專利名稱：數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)調(diào)諧器的表面聲波濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星接收機(jī)調(diào)諧器的表面聲波濾波器(SAW)，特別是能夠接收并處理以數(shù)字形式傳輸?shù)碾娨曅盘柕恼{(diào)諧器的表面聲波濾波器。
衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)包括一個“戶外單元”和一個“戶內(nèi)單元”，前者有一個碟形接收天線和一個“塊”轉(zhuǎn)換器，后者有一個調(diào)諧器和一個信號處理部分。塊轉(zhuǎn)換器將由衛(wèi)星傳輸?shù)娜肯鄬^高頻率范圍的RF信號轉(zhuǎn)換為更便于控制的較低頻率范圍的信號。
在用于接收并處理以模擬形式傳輸?shù)碾娨曅畔⒌膫鹘y(tǒng)衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)中，由衛(wèi)星傳輸?shù)腞F信號在C(3.7至4.2千兆赫)和Ku(11.7至14.22千兆赫)波段，它們由塊轉(zhuǎn)換器按“塊”轉(zhuǎn)換到L(900至2000兆赫)波段。室內(nèi)單元的調(diào)諧器的一個RF濾波器部分相應(yīng)于選定的頻道選擇一個由塊轉(zhuǎn)換器提供的RF信號，選定的RF信號又被調(diào)諧器的一個混頻器/本地振蕩器部分轉(zhuǎn)換為較低的中頻(IF)范圍，用于濾波和解調(diào)。通常IF頻率范圍有一個479兆赫的中心頻率。模擬衛(wèi)星電視系統(tǒng)通常采用FM調(diào)制，并且在由IF濾波器濾波之后由FM解調(diào)器很快從479 IF信號中得到一個基帶視頻信號。一個相對簡單的表面聲波(SAW)裝置可以提供適當(dāng)?shù)臑V波。
在較新的衛(wèi)星電視系統(tǒng)中，如印第安納州Indianapolis的湯姆森消費電子公司生產(chǎn)的DSSTM(直接衛(wèi)星系統(tǒng))，電視信息是以數(shù)字形式傳輸?shù)?。RF信號由衛(wèi)星在Ku波段傳輸，并由塊轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換到L波段。由衛(wèi)星傳輸?shù)腞F信號的頻率范圍比模擬衛(wèi)星電視系統(tǒng)的稍小，例如在12.2到12.7千兆赫之間，因此由塊轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的RF信號的頻率范圍也稍小，例如在950和1450兆赫之間。與模擬衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)一樣，相應(yīng)于選定頻道的RF信號要降低頻率到IF頻率范圍，以便濾波和解調(diào)。然而，數(shù)字衛(wèi)星電視接收機(jī)中要求的濾波類型(“符號整形”)不能立即在模擬衛(wèi)星電視接收機(jī)中使用的相對較高的IF頻率(如479兆赫)實現(xiàn)，特別是在采用SAW裝置時更如此。因此，需要相對較昂貴的數(shù)字濾波器來過濾解調(diào)的數(shù)字信號。另外，調(diào)諧器可以采用一個第二轉(zhuǎn)換級將相對較高頻率(如479兆赫)的第一IF信號轉(zhuǎn)換為較低頻率(如小于100兆赫)的一個第二信號來濾波。然而，第二轉(zhuǎn)換級給接收機(jī)增加了不必要的費用。
構(gòu)造數(shù)字衛(wèi)星電視接收機(jī)的調(diào)諧器時，還要求它能夠采用在市場上容易獲得、因此相對較便宜的部件來構(gòu)造。在這方面特別要求調(diào)諧器在構(gòu)造時能夠使用市面上容易獲得的集成電路(IC)，該電路含有一個鎖相環(huán)(PLL)，用于控制本地振蕩器的頻率。由于用于接收和處理傳統(tǒng)廣播和有線電視信號的傳統(tǒng)電視接收機(jī)的大量調(diào)諧器PLL集成電路能廣泛獲得，因此特別要求數(shù)字衛(wèi)星電視接收機(jī)的調(diào)諧器能夠在構(gòu)造時使用這種傳統(tǒng)的調(diào)諧器PLL集成電路。
