電視接收機內的調頻收音機使用的帶有固定第二半中頻陷的第一中頻濾波器的製作方法

2023-05-20 23:50:46 4

專利名稱：電視接收機內的調頻收音機使用的帶有固定第二半中頻陷的第一中頻濾波器的製作方法
與本申請案共同提出申請、且已轉讓給本申請的受讓人、代理律師案號RCA 85，975，RCA 85，976，RCA 86，099，RCA 86，108，RCA 86，961，及RCA 86，110等專利申請案含有相關的主題。
本申請涉及內含調頻收音機的電視接收機的領域。
人們希望電視接收機不僅能接收電視信號，而且還能接收廣播調頻(FM)無線電信號。美國廣播調頻頻帶佔有約88MHZ至約108MHZ的頻帶。這個頻帶正好在分配給廣播電視頻道6與電纜電視頻道98兩頻率之間。能接收廣播調頻信號的當代內載頻伴音型電視接收機可從先有技術中得知。然而，在這些已知的裝置裡，它們各自的製造商都添加了具有自身調諧器的單獨調頻收音機。
電視接收機中的單一調諧器，用以調諧至少一個電視頻帶的電視信號和此電視頻帶相鄰的調頻頻帶的廣播調頻無線電信號。電視調諧器用以作為雙變換FM接收機的第一頻率變換級，其內FM收音機集成電路用以作為第二頻率變換級。應該承認，在雙變換FM接收機中，第二中頻(IF)的頻率的信號以固定頻率產生並且不用可調諧陷波器就可使之消除。


圖1示出構成本發明的電視接收機的方塊圖;
圖2A示出先有技術的並聯諧振FM陷波器;
圖2B示出2A示的那種的類型的並聯諧振電路的振幅與頻率特性圖。
圖3A示出本發明的FM陷波器;
圖3B示出圖3A的FM陷波器與天線輸入電路在調諧器調諧於6頻道時的振幅與頻率特性曲線圖;
圖4示出本發明所產生的熒幕顯示;
圖5示出圖1調諧器部分，並示出圖3A的FM陷波器的連接。
圖6A示出圖1的組合式43.3MHZ帶通濾波器和48.65MHZ半中頻陷波器的電路圖。
圖6B示出圖6A所示電路的增益與頻率的特性曲線圖。
參閱圖1，電視射頻(RF)及廣播調頻(FM)射頻(RF)信號皆施加到FM陷波器電路100的RF輸入接端上。參照圖3詳細說明FM陷波器100。呈現在FM陷波器100輸出端上的RF信號施加於調諧器102上。調諧器102包括一個用以放大RF信號的RF放大器10a，放大後的RF信號施加到混頻器102b的一個輸入端上。調諧器102亦包括一個本機振蕩器102c，用以產生本機振蕩器信號，當此信號施加至混頻器102b的第二輸入端上時，與放大後RF信號超外差而產生電視中頻(IF)輸出信號。調諧器102在調諧器控制單元104的控制下選擇一個特定的RF信號。依替代方式，調諧器控制單元104亦可包括於調諧器102之內。此單元104將調諧控制信號由線103施加到調諧器102上，並由控制總線103′施加頻帶切換信號。此調諧控制信號和頻帶切換信號控制本地振蕩器102C振蕩頻率，由此確定哪個RF信號被轉換(超外差)為IF頻率。調諧器控制單元104受控制器110控制。此控制器110可以是一個微處理器或微計算機，可包括一個中央處理器(CPU)112，一個只讀存儲器(ROM)114，以及一個隨機存儲器116。控制器110接受來自本機鍵盤122和來自紅外線(IR)接收器120的用戶輸入控制信號。IR接收器120接收由遙控單元125發射的遙控信號，並為之編碼。
