CN101855834A - 用于电缆、卫星和广播应用的调谐器 - Google Patents

用于电缆、卫星和广播应用的调谐器 Download PDF

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Abstract

调谐器部分地包括：一个或多个混频器、一个或多个滤波器、一个或多个可变增益级、一个或多个模数转换器和基带处理器。每个滤波器对相关联的混频器的输出信号作出响应。每个可变增益级对相关联的滤波器的输出作出响应。每个模数转换器适于将相关联的可变增益级的输出信号转换为数字信号。基带处理器对模数转换器提供的数字信号作出响应。基带处理器进一步被配置为提供将由位于集成电路外部的处理单元进行解调的信号。基带处理器不执行解调功能，或者执行一些所需的解调功能。处理单元可以是中央处理单元或图形处理单元。

Description

用于电缆、卫星和广播应用的调谐器
相关申请的交叉引用
根据35 USC 119(e)，本申请要求于2007年8月2日提交的、标题为“Tuner And Software Architectures For Cable，Satellite AndBroadcast Applications”(用于电缆、卫星和广播应用的调谐器和软件架构)的美国临时申请第60/953645号的权益，其内容通过引用全部并入本申请。
背景技术
在例如广播、电缆和***与广播的应用中，典型地通过一个或多个集成电路来执行调谐和解调功能。调谐器通常是将模拟信号供应给解调器的模拟/RF模块或者集成电路。解调器具有数据转换器并且常常具有专用数字电路，专用数字电路处理转换的信号并产生数据传输流。当采用DVB-T标准时，数据流典型地包含例如MPEG2格式的压缩视频流。
图1是现有技术中公知的与解调器30通信的模拟调谐器10的框图。示出调谐器10包括低噪声放大器(LNA)12、适于接收本地振荡器(L0)16产生的时钟信号的混频器14、中频(IF)滤波器18和变增益组件20。示出解调器30包括模拟-数字转换器(ADC)32、数字基带调制解调器(MODEM)34和数字接口36。数字接口36可以是向主机CPU 40供应传输流的USB 2.0或者PCI Express接口。MODEM 34执行调制和解调操作。
图2是现有技术中公知的模拟RF调谐器和解调器50的框图。图2中示出的***类似于图1中示出的***，除了图2中示出的***中的模拟调谐器10和解调器30布置在同一集成电路或者模块50内以外。对于图1和图2中示出的***，主机CPU 40适于接收来自数字接口的传输数据流并且处理典型的软件应用。在传统的***中，主机CPU 40不适合执行任何解调操作。
发明内容
根据本发明的一个实施方式，调谐器部分地包括：一个或多个混频器、一个或多个滤波器、一个或多个可变增益级、一个或多个模数转换器和基带处理器。每个滤波器对相关联的混频器的输出信号作出响应。每个可变增益级对相关联的滤波器的输出作出响应。每个模数转换器适于将相关联的可变增益级的输出信号转换为数字信号。基带处理器对模数转换器作出响应，并且提供经处理的信号，该信号由位于调谐器外部的处理单元进行完全或部分解调。在一个实施方式中，基带处理器不执行解调功能，而要求外部处理单元执行所有所需的解调功能。在另一个实施方式中，基带处理器执行一些解调功能，而剩余的解调操作由外部处理单元执行。
在一个实施方式中，调谐器进一步包括对基带处理器的输出作出响应的数字接口。在一个实施方式中，处理单元是中央处理单元。在另一个实施方式中，处理单元是图形处理单元。在一个实施方式中，处理单元由均具有处理器的计算机***的网络形成。
根据本发明的一个实施方式，一种处理接收到的RF信号的方法在某种程度上包括：从RF信号产生模拟中频信号或复杂基带信号；对中频模拟信号或复杂基带信号进行滤波；控制经滤波的模拟信号的增益；将经滤波的增益受控的模拟信号转换为数字信号；以及对所述数字信号执行基带信号处理操作。在一个实施方式中，基带信号处理操作不包括解调操作。在另一个实施方式中，基带信号处理操作包括一部分需要的解调操作。
在一个实施方式中，该方法包括使用位于主机上的处理器对经基带处理的信号执行大部分的解调操作。在一个实施方式中，位于主机上的处理器是中央处理单元。在另一实施方式中，位于主机上的处理器是图形处理单元。
附图说明
图1是现有技术中已知的与解调器通信的模拟调谐器的框图；
图2是现有技术中已知的模拟调谐器和解调器的框图；
图3是根据本发明的一个实施方式的调谐器的框图。
具体实施方式
根据本发明的一个实施方式，调谐器部分地包括：混频器；滤波器，对混频器的输出信号作出响应；可变增益级，对滤波器的输出信号作出响应；模数转换器，适于将可变增益级的输出信号转换为数字信号；以及基带处理器，对由模数转换器提供的数字信号作出响应。位于主机上的外部处理单元执行整套或大部分的解调操作。在一个实施方式中，基带处理器不执行任何解调操作，而要求外部处理单元执行所有的解调功能。在另一个实施方式中，基带处理器执行一些解调功能而剩余的解调操作由外部处理单元执行。下面的描述是参照中央处理单元(CPU)提供的。然而，可以理解，还可使用例如图像处理单元(GPU)的任何其它处理单元。根据本发明的调谐器既具有成本经济效益，又能有效地在接收器上实现。
