专利名称：数字卫星接收机调谐器的表面声波滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及卫星接收机调谐器的表面声波滤波器(SAW)，特别是能够接收并处理以数字形式传输的电视信号的调谐器的表面声波滤波器。
卫星电视接收系统包括一个“户外单元”和一个“户内单元”，前者有一个碟形接收天线和一个“块”转换器，后者有一个调谐器和一个信号处理部分。块转换器将由卫星传输的全部相对较高频率范围的RF信号转换为更便于控制的较低频率范围的信号。
在用于接收并处理以模拟形式传输的电视信息的传统卫星电视接收系统中，由卫星传输的RF信号在C(3.7至4.2千兆赫)和Ku(11.7至14.22千兆赫)波段，它们由块转换器按“块”转换到L(900至2000兆赫)波段。室内单元的调谐器的一个RF滤波器部分相应于选定的频道选择一个由块转换器提供的RF信号，选定的RF信号又被调谐器的一个混频器/本地振荡器部分转换为较低的中频(IF)范围，用于滤波和解调。通常IF频率范围有一个479兆赫的中心频率。模拟卫星电视系统通常采用FM调制，并且在由IF滤波器滤波之后由FM解调器很快从479 IF信号中得到一个基带视频信号。一个相对简单的表面声波(SAW)装置可以提供适当的滤波。
在较新的卫星电视系统中，如印第安纳州Indianapolis的汤姆森消费电子公司生产的DSSTM(直接卫星系统)，电视信息是以数字形式传输的。RF信号由卫星在Ku波段传输，并由块转换器转换到L波段。由卫星传输的RF信号的频率范围比模拟卫星电视系统的稍小，例如在12.2到12.7千兆赫之间，因此由块转换器产生的RF信号的频率范围也稍小，例如在950和1450兆赫之间。与模拟卫星电视接收系统一样，相应于选定频道的RF信号要降低频率到IF频率范围，以便滤波和解调。然而，数字卫星电视接收机中要求的滤波类型(“符号整形”)不能立即在模拟卫星电视接收机中使用的相对较高的IF频率(如479兆赫)实现，特别是在采用SAW装置时更如此。因此，需要相对较昂贵的数字滤波器来过滤解调的数字信号。另外，调谐器可以采用一个第二转换级将相对较高频率(如479兆赫)的第一IF信号转换为较低频率(如小于100兆赫)的一个第二信号来滤波。然而，第二转换级给接收机增加了不必要的费用。
构造数字卫星电视接收机的调谐器时，还要求它能够采用在市场上容易获得、因此相对较便宜的部件来构造。在这方面特别要求调谐器在构造时能够使用市面上容易获得的集成电路(IC)，该电路含有一个锁相环(PLL)，用于控制本地振荡器的频率。由于用于接收和处理传统广播和有线电视信号的传统电视接收机的大量调谐器PLL集成电路能广泛获得，因此特别要求数字卫星电视接收机的调谐器能够在构造时使用这种传统的调谐器PLL集成电路。
本发明的目的是提供一种数字卫星电视接收机调谐器的表面声波(SAW)滤波器，其包括一个单一的转换级，用于将从户外单元的块转换器接收的选定的RF信号转换为IF信号。基于下面将要结合本发明的示例实施方案详细描述的理由，IF信号最好具有约140兆赫兹(MHz)的额定频率。对于该调谐器而言，SAW应为具有钽酸锂衬底的类型。
本发明的各个方面将结合附图作详细的描述，其中
图1是包括根据本发明的一个方面构造的一个调谐器的数字卫星电视接收系统的方框图；图2是用于图1所示的调谐器中的锁相环调谐控制集成电路的方框图；图3是用于图1所示调谐器中的一个SAW装置的理想的幅频响应；图4是SAW装置作为温度和频率的函数的某些特性的图形表示，它们在理解要求用于图1所示的调谐器中的SAW装置的特定类型选择时有用。
本发明将参考数字卫星电视接收系统进行描述，其中，电视信息以根据预定的数字压缩标准(如MPEG)编码和压缩的形式传输。MPEG是由运动图像专家组制定的运动图像和相关音频信息的编码表示的国际标准。电视信息是由分别按其视频和音频部分进行打包的数字信号序列或数字信号流表示的。该数字信号以公知的QPSK(四相相移键控)方式调制在一个RF载波信号上，并且RF信号传输给地球轨道中的卫星，由该卫星再返送回地球。卫星通常包括一些脉冲收发两用机，用于接收和再传输相应的被调制RF载波。由加里福利亚的休斯公司运行的DirecTVTM卫星电视传输系统就是这种数字卫星电视传输系统。