本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)字衛(wèi)星電視接收機(jī)調(diào)諧器的表面聲波(SAW)濾波器，其包括一個單一的轉(zhuǎn)換級，用于將從戶外單元的塊轉(zhuǎn)換器接收的選定的RF信號轉(zhuǎn)換為IF信號。基于下面將要結(jié)合本發(fā)明的示例實施方案詳細(xì)描述的理由，IF信號最好具有約140兆赫茲(MHz)的額定頻率。對于該調(diào)諧器而言，SAW應(yīng)為具有鉭酸鋰襯底的類型。
本發(fā)明的各個方面將結(jié)合附圖作詳細(xì)的描述，其中

圖1是包括根據(jù)本發(fā)明的一個方面構(gòu)造的一個調(diào)諧器的數(shù)字衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)的方框圖；圖2是用于圖1所示的調(diào)諧器中的鎖相環(huán)調(diào)諧控制集成電路的方框圖；圖3是用于圖1所示調(diào)諧器中的一個SAW裝置的理想的幅頻響應(yīng)；圖4是SAW裝置作為溫度和頻率的函數(shù)的某些特性的圖形表示，它們在理解要求用于圖1所示的調(diào)諧器中的SAW裝置的特定類型選擇時有用。
本發(fā)明將參考數(shù)字衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)進(jìn)行描述，其中，電視信息以根據(jù)預(yù)定的數(shù)字壓縮標(biāo)準(zhǔn)(如MPEG)編碼和壓縮的形式傳輸。MPEG是由運動圖像專家組制定的運動圖像和相關(guān)音頻信息的編碼表示的國際標(biāo)準(zhǔn)。電視信息是由分別按其視頻和音頻部分進(jìn)行打包的數(shù)字信號序列或數(shù)字信號流表示的。該數(shù)字信號以公知的QPSK(四相相移鍵控)方式調(diào)制在一個RF載波信號上，并且RF信號傳輸給地球軌道中的衛(wèi)星，由該衛(wèi)星再返送回地球。衛(wèi)星通常包括一些脈沖收發(fā)兩用機(jī)，用于接收和再傳輸相應(yīng)的被調(diào)制RF載波。由加里福利亞的休斯公司運行的DirecTVTM衛(wèi)星電視傳輸系統(tǒng)就是這種數(shù)字衛(wèi)星電視傳輸系統(tǒng)。
在圖1所示的數(shù)字衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)中，用表示視頻和音頻信息的數(shù)字信號調(diào)制的RF信號由一個衛(wèi)星(沒有示出)傳送，并由一個碟形天線1接收。接收的RF信號的相對較高頻率(例如在12.2和12.7千兆赫之間的Ku頻率范圍中)由一個塊轉(zhuǎn)換器3轉(zhuǎn)換為相對較低頻率的RF信號(例如在950至1450MHz之間的L頻帶中)。塊轉(zhuǎn)換器3包括一個低噪聲放大器，因此常用開頭字母“LNB”表示。天線1和LNB 3被包括在接收系統(tǒng)的所謂“戶外單元”5中。接收系統(tǒng)的其余部分包括在所調(diào)的“戶內(nèi)單元”7中。
戶內(nèi)單元7包括一個調(diào)諧器9，用于從戶外單元5接收的許多RF信號中選擇相應(yīng)于要求頻道的特定RF信號，并將選定的RF信號轉(zhuǎn)換為較低頻率的中頻(IF)信號。調(diào)諧器9是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的，將在下面對其作詳細(xì)描述。
QPSK解調(diào)器11解調(diào)調(diào)諧器9的輸出信號，產(chǎn)生兩個模擬的四相相位數(shù)字信號(I和Q)。譯碼器13從I和Q信號產(chǎn)生一連串視頻和音頻包。譯碼器13包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將模擬信號T和Q轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字樣本序列；還包括一個糾錯器，根據(jù)被傳輸?shù)臄?shù)字信號中包含的糾錯碼校正傳輸誤差。由譯碼器13產(chǎn)生的數(shù)字流的視頻和音頻包由一個傳送單元15發(fā)送到數(shù)字信號處理(DSP)單元17的相應(yīng)部分。