当处理器日益变得强大，所需的用于执行解调操作的每秒指令数变得越来越适于运行在PC(例如，膝上电脑、台式机、手机、PDA等)的CPU上的软件内实现。随着CPU的速度和性能不断增强，信号解调所需的处理能力所占的分量越来越小，例如，当今CPU整体处理能力的1/10。希望这种趋势继续发展，尤其由于CPU被设计为包括越来越复杂的用于通信信号处理的多媒体处理指令。
图3是依照本发明的一个实施方式的调谐器集成电路100的框图。调谐器100被示出部分地包括：低噪声放大器102、一对混频器104和106、一对中频(IF)滤波器108和110、一对可变增益组件112和114、一对ADC 116和118、直接转换基带处理器120和数字接口122。数字接口122可以是USB 2.0、PCI Express接口等等。
低噪声放大器102可以包括多级。在一些实施方式中，低噪声放大器102可以是可变增益放大器，其增益可以由一个或多个控制线(没有示出)改变。这种可变增益放大器可以是增益控制回路的一部分，例如，自动增益控制回路(没有示出)。
放大器102的输出信号被示出耦合到第一和第二混频器104和106。可以使用任何其它类型的频率转换模块代替混频器104和106。RF本地振荡器(LO)120被配置为产生本地振荡器信号以提供给混频器104和106。作为响应，混频器104和106将所接收的RF信号频率转换为大体上基带信号。如果下变频信号的频率转换过程是非理想的，例如，由于发射机和接收机处的LO误差或者差异，和相对于指定的工作频率在RF信号中的误差或者差异，那么信号可以大体上是基带信号。例如，由于发射机处的LO频率漂移或者多普勒漂移，RF信号可能不同于指定的工作信道。典型地，所述误差或者差异是基带信号带宽的一小部分。
将混频器104的输出信号(可以是同相基带信号)传递给同相滤波器108。类似地，将混频器106的输出信号(可以是正交基带信号)传递给正交相移滤波器110。滤波器108和110中的每一个可以是具有可变带宽的可编程滤波器。使用一个或多个控制信号(没有示出)和依照调谐器100可支持的通信标准或模式，可以选择滤波器108和100的带宽。
ADC 116适于将滤波器112的输出信号转换成相应的数字信号。类似地，ADC 118适于将转换滤波器114的输出信号转换成相应的数字信号。将ADC 116和118的输出信号提供给基带处理器120。在一个实施方式中，基带处理器120适于执行基带处理操作，例如，滤波、缩放、均衡和校准等。在另一个实施方式中，直接转换基带处理器120还可以执行快速傅里叶变换(FFT)操作或者信号处理功能的其它基本操作。
基带处理器120的输出信号S1是中频信号，该中频信号可以是复数值基带I/Q信号、复数值FFT信号等。数字接口122将信号S1转换到信号S2，将信号S2传送到调谐器100外部的主机150处。主机150上运行的软件应用程序在信号S2上执行所需的解调操作，以产生传输流TS。主机150上运行的第二软件应用程序可以依次使用传输流TS，用于进一步处理。信号S1和S2是双向信号，它们容许在调谐器110和主机150之间传递控制和处理信息。因为基带处理器120或者不执行解调操作或者仅部分执行解调操作，所以基带处理器120易于设计并且具有较小的面积，由此能够使调谐器100成本效率高。可以理解，主机150可以包括单个处理器核或多个处理器核。主机150可以是集中的或者分布的CPU网络。在一些实施方式中，可以使用一个或多个GPU以代替CPU。
因此，依照本发明，高效的RF信号直接转换与数字基带处理集成，依次导致了下面的优势。当能够以数字形式实现基带处理时，无线信号的直接转换服从于在无线侧加入高效的数据转换(ADC)。与来自ADC 116和118的锯齿波信号相比，本发明还容许信号S2的带宽基本上更低，由此容许更低的带宽和使用例如USB 2.0的低成本接口以将数据传输给CPU(GPU)。
通过分割如图3中示出的所需操作，本发明免除了需要单独的硬件以执行基带解调操作。换句话说，本发明使用了集中的或者分布的***的可用的存储器和驻留的CPU、GPU等，以执行这些操作。这导致了***设计中显著地节省成本、电源和面积。本发明可以用于电缆、卫星、广播电视、卫星广播和广播无线电等。
本发明的上面的实施方式是说明性的不是限制性的。可以进行多种替换和等价。本发明不是由执行的调制、解调、均衡、滤波等的类型限制的。本发明不是由可以配置本发明的集成电路的类型限定的。本发明也没有限制于可以用于制造本发明的任何特定类型处理技术，例如，CMOS、双极或BICMOS。基于本发明的其它添加、减少或者修改是显而易见的并且旨在落入权利要求的保护范围内。