在图1所示的数字卫星电视接收系统中，用表示视频和音频信息的数字信号调制的RF信号由一个卫星(没有示出)传送，并由一个碟形天线1接收。接收的RF信号的相对较高频率(例如在12.2和12.7千兆赫之间的Ku频率范围中)由一个块转换器3转换为相对较低频率的RF信号(例如在950至1450MHz之间的L频带中)。块转换器3包括一个低噪声放大器，因此常用开头字母“LNB”表示。天线1和LNB 3被包括在接收系统的所谓“户外单元”5中。接收系统的其余部分包括在所调的“户内单元”7中。
户内单元7包括一个调谐器9，用于从户外单元5接收的许多RF信号中选择相应于要求频道的特定RF信号，并将选定的RF信号转换为较低频率的中频(IF)信号。调谐器9是根据本发明构造的，将在下面对其作详细描述。
QPSK解调器11解调调谐器9的输出信号，产生两个模拟的四相相位数字信号(I和Q)。译码器13从I和Q信号产生一连串视频和音频包。译码器13包括模/数转换器，用于将模拟信号T和Q转换为相应的数字样本序列；还包括一个纠错器，根据被传输的数字信号中包含的纠错码校正传输误差。由译码器13产生的数字流的视频和音频包由一个传送单元15发送到数字信号处理(DSP)单元17的相应部分。
到目前为止所描述的数字卫星电视接收机类似于印第安纳州Indianapolis汤姆森消费电子公司销售的DSSTM卫星电视接收机。本发明涉及到实现调谐器9的细节。
调谐器9在输入端901接收由LNB3提供的RF信号。该RF输入信号经宽带滤波器203滤波，由RF放大器905放大，再经可调谐带通滤波器907滤波。产生的RF信号被耦合到混频器909的第一输入端。由本地振荡器(LO)911产生的一个本振信号被耦合到混频器909的第二输入端。混频器909的输出由放大器912放大，并耦合到包含一个SAW装置的IF滤波器913的输入端。IF滤波器913的输出被耦合到调谐器9的输出端915。
用一个集成电路(IC)组成的锁相环(PLL)917控制本地振荡器911的频率。PLL集成电路根据微处理器919产生的数据控制本振信号的频率。
如图2所示，PLL集成电路包括一个“可预置数”分频器917-1，用于均分本地振荡器信号的频率，后面接一个可编程分频器(÷N)917-3。PLL集成电路也包括一个放大器917-5，该放大器与一个外部石英晶体网络917-7结合，构成一个基准频率振荡器。基准频率振荡器的输出端被耦合到一个参考分频器(÷R)917-9的输入端。可编程分频器(÷N)917-3和参考分频器(÷R)917-9的输出信号被耦合到鉴相器917-11的相应输入端。鉴相器917-11的输出信号被耦合到放大器917-13，后者与一个外部滤波器网络917-15一起构成了一个用于为LO911产生一个控制电压的积分器。当锁相环被锁定时，本振信号的频率与由参考分频器(÷R)917-9产生的基准频率信号的频率成可编程分频器(÷N)917-3的可编程分频因子(N)的比例。可编程分频因子N受微处理器919产生的数据控制。
如前面所述，调谐器最好具有以下三个特征(1)只包括一个单一的转换级；(2)提供具有足够低频率的IF信号，以允许采用SAW装置来进行数字符号整形以及通常的IF滤波；(3)能够构造成使用广播与有线接收机中常规使用的PLL调谐控制集成电路。这在本调谐器中通过选择IF信号的中心频率为140MHz并控制本振信号的频率比相应频道(脉冲收发两用机)的RF信号的频率低140MHz来实现。结果，当RF输入信号的频率范围在950到1450MHz之间时，本振信号的频率范围在810到1310MHz之间。140MHz的IF频率允许使用具有要求的特征的SAW装置，所述特征将在下面描述。本地振荡器信号的810-1310MHz频率范围允许使用常规用于广播和有线接收机的PLL调谐控制IC。这样一种IC是可以从菲利浦半导体公司和其它公司购买的TSA5515T。在这方面要注意使用TSA5515T和类似IC可以获得的最大本振频率约在1300MHz，这个频率是适当的。
将会注意到不同的IF频率是可行的，并且总的来说，IF频率可以被选择为从LNB接收的RF信号的最高频率与通过采用通常用于传统的广播和有线电视接收机中的传统调谐PLL集成电路获得的最高本地振荡器频率之差。
