CN1655450B - 直接抽样调谐器及直接抽样调谐方法 - Google Patents

Abstract

一种直接抽样调谐器，包括一个低噪声放大器及一个连接于该低噪声放大器的可选动态可配置带通滤波器。该可选滤波器可通过信道的一个被选波带。该调谐器进一步包括一个相对高精度，多位的模拟数字转换器(ADC)，其与LNA或可选动态可配置带通滤波器相连接。该ADC的工作频率比抽样信号的频率的两倍还要高。该ADC在尼奎斯特频率上对被选信道的频谱直接抽样，因此，可避免传统调谐器所存在的图像问题。

Description

直接抽样调谐器及直接抽样调谐方法

技术领域

本发明涉及一种调谐器。 

背景技术

无线电频率(RF)调谐器从可用的信道频谱中的一个被选信道中提取信息。RF调谐器可用于如线缆调制解调器，卫星机顶盒，线缆机顶盒等。 

因此，有必要对RF信号的调谐方法及系统进行改进。 

发明内容

本发明的目的就是改进调谐的方法及系统。更确切地说，本发明涉及直接抽样调谐器。本发明可以在如有线调制解调器，卫星接收机顶盒，有线接收机顶盒等设备内实施。本发明减少或去掉了混频器，SAW滤波器及其它模拟器件。 

根据本发明的一种实施方式，直接抽样调谐器包括一个相对高精度的多位模拟数字转换器(ADC)。在本实施方式中，该ADC工作在相当于抽样信号频率的两倍以上的频率上。该ADC在尼奎斯特频率或高于尼奎斯特频率上直接对一个被选信道的频谱进行抽样。 

在一种实施方式中，直接抽样调谐器的前端包括一个低噪声放大器(LNA)。在该实施方式中，全频带数字化，因而，可通过数字信号处理器(DSP)解调多重信道。 

在另一种实施方式中，直接抽样调谐器的前端包括一个LNA及一个动态可配置带通滤波器。在后面这个实施方式中，该滤波器可使信道中-被选频带上的信号通过。该滤波器的使用可减少ADC的复杂度要求。 