調諧器120產生的IF信號施加到表面聲波(SAW)濾波器前置放大器105上，此前置放大器使該IF信號放大，並經SAW濾波器106施加到視頻信號處理單元130。此視頻信號處理單元130包括一個視頻IF(VIF)放大級、一個自動增益控制電路(ACC)、一個自動頻率微調電路(AFT)、一個頻檢波器、以及一個聲頻IF(SIF)放大級。處理單元130產生基帶複合視頻信號(TV)和半音載波信號。此伴音載波信號施加到聲頻信號處理器單元135，此單元135包括一個TV立體解碼器、一個矩陣、以及一個DBX擴展器。聲頻信號處理器單元135產生左和右聲道信號，並將它們施加到聲道切換單元136的一對輸入端上。聲道一切換單元136的輸出端耦合到聲頻放大器單元137上。此聲頻放大器單元137產生經放大的基帶左、右兩路聲道信號，並將它們施加到一對揚聲器138上以使聲音重放。
基帶視頻信號(TV)耦合到視頻處理單元155、顯像管驅動器放大器156上，最後在顯示器裝置158的顯示螢屏上被顯示出來。視頻信號亦施加到同步分離器單元160上，由此單元160導出垂直和水平同步信號。此所導出的垂直和水平信號施加到偏轉單元170以產生偏轉信號以施加到顯示裝置158偏轉線圈組合體上。在控制器110的控制下，螢屏顯示處理器140產生字符信號，並把這些信號施加到視頻處理器155的第二輸入端上以顯示在顯示裝置158上。除圖1所示的具體的FM陷波器外，所述的這種電路可以RCA CTC 156彩色電視機底盤上獲知。
由調諧器102產生的IF信號經43.3MHZ帶通濾波器和48.65MHZ陷波器裝置145，施加到單晶片FM接收機集成電路180上。FM接收機集成電路180例如是由SONY公司製造的CXA 12338M/S AM/FM立體聲接收機電路。FM接收機集成電路180包括一個放大器180a、一個混頻器180b、一個振蕩器180、一個壓控振蕩器(VCO)180b、FMIF放大和檢波器單元18e以及FM立體聲解碼器單元180f。
在此認定，電視調諧器102可用作為FM廣播頻帶的雙轉換調諧器的第一頻率轉換級，而雙轉換調諧器的第二頻率轉換級系由FM接收機集成電路180提供。亦即是說，特定的FM無線電信號經選定並從FM射頻頻帶中的一個頻率變換為43.3MHZ的第一IF頻率。此43.3MHZ值至為重要，而其選擇說明於下。
第一IF頻率的信號然後在混頻器180b中與由固定頻率晶控振蕩器180c產生的54.0MHZ振蕩器信號相超外差。業已發現，希望晶控振蕩器180c能避免由于振蕩器180c範圍內及其周圍可能發生之溫度變化而引起的頻率飄移。雖然可使用54.0MHZ晶體，但發現標準值18MHZ晶體的第三次諧波(在54MHZ)亦可使用。作為超外差過程的結果是以標稱FM IF頻率為10.7MHZ的FM接收機信號，此信號然後在陶瓷諧振器裝置(統標為182)中濾波。增設陶瓷諧振裝置182的第二陶瓷諧振器可改善其選擇性。然後，將陶瓷諧振器裝置182輸出端上的信號由FM信號處理單元180d、180e和180f依正常方式放大，檢波和解碼。設有電位器VP1來調整VCO頻率。解碼後的左(L)和右(R)路立體聲信號被施加到聲道切換單元136的第二對輸入端子上。當解碼後左(L)和右(R)路立體聲信號由聲道切換單元136選取時，將它們施加到聲頻放大器137上，以供揚聲器裝置138重放。在FM接收機集成電路180與控制器110之間的連線117和118傳輸分別表示「信號是否已調諧」和「信號是否為立體聲的信號」。
調諧器102係為頻率合成(FS)型，這意味著本機振蕩器的頻率可在控制器100的控制需依照一個給定大小的一系列步級變化。在FM接收方式下，控制器100使振蕩器102C按31.5KHZ步級改變其頻率。這意味著FM臺可能失調諧，最大誤差為31.5KHZ/2或15.75KHZ。此項誤差是可接受的，因為FM接收機集成電路180具有約±110KHZ範圍的可接受解調特性，還因為各FM廣插頻率相隔200KHZ的緣故。
