專利名稱：：電視系統(tǒng)射頻調制器的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種電視系統(tǒng)射頻調制器。主要以CMOS技術克服傳統(tǒng)上以雙極(bipolar)技術制作的電視射頻調制器在質量上與成本上的缺點?；パa型金屬氧化物半導體CMOS制造技術的進步，促使集成電路的零件密度提高，相對于小體積的晶體管，其反應速率隨之提高。以0.8μm的CMOS制程而言，其最快的反應速率已經(jīng)可以達到200MHz。因此位于電視甚高頻VHF頻帶，頻率范圍在50MHz至100MHz的射頻調制器。已可以以CMOS技術完成。傳統(tǒng)的射頻調制器，均以雙極(bipolar)技術制作。目前市面上的產(chǎn)品，有SONYCX20138的雙極集成電路IC，以及類似福華電子公司(ForwardElectronicsCo.，Ltd.)的MDMT2A，以雙極bipolar電晶體及RLC零件組裝的產(chǎn)品。它們存在有共同的缺點。例如，其生產(chǎn)時需要昂貴的儀器，作多重步驟的調整，導致生產(chǎn)不便利，使成本提高。另一方面，其射頻振幅調制，均以雙極非線性特性，以乘積效應產(chǎn)生。相對其信號，有非線性的彩色失真及差頻干擾的問題存在。本發(fā)明的目的在于提供一種非線性失真小及差頻干擾小，生產(chǎn)線中不需調整的電視系統(tǒng)射頻調制器。本發(fā)明的射頻調制器，以CMOS制程制作，利用自動鎖相電路(AutomaticPhaseLockLoop)的原理，及線性方法產(chǎn)生射頻振幅調制信號。因此免除生產(chǎn)線的調整步驟及因非線性乘積效應所引起的彩色失真及差頻干擾問題。相對于生產(chǎn)成本及質量的改善，其本身所需的零件成本也大為降低。表I列示傳統(tǒng)的雙極集成電路，雙極電晶體與本發(fā)明的CMOS集成電路在成本及質量上的比較表格。除頻率響應不能像雙極方法，達到IGHz的超高頻外，本發(fā)明在其他各方面皆遠較雙極集成電路為優(yōu)，很明顯已克服習知技術的缺點。且就VHFL的電視頻帶范圍而言，本發(fā)明的CMOS集成電路的頻率響應仍足以滿足需求。依本發(fā)明的方法，在CMOS電晶體反應速度提高的情況下，即可有更高的頻率響應。表1集成電路BIPOLAR電晶體CMOS集成電路1.調整次數(shù)A.影像載波頻率免調整調電感免調整B.聲音副載波頻率調電感調電感免調整C.聲音輸入強度調可變電阻調可變電阻免調整D.聲象載波強度比調可變電阻調中周變壓器免調整E.調制程度調可變電阻調可變電阻免調整F.通頻濾波器中心頻率調電感調電感免調整2.零件數(shù)1832163.零件成本40-5025304.質量A.電位差的彩色振幅失真5％10％1％B.電位差的彩色相位失真5％10％1％C.聲音失真1％1％1％D.同步信號壓縮量10％10％0％E.差頻干擾-60DB-40DB-1000DBF.頻率響應<p>本發(fā)明是一種以CMOS技術設計的電視系統(tǒng)射頻調制器。它由以CMOS制程制作的一個CMOS單晶片集成電路，一個4MHz的陶瓷諧振器，一個射頻頻道寬頻通頻帶濾波器，兩個鎖相濾波器及1組頻道選擇器所組成。它以自動鎖相原理，以15625Hz作為參考頻率，產(chǎn)生免調整的影像載波及聲音副載波頻率。配合頻道選擇器，改變自動鎖相電路的除數(shù)，在同一晶片上，可以產(chǎn)生電視系統(tǒng)M/N，B，I，D，K/KI及澳洲、意大利、日本等八個不同系統(tǒng)與國家的頻道3與頻道4所需要的聲象載波頻率。