到目前為止所描述的數(shù)字衛(wèi)星電視接收機(jī)類似于印第安納州Indianapolis湯姆森消費電子公司銷售的DSSTM衛(wèi)星電視接收機(jī)。本發(fā)明涉及到實現(xiàn)調(diào)諧器9的細(xì)節(jié)。
調(diào)諧器9在輸入端901接收由LNB3提供的RF信號。該RF輸入信號經(jīng)寬帶濾波器203濾波，由RF放大器905放大，再經(jīng)可調(diào)諧帶通濾波器907濾波。產(chǎn)生的RF信號被耦合到混頻器909的第一輸入端。由本地振蕩器(LO)911產(chǎn)生的一個本振信號被耦合到混頻器909的第二輸入端?；祛l器909的輸出由放大器912放大，并耦合到包含一個SAW裝置的IF濾波器913的輸入端。IF濾波器913的輸出被耦合到調(diào)諧器9的輸出端915。
用一個集成電路(IC)組成的鎖相環(huán)(PLL)917控制本地振蕩器911的頻率。PLL集成電路根據(jù)微處理器919產(chǎn)生的數(shù)據(jù)控制本振信號的頻率。
如圖2所示，PLL集成電路包括一個“可預(yù)置數(shù)”分頻器917-1，用于均分本地振蕩器信號的頻率，后面接一個可編程分頻器(÷N)917-3。PLL集成電路也包括一個放大器917-5，該放大器與一個外部石英晶體網(wǎng)絡(luò)917-7結(jié)合，構(gòu)成一個基準(zhǔn)頻率振蕩器?；鶞?zhǔn)頻率振蕩器的輸出端被耦合到一個參考分頻器(÷R)917-9的輸入端?？删幊谭诸l器(÷N)917-3和參考分頻器(÷R)917-9的輸出信號被耦合到鑒相器917-11的相應(yīng)輸入端。鑒相器917-11的輸出信號被耦合到放大器917-13，后者與一個外部濾波器網(wǎng)絡(luò)917-15一起構(gòu)成了一個用于為LO911產(chǎn)生一個控制電壓的積分器。當(dāng)鎖相環(huán)被鎖定時，本振信號的頻率與由參考分頻器(÷R)917-9產(chǎn)生的基準(zhǔn)頻率信號的頻率成可編程分頻器(÷N)917-3的可編程分頻因子(N)的比例?？删幊谭诸l因子N受微處理器919產(chǎn)生的數(shù)據(jù)控制。
如前面所述，調(diào)諧器最好具有以下三個特征(1)只包括一個單一的轉(zhuǎn)換級；(2)提供具有足夠低頻率的IF信號，以允許采用SAW裝置來進(jìn)行數(shù)字符號整形以及通常的IF濾波；(3)能夠構(gòu)造成使用廣播與有線接收機(jī)中常規(guī)使用的PLL調(diào)諧控制集成電路。這在本調(diào)諧器中通過選擇IF信號的中心頻率為140MHz并控制本振信號的頻率比相應(yīng)頻道(脈沖收發(fā)兩用機(jī))的RF信號的頻率低140MHz來實現(xiàn)。結(jié)果，當(dāng)RF輸入信號的頻率范圍在950到1450MHz之間時，本振信號的頻率范圍在810到1310MHz之間。140MHz的IF頻率允許使用具有要求的特征的SAW裝置，所述特征將在下面描述。本地振蕩器信號的810-1310MHz頻率范圍允許使用常規(guī)用于廣播和有線接收機(jī)的PLL調(diào)諧控制IC。這樣一種IC是可以從菲利浦半導(dǎo)體公司和其它公司購買的TSA5515T。在這方面要注意使用TSA5515T和類似IC可以獲得的最大本振頻率約在1300MHz，這個頻率是適當(dāng)?shù)摹?br> 將會注意到不同的IF頻率是可行的，并且總的來說，IF頻率可以被選擇為從LNB接收的RF信號的最高頻率與通過采用通常用于傳統(tǒng)的廣播和有線電視接收機(jī)中的傳統(tǒng)調(diào)諧PLL集成電路獲得的最高本地振蕩器頻率之差。
按照要求，可調(diào)諧帶通濾波器907應(yīng)該去掉所要求的RF信號的像頻，該像頻處于比要求的RF信號的頻率低280MHz的頻率處。
在一個數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，最好執(zhí)行公知的“符號整形”，以提供幾乎沒有符號間干擾的信號。這種干擾可能是因為帶寬限制而不適當(dāng)?shù)貫V除了發(fā)射機(jī)中數(shù)字信號脈沖成份的高頻能量造成的。要求的符號整形功能可以在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間共享。在接收機(jī)中，最好是IF濾波器提供符號整形以及通常的IF濾波功能，從而不需要一個單獨的數(shù)字濾波器。舉例來說，IF濾波器可以提供在數(shù)字濾波器領(lǐng)域公知的“平方根升余弦(root raisedconsine)”響應(yīng)。這種響應(yīng)示于圖3?？梢圆捎肧AW裝置來提供符號整形，前提是要根據(jù)將作說明的本發(fā)明的構(gòu)思仔細(xì)選擇它的特征。