Claims (18)

1.一种集成电路，包括：
至少一个混频器；
至少一个滤波器，对所述至少一个混频器的输出信号作出响应；
至少一个可变增益级，对所述至少一个滤波器的输出作出响应；
至少一个模数转换器，适于将所述至少一个可变增益级产生的模拟信号转换至数字信号；以及
基带处理器，对所述模拟转换器作出响应，所述基带处理器被配置为提供将由位于所述集成电路外部的处理单元解调的信号。
2.如权利要求1所述的集成电路，进一步包括：对所述基带处理器的输出信号作出响应的数字接口。
3.如权利要求2所述的集成电路，其中，所述处理单元是中央处理单元。
4.如权利要求2所述的集成电路，其中，所述处理单元是图形处理单元。
5.如权利要求1所述的集成电路，其中，所述处理单元执行整套的所需的解调操作。
6.一种***，包括：
至少一个混频器；
至少一个滤波器，对所述混频器的输出信号作出响应；
至少一个可变增益级，对所述至少一个滤波器的输出作出响应；
至少一个模数转换器，适于将由所述至少一个可变增益级产生的模拟信号转换成数字信号；
至少一个基带处理器，对所述至少一个模数转换器作出响应，所述基带处理器被配置为提供待解调的信号；
数字接口，对所述基带处理器的输出信号作出响应；以及
处理单元，位于主机***上并且适于对由所述数字接口提供的信号执行第一多个解调操作。
7.如权利要求6所述的调谐器，其中，所述处理单元是中央处理单元。
8.如权利要求6所述的调谐器，其中，所述处理单元是图形处理单元。
9.如权利要求6所述的调谐器，其中，所述处理单元进一步适用于执行第二多个解调操作。
10.如权利要求6所述的调谐器，其中，所述第一多个解调操作包括整套的解调操作。
11.一种处理接收到的RF信号的方法，所述方法包括：
从所述RF信号产生中频模拟信号；
对所述模拟信号进行滤波；
控制经滤波的模拟信号的增益；
将经滤波的增益受控模拟信号转换为数字信号；以及
对所述数字信号执行基带信号处理操作，所述基带信号处理包含部分解调操作或不包含解调操作。
12.如权利要求11所述的方法，进一步包括：使用主处理器，对经基带处理的信号执行第一多个解调操作。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括：使用主处理器，对所述经基带处理的信号执行第二多个解调操作。
14.如权利要求12所述的调谐器-解调器***，其中，所述基带信号处理不包括任何解调操作，所述第一多个解调操作包括整套的解调操作。
15.如权利要求12所述的方法，其中，所述处理器是中央处理单元。
16.如权利要求12所述的方法，其中，所述处理器是图形处理单元。
17.如权利要求12所述的方法，进一步包括：通过USB接口将所述经基带处理的信号提供给所述主处理器。
18.如权利要求12所述的方法，进一步包括：通过PCI Express接口将所述经基带处理的信号提供给所述主处理器。
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