它的射頻振幅調制器，為一線性振幅調制器。因此免除例如在biploar技術所產(chǎn)生的彩色失真及差頻干擾的問題。本發(fā)明可參閱下文的較佳實施例及附圖而獲得更清楚的說明。附圖簡單說明圖1為本發(fā)明的射頻調制器實施例的電路圖；圖2為圖1中本發(fā)明的自動鎖相電路的方塊圖；圖3為圖1的射頻振幅調制器的電路圖；圖4A-4E為圖3電路中各點的振幅調制信號的波形示意圖，圖5為寬頻帶通帶濾波器的頻率響應特性。本發(fā)明的較佳實施例如下本發(fā)明的電視射頻調制器(modulator)在錄放影機，放影機或電視游戲器上均有需求。射頻調制器，主要用于將影像及聲音信號，分別以調幅及調頻的調制方式，附載在影像載波(Picturecarrier)及聲音副載波(Soundub-carrier)上。一般的射頻調制器，均提供電視頻道3與4兩頻道，供使用者選擇使用。傳統(tǒng)的射頻調制器，均以bipolar晶體管，電感(coil)及電容(capacitor)等分離的零件組裝，產(chǎn)生影像載波及聲音副載波的頻率，并且利用晶體管的非線性特性，產(chǎn)生調幅(AM)的調制信號。由于零件的誤差，在生產(chǎn)時需要昂貴的設備，作頻率調整。致使成本提高，并且質量也受限制。本實施例的CMOS電視系統(tǒng)射頻調制器，是利用自動鎖相電路(AutomaticPhaseLockLoop)原理，以低成本、低誤差的陶瓷諧振器(CeramicResonator)所產(chǎn)生的15625Hz頻率作為參考頻率，因而產(chǎn)生一系列可選擇，而不需要調整的影像載波及聲音副載波頻率，其原理將于后詳述。表2所示，為世界上七個電視系統(tǒng)，M，N，I，B，D，K及K1與三個自選頻率國家，澳洲，意大利及日本的頻道頻率對照表。其中列示了各系統(tǒng)頻道3與頻道4的頻率。共歸納成八種不同的系統(tǒng)，其分別為I，B，Aust.，D，M/N，ITALY，JAPAN及K/K1。這八種不同系統(tǒng)的射頻調制信號，除了聲象的載波頻率不同外，其調頻FM與調幅A的調制方式是一樣的。因此可以合并在一起，設計在同一晶片上。不同系統(tǒng)所需要的不同頻率，則以頻率選擇器選擇。表2圖2為本發(fā)明的自動鎖相電路的方框圖。它由電壓控制變頻器1，固定除數(shù)分頻器20，可變除數(shù)分頻器3，頻率比較器4及由電阻R1，R2及電容C1所組成的鎖相濾波器所組成。其原理在相關教課書上已有說明，因此不再詳述。按照此鎖相電路的運作原理，當參考時鐘REFCLK輸入頻率比較器4，經(jīng)過一段鎖相時間后，會促使頻率比較器4的兩個輸入時鐘CLKMN及REFCLK的頻率相同。即fREFCLK＝fCLAMN(1)由于時鐘CLKMN是由時鐘CLK經(jīng)過固定除數(shù)分頻器20，除以固定值M，及經(jīng)過可變除數(shù)分頻器3，除以可變除數(shù)N所得到，因此fCLK＝M.N.fCLKMN(2)將公式(1)代入公式(2)，得到fCLK＝M.N.fCLKMN(3)公式(3)的意義為，經(jīng)過鎖相電路處理后，可以到M乘N倍于參考時鐘REFCLK頻率的倍頻時鐘CLK。在公式(3)中，若設參考時鐘REFCLK的頻率為15625Hz，M＝16，N的可變值如表3所列。則改變N值，即可以得到滿足表2所需的聲象載波頻率，其頻率重復列示于表3中。由于產(chǎn)生影像載波頻率與聲音副載波頻率所需要的可變除數(shù)N不相同，因此需要兩個鎖相電路，分別產(chǎn)生聲象載波頻率。