按照要求，可调谐带通滤波器907应该去掉所要求的RF信号的像频，该像频处于比要求的RF信号的频率低280MHz的频率处。
在一个数字传输系统中，最好执行公知的“符号整形”，以提供几乎没有符号间干扰的信号。这种干扰可能是因为带宽限制而不适当地滤除了发射机中数字信号脉冲成份的高频能量造成的。要求的符号整形功能可以在发射机和接收机之间共享。在接收机中，最好是IF滤波器提供符号整形以及通常的IF滤波功能，从而不需要一个单独的数字滤波器。举例来说，IF滤波器可以提供在数字滤波器领域公知的“平方根升余弦(root raisedconsine)”响应。这种响应示于图3。可以采用SAW装置来提供符号整形，前提是要根据将作说明的本发明的构思仔细选择它的特征。
在应用于数字卫星电视接收机的一个调谐器中时，SAW滤波器的两个特性被认为是很重要的，它们是(1)滤波器特性随温度的总体偏移或偏差(即对中心频率的偏离)；(2)相对带宽的改变(即通带宽度除以中心频率)。
最常用类型的SAW装置采用铌酸锂(LiNbO3)作为衬底。铌酸锂SAW有一个典型的温度系数为-90ppm/度(C)。本调谐器采用另一种类型的SAW，它以钽酸锂(LiTaO3)作为衬底。钽酸锂SAW具有一个典型的温度系数为-23ppm/度(C)。假定温度范围是-20至+70度(C)，中心频率为140MHz，那么有关频率随温度的偏移可作如下估算铌酸锂产生140E6x-90E-6x+/-45＝+/-567.0Hz的温度偏移；钽酸锂产生140E6x-23E-6x+/-45＝+/-144.9Hz的温度偏移。
假定可能产生稍小于0.1dB的噪声容限衰减的500kHz的偏移是不希望的，那么在温度变化范围内铌酸锂SAW超出500kHz的目标。当使用铌酸锂SAW时，中心频率必须被减小到123MHz或更低，以保持500kHz的目标。采用钽酸锂SAW，中心频率只需要483MHz或更低。
至于相对带宽，要注意以下几点。一般来说，较宽相对带宽的滤波器更难以制造，相对带宽超过15-18％的滤波器需要使用铌酸锂SAW。较小的相对带宽需求允许使用任意类型的SAW。中心频率为140MHz的一个20MHz宽的滤波器只有14％的相对带宽。如果要求18％的相对带宽，那么就要求110MHz的IF中心频率。
图4对上面讨论的特征作了一个图形总结。图4示出了铌酸锂SAW或钽酸锂SAW或两者都可以满足温度漂移和相对带宽需求的频率区域和在考虑这两种需求时产生的结果。可以看出低于110MHz的IF频率需要铌酸锂SAW滤波器；110MHz到123MHz之间的IF可以采用铌酸锂SAW或钽酸锂SAW的任一种；123MHz到483MHz的IF需要钽酸锂SAW；而由于过度的温度漂移，用于大于483MHz的IF的SAW不能满足要求。对140MHz的中心频率，应该使用钽酸锂SAW。
权利要求
1.在用于接收和处理调制在从包括卫星接收天线(1)和块转换器(3)的户外单元(5)接收到的许多RF信号中的各个信号之上的数字信号的数字卫星电视接收机中，一个调谐器(9)包括用于接收由块转换器(3)提供的许多RF信号的RF输入端；本地振荡器(911)，用于产生一个本振信号；混频器(909)，其第一输入端与所述RF输入端相连，第二输入端与所述本地振荡器(911)相连，其输出端产生一个IF信号；表面声波(SAW)滤波器(913)，它与所述混频器(909)的所述输出端相连，用于对包含减小符号间干扰的符号整形的所述IF信号进行滤波；所述SAW滤波器(913)具有钽酸锂衬底。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述块转换器(3)提供950到1450MHz频率范围的RF信号，所述本地振荡器(911)的频率范围从810到1310MHz。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述SAW滤波器(913)的额定中心频率为140MHz。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述本地振荡器(911)被包括在锁相环(911，917)中，以控制所述本地振荡器(911)的频率。