在一种实施方式中，该ADC直接抽样信道并将合成的多位信息传送至数字信号处理器以执行信道滤波和/或其它处理程序。 

在一种实施方式中，使用多位噪声修整以进一步减少ADC的复杂度。 

根据本发明所要解决的技术问题，提供一种用于接收具有多重信道RF信号的直接抽样调谐器，其包括： 

低噪声放大器； 

动态可配置带通滤波器，该动态可配置带通滤波器与低噪声放大器相连接，并配置成可通过多重信道的一个被选频带； 

多位模拟数字转换器，该多位模拟数字转换器与所述动态可配置带通滤波器相连接，其中，该模拟数字转换器的工作频率大于一个多重信道的被选频带的频率的两倍；及 

数字信号处理器，其与所述模拟数字转换器相连接。 

优选地，该模拟数字转换器包括在8到12位之间的模拟数字转换器。 

优选地，该调谐器还包括一个连接在所述模拟数字转换器和所述数字信号处理器之间的噪声修整模块。 

优选地，该模拟数字转换器包括在8到12位之间的模拟数字转换器。 

优选地，该模拟数字转换器的工作频率大于1GHz。 

优选地，该模拟数字转换器包括快闪式或流水线型模拟数字转换器中的一种。 

优选地，该模拟数字转换器包括抽样保持模块和2ⁿ比较器，其中，n等于抽样及保持模块的位数。 

优选地，该模拟数字转换器包括多阶流水线型模拟数字转换器，该模拟数字转换器的每一阶包括一个或多个位。 

优选地，该模拟数字转换器包括开环模拟数字转换器。 

优选地，该低噪声放大器及该动态可配置带通滤波器可在一个单独的集成电路上实现。 

根据本发明的目的，提供一种调谐具有一个或多个被选信道的RF信号的方法，包括： 

接收并放大多个信道； 

从多个信道中滤掉除了一个信道子集外的其它所有信道； 

将信道子集转换成一个多位数字信号，其中，所述转换执行的抽样率大于信道子集的最高频率的两倍；及 

对所述多位数字信号进行数字处理，从而在信道子集内的一个或多个被选信道中获取信息。 

优选地，转换包括将信道子集转换成8位与10位之间的数字信号。 

优选地，转换还进一步包括对多位数字信号的噪声修整。 

优选地，转换包括将信道子集转换成8位与10位之间的数字信号。 

优选地，转换频率大于等于1GHz。 

优选地，转换包括频谱交错。 

优选地，数字处理包括一个或多个信道滤波、均化、解调、抽取和/或增益控制。 

根据本发明的目的，提供一种用于接收具有多重信道的RF信号的直接抽样调谐器，包括： 

低噪声放大器； 

滤波器 

多位模拟数字转换器，其与该滤波器相连接，其中，该模拟数字转换器的工作频率大于多重信道的被选频带频率的两倍；及 

数字信号处理器，其与所述模拟数字转换器相连接，用于解调多重信道中的一个或多个信道。 

根据本发明的目的，提供一种调谐具有一个或多个被选信道的RF信号的 方法，包括： 

接收并放大多重信道； 

滤波所述放大后的信道； 

将多重信道转换成一个多位数字信号，其中，所述转换执行的抽样率大于多重信道最高频率的两倍；及 

解调该多位数字信号以获得从多重信道中的一个或多个信道传来的信息。 

本发明的其它特征及优点将在下面详细描述。然而进一步的特征及优点在此处将要描述的内容基础上，对于本发明领域的普通技术人员来说是显而易见的或通过实践本发明是可以得到的。可以理解，前述发明内容和下述具体实施方式，都是对本发明的解释及本发明的典型实施例，其目的是对本发明的权利要求做出进一步解释、说明。 

附图说明

以下参照附图对本发明进行描述，相同的参考标号表示相同的或功能相似的器件。同样，最左边的参考标号数字表示图中第一次介绍的相关器件。 

图1是本发明的一种实施方式的直接抽样调谐器的方框图。 

具体实施方式

本发明的目的在于改进调谐RF信号的方法及系统。更确切地说，本发明有关直接抽样调谐，用于如有线调制解调器，卫星接收机顶盒，有线接收机顶盒等。直接抽样调谐的工作频率等于或大于尼奎斯特频率，或等于二段抽样率。 

“直接抽样”是指对接收信号进行抽样，与解调前对接收的信号进行频率的降频转换的系统相反。 

本发明包括多个技术特征，每个特征可以单独构成一个技术方案，也可以与其它特征相互组合构成技术方案。 

调谐器的实施方式 

通过滤除不必要的信道，调谐器在有用的信道间进行识别。通常，在较高的频段进行滤波是不切实际的，因为在较高频段，对滤波器的灵敏度及狭窄度的高要求会造成高昂的成本。作为一种替代方式，传统的调谐器将接收信号与一个较低频率时钟信号相混合，产生一个较低频率的接收信号的复制或图像。然后滤波该较低频率信号以获得所需的信号或信道。然后抽样或解调该所需的信号或信道以提取其中所需的信道信息。 

传统的调谐器包括外差式调谐器(包括超外差式调谐器)，其使用混频器进行降频处理。混频器基本上以小于尼奎斯特速率，对该调制信号进行抽样。然而，这样会造成众所周知的图像问题。这种图像问题通常通过SAW滤波器(标准声波滤波器)解决。SAW滤波器的损耗严重，因此，要求额外的增益级。该额外的增益级会消耗额外的功率及导致高噪声图像。另外，与外差式调谐器中的这些或其它模拟器件相关的非理想及非一致工作特性，使得器件布局工作繁重。例如，SAW滤波器的布置及互连影响整个调谐器的性能。其结果，由于器件数量的要求、制作工艺复杂性及功耗过多的原因，导致外差式调谐器成本高昂。 