表3<p>圖1揭示依本發(fā)明以CMOS技術所創(chuàng)作的電視系統(tǒng)射頻調制器，其中集成電路實施例的電路結構，以及其在應用上的周邊零件。以下將對此集成電路作詳細說明。在圖1中，振蕩器5與腳11，腳12外的振蕩晶片Y1，及電容C4，C5構成一個以Y1諧振頻率振蕩的振蕩器。Y1的諧振蕩頻率為4MHz，因此諧振器5與腳11，腳12外的振蕩晶片Y1，及電容C4，C5構成一個以Y1諧振頻率振蕩的振蕩器。Y1的諧振頻率為4MHz，因此諧振器5產(chǎn)生的4MHz的時鐘輸入?yún)⒖碱l率選擇器2的輸入，4MHz時鐘在參考頻率選擇器2中除以256產(chǎn)生15625Hz的時鐘信號，此時鐘在腳13的選擇器2的輸出端REFCLK。當VCR或TVGAME系統(tǒng)中，具有15625Hz的時鐘時，(注15625Hz為50Hz/625line電視系統(tǒng)的水平頻率，一般的50Hz625line電視系統(tǒng)的VCR或TVGAME，均有此水平頻率的水平信號輸出。)此時鐘可以直接輸入腳11作為參考時鐘，省略Y1，C4，C5零件。15625Hz的時鐘輸入諧振器5，其內部為一倒相器(INVERTOR)，經(jīng)倒相后輸入至參考頻率選擇器2，此時設定腳13的選擇信號15625/4J為邏輯“1”，則15625Hz時鐘即被選出至參考頻率選擇器2的輸出REFCLK。參考頻率選擇器2的功能是選擇除以256或1的頻率輸出，因此無論諧振器采用自振的4MHz頻率或由外部輸入的15625Hz的參考時鐘REFCLK。選擇信號15625/4J的狀態(tài)由腳13外跳線JP4的狀態(tài)決定。當JP4為開路，腳13內的拉高電路使15625/4J為邏輯“1”，當JP4為短路，則15625/4J為接地，產(chǎn)生邏輯“0”狀態(tài)。在圖1中，可變除數(shù)分頻器3，頻率比較器4、電壓控制變頻器1、腳5與腳6外的電阻R3、R4與電容C3所構成的鎖相濾波器，構成產(chǎn)生影像載波時鐘(RFCLK)的自動鎖相電路。自動鎖相原理，如前所述。可變除數(shù)除頻器3的除數(shù)值，是由腳7、8、9及10外的跳線JP1，JP2，JP3及開關SW1所組成的頻道選擇器的狀態(tài)，經(jīng)解碼器6解碼產(chǎn)生。當JP1，JP2，JP3與SW1為開路狀態(tài)，在腳7、8、9及10內的拉高電路使各頻帶BAND1，BAND2，BAND3及CH3/4J信號為邏輯“1”。解碼器6為一只讀存儲器(ROM)，在其地址信號BAND1，BAND2，BAND3及CH3/4J所組成的十六個地址內，分別預存有16組，如表3所示的可變除數(shù)N。因此其中之一地址被設定后，其內存的N值即被輸出至可變除數(shù)分頻器3。解碼器6，在BAND1，BAND2，BAND3及CH3/4J的解碼過程中，同時解出聲音的可變除數(shù)N值，輸出至聲音的可變除分頻器7。BAND1，BAND2，BAND3及CH3/4J的邏輯狀態(tài)，所相對應的影音可變除數(shù)值N，如表4所示。表4</tables>在圖1中，可變除數(shù)分頻器7、頻率比較器8、腳3與腳4外由電阻R1、R2及電容C2組成的濾波器、1∶1電壓放大緩衡器OP1，電阻R10與電壓控制變頻器9，構成產(chǎn)生聲音調頻信號SIF的中心副載波頻率的自動鎖相電路。如上所述，聲象的載波頻率，分別經(jīng)鎖相電路自動鎖定，因此其頻率非常準確，不需要人工調整。在圖1中，聲音信號(Audio)經(jīng)集成電路外的B點，經(jīng)電容C1以交流交連的方式，產(chǎn)生輸入的聲音信號于電阻R9與R10的交點。