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述锁相环(911，917)包括通常用于传统的地面广播和有线电视接收机中的类型的锁相环调谐控制集成电路。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于选择IF信号的频率大约为从所述块转换器(3)接收的所述RF信号的最高频率和通过使用所述锁相环调谐控制集成电路得到的最高本地振荡器频率之差。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于所述块转换器(3)提供在950到1450MHz频率范围中的RF信号，所述本地振荡器(911)的频率范围从810到1310MHz。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于所述SAW滤波器(913)的额定频率为140MHz。
9.在用于接收和处理调制在从包括卫星接收天线(1)和块转换器(3)的户外单元(5)接收的许多RF信号中的各个信号上的数字信号的数字卫星电视接收机中，一个调谐器(9)包括用于接收由块转换器(3)提供的许多RF信号的RF输入端；本地振荡器(911)，用于产生一个本振信号；混频器(909)，其第一输入端与所述RF输入端相连，第二输入端与所述本地振荡器(911)相连，其输出端产生一个IF信号；表面声波(SAW)滤波器(913)，它与所述混频器(909)的所述输出端相连，用于对包含减小符号间干扰的符号整形的所述IF信号进行滤波；所述SAW滤波器(913)的中心频率在摄氏45度的温度范围内的变化小于500kHz，且相对带宽小于15％。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于所述本地振荡器(911)被包括在锁相环(911，917)中，以控制所述本地振荡器(911)的频率。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于所述锁相环(911，917)包括一个通常用于传统的地面广播和有线电视接收机中的类型的锁相环调谐控制集成电路。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于选择IF信号的频率大约为从所述块转换器(3)接收的所述RF信号的最高频率和通过使用所述锁相环调谐控制集成电路得到的最高本地振荡器频率之差。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于所述块转换器(3)提供在950到1450MHz频率范围中的RF信号，所述本地振荡器(911)的频率范围从810到1310MHz。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于所述SAW滤波器(913)的额定中心频率为140MHz。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于所述SAW滤波器(913)具有钽酸锂衬底。
全文摘要
数字卫星电视接收机的调谐器(9)包括单个转换级,它产生频率足够低的IF信号,以允许表面声波滤波器(913)用于执行符号整形及通常的IF滤波功能。本地振荡器(911)由锁相环调谐控制IC来控制,该锁相环调谐控制IC通常用于控制传统广播或有线电视接收机调谐器(9)的本地振荡器(911)。在一示范实施例中,块转换器(3)提供的调谐RF信号在950到1450MHz频率范围中,IF的中心频率为140MHz。为了使IF中心频率的温漂最小并提供所需的相对IF带宽(即IF通带宽度除以IF中心频率),采用钽酸锂SAW滤波器(913)。
文档编号H04N7/20GK1191056SQ96195628
公开日1998年8月19日 申请日期1996年5月28日 优先权日1995年6月6日
发明者克特·J·里克特, 迈克尔·A·普格尔, 约翰·S·斯图尔特 申请人:汤姆森消费电子有限公司