传统的调谐器同样包括直接转换及低IF(中频)调谐器，其中，使用混频器将调制信号直接转换到基带或很低的频率。通常的外差式调谐器都包括中间级，直接转换调谐器避免了中间级，，但同样使用了混频器。因此，低IF调谐器同样有图像受损，其要求有效的下游修正电路。直接转换调谐器的一个问题是谐波混频，其中，本地振荡器频率的谐波在重要信道的顶端混合了不需要的信道到基带。这个问题对如有线及卫星的宽带信号尤为严重。 

直接抽样调谐器的实施方式 

附图是本发明的调谐器100实施例的框图。调谐器100包括一个直接抽样模拟数字转换器(ADC)106。该ADC 106在尼奎斯特频率(即大于信号116频率的两倍)上对信号116进行抽样。因此，与传统调谐器相关的图像问题可被基本排除。 

调谐器100的前端包括一个低噪声放大器(LNA)102。该LNA 102放大接收信号112。 

在一种实施方式中，调谐器100的前端还包括一个前置滤波器104。该前置滤波器104为动态可配置的前置滤波器，用以滤通放大信号112的被选频带进而传送至ADC 106。 

在一种实施方式中，该调谐器100还包括一个噪声修整模块108，用于改善ADC 106输出的分辨率。 

在一种实施方式中，该调谐器100进一步包括一个数字信号处理器(DSP)110。在一种实施方式中，将ADC 106接收的全频带数字化，以使该频带的多重信道或所需的信道可以使用DSP 110进行解调。 

在这个实施方式中，调谐器100排除了传统调谐器中的许多模拟器件，如混频器，SAW滤波器及多重功耗增益级。而且，这样可以减少工艺复杂度及器件成本。模拟器件数量的减少可改善调谐器100的工艺性能，因为数字系统在批量生产制造中，不会象制造模拟器件那样存在系统性能不一致现象。模拟器件的减少相对传统调谐器，还降低了功耗，因为不需要有频率合成器，混频器及SAW滤波器。调谐器100级数量的减少(即，LNA 102基本上为前端的唯一增益级)改进了噪声指数。 

高速、高分辩率ADC的实施方式 

在一种实施方式中，该直接抽样ADC 106为高速、高分辩率ADC，它在尼奎斯特频率上，对信号116的全频谱有效地进行抽样的。 

例如，在有线信道环境中，最高频率一般为860MHz左右，该ADC 106的工作频率高于1720MHz。同样，例如，在卫星环境中，其频率大约为2150MHz，该ADC 106的工作频率高于4300MHz。在一种实施方式中，为了使ADC 106工作在一个或多个这些速率上，可在开环系统(即，无反馈)中实现ADC 106。在一种实施方式中，可在DSP 110内向下游执行修整。 

在一种实施方式中，ADC 106为多位的ADC。在有线信道环境中，该ADC106可以是，如10位的ADC，这样可产生8位的ENOB(有效位数)。ENOB是相对于输入频率f_IN的ADC 106的标准性能参数(以位为单位)。当f_IN增加时，整体噪声也会增加(特别是失真器件)，从而减少了ENOB及SINAD(信噪及失真比)。ENOB与SINAD的相关可由下面的等式表示： 

$\mathrm{ENOB}=\frac{\mathrm{SINAD}-1.76}{6.02}$

在卫星环境中，ADC 106可以是12位的ADC。如下面所述，可以执行噪声修整以减少ADC 106的位数，而不会有精确度的损失。 

值得重视的是，根据应用和/或环境，ADC 106可以为任意数量的位，分别对应任意的ENOB。 

在下面要描述的各个实施例中，ADC 106可以通过一种或者多种不同方式实现。 

在一种实施方式中，ADC 106可由快闪式ADC实现。快闪式ADC为本技术领域内的现有技术。快闪ADC使用一系列具有不同阈值电压的比较器将模拟信号转换成数字输出。 

在一种实施方式中，ADC 106可由抽样保持电路实现。这种抽样保持可以通过2ⁿ比较器实现，其中，n表示ADC 106的位数目。抽样保持电路和比较器均为本技术领域的现有技术。 