此交點亦為電壓控制變頻器9的輸入點，因此相對于聲音信號振幅的改變，產(chǎn)生頻率改變的調頻信號SIF。由于電阻R9與R10的比值在集成電路內是恒定的，而且電壓控制變頻器9的頻率增益的誤差很小，相對于固定振幅的聲音(Audio)輸入，其產(chǎn)生的頻率偏移(Frequencydeviation)的誤差可以保持在±5％范圍。因此如表1第C項的聲音輸入強度，可以免除人工調整。在圖1中，射頻振幅調制器10的內部電路示于圖3。在圖3中合成影像信號VIDEO，由集成電路外的A點，以直交連方式由腳1輸入。合成影像信號的振幅要求是2Vp-p，但其極性則不受限制。如圖3所示，合成影像信號在聲象處理器100中，首先經(jīng)1∶1電壓放大緩沖器OPI處理后，由電阻R1及R3的比值與經(jīng)倒相器INVI倒相后的聲音調頻信號SIF產(chǎn)生聲象比為5的混合信號于1∶1電壓放大緩沖器OP2的正端輸入。TGI為一電子選擇開關，相對系統(tǒng)M/N及日本系統(tǒng)時，選擇信號P/S使開關TG1導道，使電阻R1為與電阻R2并聯(lián)而使得等效電阻值變小，因而產(chǎn)生聲象比為10的聲象混合信號。聲象混合信號經(jīng)1∶1電壓放大緩沖器OP2處理后，由二選一的選擇器MX2的一端輸入。另一方面，在腳15外，電阻R5及R6分壓產(chǎn)生的調制基準電壓VMOD，經(jīng)過與聲象處理器100的電路完全相同的電路101處理后，輸入二選一的選擇器MX2的另一端。電路101與100中，唯一不同的是倒相器INV1及偏壓電路B1。倒相器INV1引入0至5V變化的聲音調頻信號。偏壓電路B1則以倒相器中相同W/L尺寸的電晶體聯(lián)接成電阻形式，產(chǎn)生偏壓輸出。經(jīng)過電路100及101處理后，在腳1及腳15輸入的影像信號與調制基準電壓得到相同的衰減，保持電壓比例不變的輸入二選一的選擇器MX2的二輸入端。更具體的實施例，請參考圖4。在圖4a中，若影像輸入信號為0.6V至2.6V之間變化，振幅為2Vp-p的信號。由于射頻振幅調制的要求為保留12.5％的調制度，其意義指圖4a中，M∶V＝12.5∶87.5因此設定腳15外的電阻R5及R6值，可以得到2.866V的調制基準電壓VMOD。由于電阻R5及R6可采用高精密度，低誤差的電阻。調制度可以控制在12.5±2％的范圍內，因此可以免除生產(chǎn)線上的調整。傳統(tǒng)以乘積效應產(chǎn)生的射頻振幅調制器，其調制度是需要調整的。圖4b為二選一選擇器MX2兩輸入端的聲像混合信號及調制基準電壓VMOD示意圖。由于它們在電路100及101中作相等衰減。因此其87.5∶12.5的比值是不變的。圖4c表示聲像信號與調制基準電壓VMOD在圖3中的二選一選擇器MX2，經(jīng)影像載波時鐘RFCLK切換選擇后，所產(chǎn)生的半波射頻振幅調制信號。在圖3中，R7為-75歐姆或50歐姆的射頻傳輸特性電阻，R10為一數(shù)十K歐姆的電阻，由于其阻值遠大于二選一選擇器內MOS電晶體的內阻，因此圖4c的半波調幅信號具有較傳統(tǒng)以乘積效應產(chǎn)生的調幅信號更良好的線性特性，可以減少彩色失真及差頻干擾。在圖3中，在腳16，建立在電阻R7上的半波調幅信號，經(jīng)過寬頻帶通頻濾波器12濾波后產(chǎn)生如圖4d所示的全波調幅信號于射頻調制器的輸出端C。當輸出端C與75歐姆輸入阻抗的電視機連接時可以產(chǎn)生5mVp-p的強度的射頻調幅信號。圖5說明寬頻帶通頻濾波器的頻率響應特性。