在應(yīng)用于數(shù)字衛(wèi)星電視接收機(jī)的一個調(diào)諧器中時，SAW濾波器的兩個特性被認(rèn)為是很重要的，它們是(1)濾波器特性隨溫度的總體偏移或偏差(即對中心頻率的偏離)；(2)相對帶寬的改變(即通帶寬度除以中心頻率)。
最常用類型的SAW裝置采用鈮酸鋰(LiNbO3)作為襯底。鈮酸鋰SAW有一個典型的溫度系數(shù)為-90ppm/度(C)。本調(diào)諧器采用另一種類型的SAW，它以鉭酸鋰(LiTaO3)作為襯底。鉭酸鋰SAW具有一個典型的溫度系數(shù)為-23ppm/度(C)。假定溫度范圍是-20至+70度(C)，中心頻率為140MHz，那么有關(guān)頻率隨溫度的偏移可作如下估算鈮酸鋰產(chǎn)生140E6x-90E-6x+/-45＝+/-567.0Hz的溫度偏移；鉭酸鋰產(chǎn)生140E6x-23E-6x+/-45＝+/-144.9Hz的溫度偏移。
假定可能產(chǎn)生稍小于0.1dB的噪聲容限衰減的500kHz的偏移是不希望的，那么在溫度變化范圍內(nèi)鈮酸鋰SAW超出500kHz的目標(biāo)。當(dāng)使用鈮酸鋰SAW時，中心頻率必須被減小到123MHz或更低，以保持500kHz的目標(biāo)。采用鉭酸鋰SAW，中心頻率只需要483MHz或更低。
至于相對帶寬，要注意以下幾點。一般來說，較寬相對帶寬的濾波器更難以制造，相對帶寬超過15-18％的濾波器需要使用鈮酸鋰SAW。較小的相對帶寬需求允許使用任意類型的SAW。中心頻率為140MHz的一個20MHz寬的濾波器只有14％的相對帶寬。如果要求18％的相對帶寬，那么就要求110MHz的IF中心頻率。
圖4對上面討論的特征作了一個圖形總結(jié)。圖4示出了鈮酸鋰SAW或鉭酸鋰SAW或兩者都可以滿足溫度漂移和相對帶寬需求的頻率區(qū)域和在考慮這兩種需求時產(chǎn)生的結(jié)果。可以看出低于110MHz的IF頻率需要鈮酸鋰SAW濾波器；110MHz到123MHz之間的IF可以采用鈮酸鋰SAW或鉭酸鋰SAW的任一種；123MHz到483MHz的IF需要鉭酸鋰SAW；而由于過度的溫度漂移，用于大于483MHz的IF的SAW不能滿足要求。對140MHz的中心頻率，應(yīng)該使用鉭酸鋰SAW。
權(quán)利要求
1.在用于接收和處理調(diào)制在從包括衛(wèi)星接收天線(1)和塊轉(zhuǎn)換器(3)的戶外單元(5)接收到的許多RF信號中的各個信號之上的數(shù)字信號的數(shù)字衛(wèi)星電視接收機(jī)中，一個調(diào)諧器(9)包括用于接收由塊轉(zhuǎn)換器(3)提供的許多RF信號的RF輸入端；本地振蕩器(911)，用于產(chǎn)生一個本振信號；混頻器(909)，其第一輸入端與所述RF輸入端相連，第二輸入端與所述本地振蕩器(911)相連，其輸出端產(chǎn)生一個IF信號；表面聲波(SAW)濾波器(913)，它與所述混頻器(909)的所述輸出端相連，用于對包含減小符號間干擾的符號整形的所述IF信號進(jìn)行濾波；所述SAW濾波器(913)具有鉭酸鋰襯底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述塊轉(zhuǎn)換器(3)提供950到1450MHz頻率范圍的RF信號，所述本地振蕩器(911)的頻率范圍從810到1310MHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述SAW濾波器(913)的額定中心頻率為140MHz。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述本地振蕩器(911)被包括在鎖相環(huán)(911，917)中，以控制所述本地振蕩器(911)的頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述鎖相環(huán)(911，917)包括通常用于傳統(tǒng)的地面廣播和有線電視接收機(jī)中的類型的鎖相環(huán)調(diào)諧控制集成電路。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于選擇IF信號的頻率大約為從所述塊轉(zhuǎn)換器(3)接收的所述RF信號的最高頻率和通過使用所述鎖相環(huán)調(diào)諧控制集成電路得到的最高本地振蕩器頻率之差。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所述塊轉(zhuǎn)換器(3)提供在950到1450MHz頻率范圍中的RF信號，所述本地振蕩器(911)的頻率范圍從810到1310MHz。