ADC 106的另一种实施方式为流水线型ADC或子区型数字转换器。流水线型ADC是本领域的现有技术。流水线型ADC使用子区的两步或多步法。首 先，进行粗略地转换。第二步，数字模拟转换器(DAC)确定输入信号的差分。然后将该差分信号精确转换，最后一步，将所得结果结合。这种类型的ADC是快速的，并具有高分辨率及只需要小尺寸封装。如另一个解释所述，流水线型ADC由多个连续的级组成，每一级都包括一个跟踪/保持(T/H)电路、一个低分辨率的ADC及DAC和一个加法电路，该加法电路包括可提供增益的级间放大器。 

在一种实施方式中，该ADC 106二次抽样信号116。二次抽样是指在低于相对于信号116的载波频率的尼奎斯特频率上对信号116抽样，而不是相对于上述调制信息的尼奎斯特频率。例如，对于载波频率为860MHz的信道，其信道带宽通常为6MHz的范围内。这样，当ADC 106对该载波二次抽样时，再次对调制信息抽样。 

ADC 106输出抽样118，并在DSP 110中进行数字化处理以从所需的信道中提取信息。DSP 110对抽样的信息执行一个或多个各种操作，如下所述。 

ADC 106可以选择以交叉存取的形式实现，如美国专利申请序列号为10/085,071(简称071号申请)  (公开于2002年6月27日，美国公开号为2002-0080898A1)，名称为“基于接收器的DSP的方法及系统”，申请于2002年3月1日，通过参考其全文结合于此处。 

LNA及前置滤波器选项 

接收信号112通常是一个相对较弱的信号。LNA 102增加信号112的振幅和/或功率，以使该信号可以在调谐器100中得到处理。例如，可以将LNA设计成将信号112的电压升高至1伏特以使其基本满足所有的ADC 106中的编码。ADC编码对于本领域普通技术人员来说是现有技术。 

利用前置滤波器104选项来降低ADC 106的复杂度。如前所述，ADC 106抽样信号116的频谱。当省略前置滤波器104选项时，信号116的频谱实际为接 收信号112的频谱。当接收信号112中的感兴趣的频谱相对狭窄或当用户想要解调多重信道时，省略前置滤波器104选项通常是合适的。然而，当信号112中感兴趣的频谱相对较宽时，通过选择使用前置滤波器104以减少ADC 106对频谱的抽样。 

例如，在有线调谐环境中，信号112中的信道可以多达135个或更多。前置滤波器104可以选择由动态可配置的带通滤波器实现，该带通滤波器让感兴趣的选择频带，或者信道的子集通过并送达到ADC 106。这样可降低ADC 106对线性度、动态范围及位数量的要求。换句话说，前置滤波器104降低了ADC106的复杂性。 

在一种实施方式中，前置滤波器104可由滤波器的数字化选择频段来实现，每一个滤波器有一个不同的通带。 

在一种采用前置滤波器104的实施方式中，前置滤波器104向ADC 106提供感兴趣的频带或信道子集，ADC 106直接抽样感兴趣的被选频带。然后，通过DSP 110处理抽样以从一个或多个被选信道中解码信息。 

在一种实施方式中，前置滤波器104和LNA 102集成在同一个集成电路芯片上。在另一种实施方式中，该集成电路芯片还可以包括附图中所示的其它器件。 

在一种实施方式中，LNA 102包括自主增益控制，它使输出114保持在一个相对固定的电压水平，以满足ADC 106的全部编码。 

可选择的噪声修整  

在一种实施方式中，噪声修整模块108在ADC 106的输出位118上执行噪声修整。这样，在不损失精度的情况下，可使ADC 106以较少的位实现其功能。例如，当要求X位时(X＝1，2，3，……)，ADC 106可作为一个X-Y位的ADC(Y＝1，2，3，且总是小于X)与噪声修整模块108共同实现其功能。 

