[发明专利]应用于数字电视调谐器的频率合成器

说明书

技术领域

本发明涉及一种频率合成器，特别涉及一种应用于数字电视调谐器的频率合成器。

背景技术

随着通讯技术及压缩技术的快速成长，全球的电视广播已从模拟电视广播逐渐地替换成数字电视广播。数字电视广播的变革将带动相关产业的迅速发展，数字电视及机上盒(Set-Top-Box，STB)就是其中一环。不仅如此，为了能够随时随地接收电视节目，目前也已朝向行动接收数字电视的发展。而其中为了因应不同的信号规格，调谐器(Tuner)电路在数字电视接收系统中也就占有举足轻重的地位。

一般而言，由于数字电视信号使用的基本频率范围包含了VHFIII(170～230MHz)、UHF(470～862MHz)甚至是应用于北美的L频带(1400～1800MHz)。而调谐器为了完整将170～1800MHz频率信号做降频调谐处理，调谐器中便必须设计一个可以提供对等宽频率范围的频率合成器(Frequency Synthesizer)以进行提供本地振荡频率，进而才能完整的将信号接收及处理。

以目前数字电视调谐器的频率合成器的规格而言，在相位噪声(PhaseNoise)的要求上相当高，所以一般会以电感电容压控振荡器(LC VCO)来做为其中压控振荡器的设计。然而目前最大的技术瓶颈在于因为数字电视调谐器中对本地振荡频率的需求频宽非常宽(最高频1800MHz与最低频170MHz相差约10倍)，因此若使用传统的电感电容压控振荡器的设计，则其频率-电压增益(Kv)在振荡频率高频与低频时会产生相当大的变化问题。

针对电感电容压控振荡器而言，请参考图1A及图1B，其中，电感电容压控振荡器9振荡频率的改变经由压控电容组90的压控电容值的改变造成振荡频率的改变。为了避免如图1B中虚线曲线的频率-电压增益过大，设计时会依据系统的需求来限制频率-电压增益的最大值。除此之外，再搭配切换电容组91中多组切换电容的设计来切换产生如图1B中实线曲线的多条较小的频率-电压增益曲线以涵盖数字电视调谐器的需求频宽。

然而，图1B中的实线曲线是在频率范围差异不大的情形下，才可能维持近乎相同的频率-电压增益。请参考图1C为传统单纯使用切换电容组进行调整的压控振荡器，在频宽需求较宽的系统(如数字电视调谐器)下所得到的振荡频率与控制电压的关系图。因为在数字电视调谐器的系统下，所需涵盖的频宽非常宽，所以造成在高低频时所形成的频率-电压增益变化会非常大，如图中所示，振荡频率越高时其频率-电压增益(曲线斜率)会越大；反之在越低频时则越小。这除了增加压控振荡器与锁相回路设计的困难度，也会进一步影响频率合成器中锁相回路的稳定度。

以目前的情况来讲，由于无法在频率合成器中单纯只设计一组压控振荡器来处理，但同时又要能够支持数字电视调谐器来达成涵盖较宽的频率范围，因此有了如图1D所示的频率合成器的设计。此设计提出一种频率合成器架构，主要是运用三组独立的锁相回路及压控振荡器来分别产生相对属于低、中、高的三个频带的载波信号(分别约为420MHz～580MHz、550MHz～750MHz及700～1000MHz)，进而涵盖数字电视规格中的整个UHF频带。而这也就能因应在高低频时所产生的频率变化。

于是，在目前数字电视调谐器的频率合成器中，大部分的设计便是使用2～4个压控振荡器来包含如此宽的频率范围。但此一设计也仅能涵盖到UHF频带，若要涵盖所有数字电视信号的频率范围的话，则设计上势必更加困难。

此外，在频率合成器中的锁相回路方面，其闭回路增益必须控制在一定的范围，才能维持锁相回路的稳定度。而当频率合成器需涵盖前述约10倍宽的频率范围(1800MHz/170MHz)时，如果频率-电压增益有太大的改变，则会造成闭回路增益有非常大的变化而导致锁相回路的不稳定，如此一来也就必须不断地调整锁相回路中的各项变量(如：相位频率检测器增益、低通滤波器的转换函数等)以维持锁相回路的稳定度。此外，对于锁相回路中的除频器而言，为了涵盖170～1800MHz的频率范围，相对也就必须要有10倍频率的操作变化范围。于是，当除频器的操作频率范围越高时，相对也就需要越大的输入信号强度以及耗损更大的电流。

而要如何利用较少的硬件架构以及较省功率的方式来设计出一个可包含较宽频率范围的频率合成器，便是目前值得进一步改善的地方。

发明内容