在圖5中，標示A，B，C與D的粗線及雙細線，代表以日本系統(tǒng)的影像載波對于圖4C所示的半波調幅信號所產(chǎn)生的頻率分布特性。A的粗線代表直流成分，B的雙細線，代表91.25MHz與97.25MH第3與第4頻道影像載波的主頻率。C則代表它們的第二次諧波，D代表它們的第三次諧波所在位置。圖中，1區(qū)域代表濾波器的低頻濾波特性，它將半波調幅信號的直流過濾，II區(qū)域代表濾波器的通頻特性，它保留半波調幅信號的主波。III區(qū)域代表濾波器高頻衰減的變化特性，以及因零件誤差，可能發(fā)生的誤差變化范圍。IV區(qū)域代表第二次以上諧波衰減特性。在第III區(qū)域內，因誤差發(fā)生范圍不影響主波通過，以及二次以上諧波的衰減，因此該濾波器在生產(chǎn)上，也是不須要調整的。最后，在圖1中，測試器11的用途是提供影像載波時鐘RFCLK與聲音調頻信號SIF的頻率測試。當?shù)?5腳的調制電壓(VMOD)大于4伏特，而小于VDD的5伏特電壓時。測試器11反應此電壓而產(chǎn)一邏輯狀態(tài)為“0”的射頻廢棄信號(RFDISJ)，此信號在測試器11內，選擇聲音調頻信號SIF至腳14輸出，因此可以測量SIF信號的頻率特性。另外，“0”邏輯的RFDISJ信號，在影像載波產(chǎn)生的電壓控制變頻器1中，使振蕩停止，中止影像載波的產(chǎn)生，并且使影像載波時鐘RFCLK成為邏輯“0”的狀態(tài)，在射頻振幅調制器10中，使聲象混合信號于腳16輸出。因此可以測量聲象的混合比例。當?shù)?5腳的調制電壓(VMOD)為小于4伏特的電壓時，集成電路恢復正常工作狀態(tài)。測試器11輸出影像載波時鐘RFCLK于腳14，因此可以測量影像載波頻率。如上所述，本發(fā)明的CMOS電視多系統(tǒng)射頻調制器集成電路，為一具20支腳的集成電路。但是它也可以被包裝成16支腳的集成電路，提供單一系統(tǒng)，雙頻道的應用。此時BAND1，BAND2，BAND3的系統(tǒng)頻率選擇腳與15625/4J的參考頻率選擇腳的邏輯狀態(tài)，是以連接線(BONDINGWIRE)連接至VSS或VDD的架體上(leadframe)設定的。另外，本發(fā)明的集成電路，也可以被包裝成14支腳的集成電路，僅供單一系統(tǒng)，單一頻道應用。能夠理解的，本發(fā)明所述的集成電路腳位的順序，與實際制造的集成電路的腳位不一定一致。目前的順序，是為了方便說明而定的。熟悉本行業(yè)的人士可在不脫離本發(fā)明的精神下，對本發(fā)明之電路作種種修改，但其應屬本發(fā)明的限定范圍內。權利要求1.一種電視系統(tǒng)射頻調制器，其特征在于，包括至少一鎖相濾波器，一CMOS集成電路，其配合鎖相濾波器，于其內部形成自動鎖相回路，以產(chǎn)生影像載波頻率及聲音副載波頻率，并且產(chǎn)生聲音調頻及聲象調幅的射頻信號；一參考頻率選擇器，用以提供CMOS集成電路不同的定址狀態(tài)，以產(chǎn)生不同頻道所需的影像載波及聲音副載波頻率；一寬頻帶濾波器12，用以配合所述CMOS集成電路，衰減其調幅信號中二次以上諧波及直流成分，及一調制電壓產(chǎn)生器，用以產(chǎn)生調制器所需的調制電壓。2.根據(jù)權利要求1所述的調制器，其特征在于，所述CMOS集成電路包括一振蕩器，用以產(chǎn)生參考頻率；一第一自動鎖相電路，用以產(chǎn)生影像載波頻率，一第二自動鎖相電路，用以產(chǎn)生聲音副載波頻率，并且產(chǎn)生聲音的調頻信號。