在一种实施方式中，在如1或2位这样的低位抽样器中执行噪声修整。为了在更高位的抽样器中执行噪声修整，噪声修整模块108中需要一个相对较高精度的数字模拟转换器(DAC)。换句话说，在一个相对高分辨率上执行噪声修整。 

数字信号处理  

DSP 110可以由一种或多种方式实现，其具有一种或多种不同特征。例如，在没有限制的情况下，DSP 110可以实现以下一个或多个功能：信道滤波，均化，解调，抽取和/或增益控制。 

在使用了噪声修整模块108的实施方式中，，有一种实施方式是使该噪声修整模块108合并在DSP 110中。 

在一种实施方式中，LNA 102和/或前置滤波器104可以与DSP 110集成在一块芯片上。 

其它可以在DSP 110中实现的特征，如‘071号申请中所述，可单独地和/或相互进行各种组合，其在该参考文件中已讨论。 

结论以上借助于功能模块对本发明进行了描述，这些功能模块代表了指定功能的特性及其相互关系。为了便于描述，本文中专制地(arbitrarily)定义了这些功能模块的界限范围(边界)。还可以采用替换的界限范围(边界)，只要该指定的功能及其相互关系能够适当地实现。任何这种替换都包括在本发明权利要求的精神实质及范围之内。本领域的技术人员知悉，可以采用分离元件、专用集成电路、执行一定程序的处理器等，及其上述的结合来实现这些功能模块。 

本发明的各种实施方式如前所述，应该理解到，其仅仅是通过举例的方式进行说明，而不仅限于这些。因此，本发明的广度及范围不是仅限于前述的任何一种实施方式，而是应该与权利要求及这些实施方式的等同相一致。 

Claims (10)

1.一种用于接收具有多重信道的RF信号的直接抽样调谐器，其特征在于，包括：

一个低噪声放大器；

一个动态可配置的带通滤波器，其与所述低噪声放大器直接连接，可通过多重信道的一个被选频带；

一个多位模拟数字转换器，其与所述动态可配置的带通滤波器直接连接，其中，所述模拟数字转换器的工作频率大于所述多重信道的被选频带的频率的两倍；及

一个数字信号处理器，其与所述模拟数字转换器直接连接。

2.根据权利要求1所述的调谐器，其特征在于，所述模拟数字转换器包括一个8到12位的模拟数字转换器。

3.根据权利要求1所述的调谐器，其特征在于，还包括一个连接在所述模拟数字转换器和所述数字信号处理器之间的噪声修整模块。

4.根据权利要求1所述的调谐器，其特征在于，所述模拟数字转换器的工作频率大于1GHz。

5.一种调谐具有一个或多个被选信道的RF信号的方法，其特征在于，包括：

接收并放大多个信道；

直接从所述多个信道中滤掉除了一个信道子集外的其它所有信道；

直接将所述信道子集转换成一个多位数字信号，其中，所述转换执行的抽样率大于所述信道子集的最高频率的两倍；及

直接对所述多位数字信号进行数字处理，以从所述信道子集内的一个或多个被选信道中获取信息。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述转换包括将信道子集转换成8到10位的数字信号。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括对所述多位数字信号的噪声修整。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述数字处理包括一个或多个信道滤波、均化、解调、抽取和/或增益控制。

9.一种用于接收具有多重信道的RF信号的直接抽样调谐器，其特征在于，包括：

一个低噪声放大器；

一个滤波器，其与所述低噪声放大器直接连接；

一个多位模拟数字转换器，其与所述滤波器直接连接，其中，所述模拟数字转换器的工作频率大于所述多重信道的被选频带的频率的两倍；及

一个数字信号处理器，其与所述模拟数字转换器直接连接，用于解调所述多重信道的一个或多个。

10.一种调谐具有一个或多个被选信道的RF信号的方法，其特征在于，包括：

接收并放大多个信道；

直接滤波所述放大后的信道；

直接将所述多个信道转换成一个多位数字信号，其中，所述转换执行的抽样率大于所述多个信道的最高频率的两倍；及

直接解调所述多位数字信号，以从所述多重信道的一个或多个中获得信息。