单一标准的调谐器芯片有很大的局限性，不能满足跨地区，多用途接收数字电视信号的要求。如果只是简单的将分别针对多种标准的几块芯片集成到一块芯片上，毫无疑问会大幅度增加芯片的面积，成本也会相应的提高，在市场竞争中必然处于劣势。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种单芯片多模式数字电视调谐器架构，该架构采用二次变频低中频方式，通过两个分别工作于不同频段的低噪声放大器实现多标准信号的接收，然后用一个宽带频率综合器和第一个混频器将不同频段的信号变频至同一中频(第一中频)下，再用窄带频率综合器和第二个混频器进行下变频得到第二中频，最后采用低频模拟模块实现滤波，幅度控制和模数转换等功能。具体发明内容包括：
一种兼容DVB-T/C/H，DMB-T/H，CMMB等标准的单芯片多模式数字电视调谐器系统架构，包含：工作频段为50～860MHz的可变增益低噪声放大器101，工作频段为2.5GHz带宽25MHz以上的可变增益低噪声放大器102，以及用于选择所需要的不同频段信号的选通开关103。
低噪声放大器具有可变增益特性，根据输入信号功率的大小，可以通过控制位调节增益变化，实现30dB的增益变化范围，增益调节的步长设置为3dB。低噪声放大器的可变增益，不仅降低模拟前端部分可变增益放大器模块的设计难度，还有利于在输入信号功率增大时提高调谐器整体的线性度，减小交调干扰。
第一混频器104由宽带频率综合器110提供本振信号LO₁，对于50～860MHz频段RF信号而言，该变频过程为上变频，即输出中频IF₁的频率高于输入RF信号，且满足IF₁＝LO₁-RF；对于2.5GHz频段的RF信号而言，该变频过程为下变频，即输出中频IF₁的频率低于输入RF信号，且满足IF₁＝RF-LO₁。因此，不同频段不同标准的数字电视信号通过第一次变频后的输出中频都在同一频率处。
正交第二混频器105由正交窄带频率综合器111提供本振信号LO2，将电视信号频率由IF₁下变频至低中频IF₂处，并且实现正交分离，信号变为正交I/Q两路。
预放大器106，具有较高的增益和中等的噪声性能，用于抑制后级低频模拟模块的噪声贡献，因为通常带通滤波器107，可变增益放大器108等模块的噪声性能相对比较差。
带通滤波器107，选出需要的频带，因为经过两次变频后，所需要的频带已经位于低频处，通过滤波器将高频信号滤除。带通滤波器的截止频率可以通过控制位进行微调，以便根据不同的数字电视标准条件下频道带宽的不同值，有针对性地进行选择，以期获得更好的滤波特性。
可变增益放大器108，根据输入信号功率的大小，调节放大器的增益，使得输出信号的幅度始终保持为模数转换器109的最大输入幅度，使得模数转换器的量化噪声最小，输出信噪比最高。
模数转换器109，将模拟信号转换成数字信号交由数字基带电路进行处理。
附图说明
图1为单芯片多模式数字电视调谐器系统架构；
图2为50～860MHz频段信号的频谱搬移原理；
图3为CMMB标准2.5GHz频段信号的频谱搬移原理；
图4为可变增益低噪声放大器(VG LNA)的实现方案；
具体实施方式
下面结合附图进一步具体描述本发明。
图1所示为本发明的具体架构图。图中包括：
工作频段为50～860MHz的可变增益低噪声放大器101，针对DVB-T/C/H和DMB-T/H数字电视标准，用于接收和放大输入信号，抑制后级的噪声，使得调谐器整体具有良好的噪声性能。并且根据输入信号功率的大小，可以通过控制位进行增益调节。随着输入信号功率的增大，增益随着减小。这样可以保证在输入小功率信号时调谐器整体有很低的噪声系数，提高接收信号灵敏度；输入大功率信号时调谐器整体具有很高的线性度，减小交调干扰，提高信噪比。
工作频段为2.5GHz，带宽25MHz的可变增益放大器102，针对CMMB数字电视标准，其功能和作用与101相同。
第一混频器104由宽带频率综合器110提供本振信号LO₁，将50～860MHz频段的信号上变频至第一中频IF₁处，也可以将2.5GHz频段的信号下变频至第一中频IF₁处。
正交第二混频器105由正交窄带频率综合器111提供本振信号LO₂，将位于第一中频IF₁处的信号下变频至第二中频IF₂处，并且进行正交分离，信号分为正交I/Q两路。通过正交混频与数字域算法的结合，可以实现60dB以上的镜像抑制比。
预放大器106，具有较高的增益和中等的噪声性能，由于带通滤波器107，可变增益放大器108等低频模拟模块的噪声性能相对比较差，预放大器可以抑制这些模块对调谐器整体输入噪声的贡献。
带通滤波器107，选出需要的频带，所需要的频带经过两次变频后已经位于低频处，通过滤波器将高频信号滤除。低通滤波器的截止频率可以通过控制位进行微调，以便根据不同的数字电视标准条件下频道带宽的不同值，有针对性地进行选择，以期获得更好的滤波特性。
可变增益放大器108，根据输入信号功率的大小，调节放大器的增益，使得输出信号的幅度始终保持为模数转换器109的最大输入幅度，使得模数转换器的量化噪声最小，输出信噪比最高。
模数转换器109，将模拟信号转换成数字信号交由数字基带电路进行处理，根据采样定理，其采样频率至少在信号带宽的2倍以上，考虑到不同数字电视标准，取一定裕量，模数转换器的采用频率应在30MHz以上。
图2所示为50～860MHz频段的信号频谱搬移过程，DVB-T/C/H和DMB-T/H数字电视标准所占用的频段均在该范围之内。假设需要的信号频率为RF，那么将宽带频率综合器的输出本振频率设置为LO₁，且LO₁＝IF₁+RF，那么经过第一次变频后，RF信号被上变频至IF₁处。将正交窄带频率综合器的输出本振频率设置为LO₂，且LO₂＝IF₁-IF₂，那么经过第二次变频后，所需要的信号被变频至IF₂处，之后经过低频模拟模块的处理后就可以进行采样。
图3所示为2.5GHz频段的信号频谱搬移过程，该频段由CMMB移动数字电视标准占用，带宽为25MHz。假设需要的信号频率为RF，那么将宽带频率综合器的输出本振频率设置为LO₁，且LO₁＝RF-IF₁，那么经过第一次变频后，RF信号被下变频至IF₁处；将正交窄带频率综合器的输出本振频率设置为LO₂，且LO₂＝IF₁-IF₂，那么经过第二次变频后，所需要的信号被变频至IF₂处；之后经过低频模拟模块的处理后就可以进行采样。
图4所示为可变增益低噪声放大器的实现方案，通过一个增益可调的无源衰减网络和一个固定增益的低噪声放大器级联的方式实现。在输入信号功率较大时，通过衰减网络减小调谐器整体增益，提高线性度，从而减小交调干扰。由于衰减网络的存在，调谐器可以处理更大功率的信号，从而增大信号动态范围。低噪声放大器也可以采用多级可变增益的结构实现，并且其电路结构可以是单端结构，差分结构，或者单端输入差分输出结构。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。