一可變除數(shù)選擇器，包括一存儲器，藉外部定址以讀出其內存數(shù)據(jù)，供以產(chǎn)生不同頻道所需的影像載波及聲音副載波頻率，及一射頻振幅調制器，用以將所述聲音調頻信號與輸入的合成影像信號混合成聲象混合信號，以便調制。3.根據(jù)權利要求1所述的調制器，其特征在于，還包括一陶瓷諧振器，用以配合所述集成電路內的振蕩電路及頻道選擇器，以產(chǎn)生15625HZ的參考頻率。4.根據(jù)權利要求2所述的調制器，其特征在于，所述第一與第二鎖相回路各包括一可變除數(shù)分頻器，一頻率比較器，一電壓控制變頻器，及一外部鎖相濾波器。5.根據(jù)權利要求2所述的調制器，其特征在于，所述可變除數(shù)選擇器的存儲器，內存有不同的除數(shù)，藉外部跳線及選擇開關選擇，用以改變第一及第二鎖相電路中的可變除數(shù)分頻器的除數(shù)，以產(chǎn)生不同影像與聲音的載波頻率。6.根據(jù)權利要求2所述的調制器，其特征在于，所述射頻振幅調制器，包括一第一1∶1電壓放大器，其輸入端接外部輸入的合成影像信號，其輸入連接第一與第二電阻；第一電阻的另一端與第三電阻的一端及第二1∶1電壓放大器的輸入端連接；第三電阻的另一端連接第一倒相器的輸出；第一倒相器的輸入連接所述聲音調頻信號；第二電阻的另一端連接一個第一選擇開關的輸入端，第一選擇開關的輸出端與所述第一電阻、第三電阻及第二的1∶1電壓放大器輸入端連接；第一選擇開關的選擇端連接一內部產(chǎn)生的選擇信號P/S；所述第二1∶1電壓放大器的輸出端輸出聲象混合信號；一第三1∶1電壓放大器，其輸入端接外部產(chǎn)生的調幅基準電壓，其輸出端連接一第四及第五電阻；第四電阻的另一端與第六電阻的一端及第四1∶1電壓放大器的輸入端連接；一第六電阻的另一端連接一個第一偏壓器的輸出；所述第五電阻的另一端連接所述第二選擇開關的輸入，其輸出與第四電阻、第六電阻及第四1∶1電壓放大器的輸入端連接；第二選擇開關的選擇端連接內部產(chǎn)生的選擇信號P/S；所述第四1∶1電壓放大器的輸出端輸出與外部的影像信號成等比例衰減的調幅基準信號；所述第二與第四1∶1電壓放大器的輸出，分別輸入第一選擇開關的輸入端，其選擇端連接一內部產(chǎn)生的影像載波時鐘；所述第一選擇開關經(jīng)由一電阻輸出半波調幅信號。7.根據(jù)權利要求2所述的調制器，其特征在于，所述集成電路，為一個具有20個接腳的集成電路。8.根據(jù)權利要求2所述的調制器，其特征在于，所述集成電路，為一個具有16接腳的集成電路。9.根據(jù)權利要求2所述的調制器，其特征在于，所述集成電路為一個具有14接腳的集成電路。10.根據(jù)權利要求2所述的調制器，其特征在于，所述集成電路包括一測試電路，其設有一測試腳并因調制電壓設定大小的不同，而于該測試腳輸出聲音調頻信號或影像載波時鐘信號，以供測試。全文摘要一種以CMOS技術設計的電視系統(tǒng)射頻調制器，其主要由一CMOS集成電路，一個射頻寬頻帶通頻濾波器，兩個鎖相濾波器及一組頻道選擇器組成。其以自動鎖相濾波器，以15625Hz作為參考頻率，產(chǎn)生免調整的影象載波及聲音副載波頻率。配合頻道選擇器，改變自動鎖相電路中分頻器的除數(shù)，在一晶片上，可以產(chǎn)生電視系統(tǒng)中八個不同頻道所需要的聲象載波頻率。電路中的振幅調制器，為一線性振幅調制器?？擅獬噬д婕安铑l干擾的問題。文檔編號H04N5/40GK1158532SQ9610321公開日1997年9月3日申請日期1996年2月27日優(yōu)先權日1996年2月27日發(fā)明者張亦龍申請人:張亦龍