8.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述SAW濾波器(913)的額定頻率為140MHz。
9.在用于接收和處理調(diào)制在從包括衛(wèi)星接收天線(1)和塊轉(zhuǎn)換器(3)的戶外單元(5)接收的許多RF信號中的各個信號上的數(shù)字信號的數(shù)字衛(wèi)星電視接收機(jī)中，一個調(diào)諧器(9)包括用于接收由塊轉(zhuǎn)換器(3)提供的許多RF信號的RF輸入端；本地振蕩器(911)，用于產(chǎn)生一個本振信號；混頻器(909)，其第一輸入端與所述RF輸入端相連，第二輸入端與所述本地振蕩器(911)相連，其輸出端產(chǎn)生一個IF信號；表面聲波(SAW)濾波器(913)，它與所述混頻器(909)的所述輸出端相連，用于對包含減小符號間干擾的符號整形的所述IF信號進(jìn)行濾波；所述SAW濾波器(913)的中心頻率在攝氏45度的溫度范圍內(nèi)的變化小于500kHz，且相對帶寬小于15％。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述本地振蕩器(911)被包括在鎖相環(huán)(911，917)中，以控制所述本地振蕩器(911)的頻率。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于所述鎖相環(huán)(911，917)包括一個通常用于傳統(tǒng)的地面廣播和有線電視接收機(jī)中的類型的鎖相環(huán)調(diào)諧控制集成電路。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于選擇IF信號的頻率大約為從所述塊轉(zhuǎn)換器(3)接收的所述RF信號的最高頻率和通過使用所述鎖相環(huán)調(diào)諧控制集成電路得到的最高本地振蕩器頻率之差。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于所述塊轉(zhuǎn)換器(3)提供在950到1450MHz頻率范圍中的RF信號，所述本地振蕩器(911)的頻率范圍從810到1310MHz。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于所述SAW濾波器(913)的額定中心頻率為140MHz。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于所述SAW濾波器(913)具有鉭酸鋰襯底。
全文摘要
數(shù)字衛(wèi)星電視接收機(jī)的調(diào)諧器(9)包括單個轉(zhuǎn)換級,它產(chǎn)生頻率足夠低的IF信號,以允許表面聲波濾波器(913)用于執(zhí)行符號整形及通常的IF濾波功能。本地振蕩器(911)由鎖相環(huán)調(diào)諧控制IC來控制,該鎖相環(huán)調(diào)諧控制IC通常用于控制傳統(tǒng)廣播或有線電視接收機(jī)調(diào)諧器(9)的本地振蕩器(911)。在一示范實施例中,塊轉(zhuǎn)換器(3)提供的調(diào)諧RF信號在950到1450MHz頻率范圍中,IF的中心頻率為140MHz。為了使IF中心頻率的溫漂最小并提供所需的相對IF帶寬(即IF通帶寬度除以IF中心頻率),采用鉭酸鋰SAW濾波器(913)。
文檔編號H04N7/20GK1191056SQ96195628
公開日1998年8月19日 申請日期1996年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月6日
發(fā)明者克特·J·里克特, 邁克爾·A·普格爾, 約翰·S·斯圖爾特 申請人:湯姆森消費電子有限公司