選取43.3MHZ作為雙重變換FM接收機的第一中頻，茲說明於下。眾所周知，調諧器的振幅與頻率特性曲線其形狀大體上像是一個草堆，其色度載波和圖像載波分別在草堆的各自相關邊側的約低於最大值3分貝處。在此兩載波中間的該草堆的大致中心點為44MHZ。本技術領域的人士可能相信此乃為FM接收機系統第一IF的最佳頻率。但是，44MHZ幾乎恰為最低FM接收機頻率(88.1MHZ)的頻率值的一半，勢將引起下述問題。施加到混頻器的信號頻率經由混頻作用而加倍。這些產物中的大部分的在頻帶之外而被與混波器輸出端相耦合的調諧電路濾掉。若44MHZ用作為第一IF頻率，則本機振蕩器102C將在132.1MHZ用作為第一IF頻率，則本機振蕩器102C將在132.1MHZ頻率上振蕩，俾調諧88.1MHZ的FM載波，在此狀況下，將產生下列各種信號132.1MHZ-88.1MHZ＝44MHZ(需要的信號);和2×88.1MHZ-132.1MHZ＝44.1MHZ(不需要的鏡像信號)。此不需要的鏡像信號系完全在第二IF頻帶寬範圍內。這種情況在系統聲頻輸出端引起幹擾和失真。這種情況由於「調諧器FM陷波器在88.1MHZ處給出很小的衰減而使調諧器中的互調失真在相當低的輸入信號電平時就會發生」事實，而使情況變得更複雜。大於44MHZ，但小於圖像載波45.75MHZ的頻率勢必在較高FM無線電臺引起鏡像問題。因此，其最佳量值是低於44MHZ、但高於彩色載波42.17MHZ的一個頻率，因低於彩色載波勢必引起信號迅速下降至「草堆」之下)。43.3MHZ值與草堆頂近得足以提供對稱的信號，卻離44MHZ遠得以避免產生鏡像幹擾問題。當選定43.3MHZ作為第一IF頻率時，本機振蕩器102C須受控於132.4MHZ上產生振蕩，俾能選擇88.1MHZ的FM載波。這樣就產生下述輸出信號132.4MHZ-88.1MHZ＝43.3MHZ(需要的信號)和2×88.1MHZ-132.4MHZ＝44.8MHZ(不需要的鏡像信號)。
就是此不需要的鏡像信號現在與所需的信號相差1.5MHZ，且完全在第二IF級的300KHZ寬帶之外，將不致引起失真。實際上，頻率在43.5MHZ與彩色副載波頻率之間的信號即為上述雙變換調諧器第一中頻的良好候選頻率。
同樣，第二IF亦有鏡像問題須予避免。具體地說，頻率為48.65MHZ(即43.3MHZ+5.35MHZ(10.7MHZ第二IF頻率之一半))的信號勢必在10.7MHZ上產生鏡像，又造成幹擾。由於第二IF頻率固定於10.7MHZ上，上述問題在濾波器單元145中予以消除，而不須使用追蹤濾波器。濾波器單元145的電路詳示於圖6A中。此43.3MHZ帶通濾波器包括電感器L601和電容器C601以及C602的π型電路。增加電容器C603與電感器L601並聯乃獲得48.65MHZ陷波器。此電路的增益與頻率的特性曲線見示於圖6B中，經選定下各元件值如下L601 101毫微亨利C601 39微微法拉第C602 120微微法拉第C603 100微微法拉第工作時，控制器110通過本機鍵盤122或通過IR接收器120接收一個命令以進入FM接收機方式。響應該命令，控制器110將一個信號經電阻器R1施加到電晶體Q1的基極上。電晶體Q1導通而向電壓調整器電路R2、D2提供電源電壓源，接著，此電路提供電源(VCC)使FM接收機集成電路180工作。被接通的VCC亦施加到立體聲切換單元136的控制端子C上，而使FM接收機的聲頻信號以FM接收機方式來選取。
對於良好的FM接收性能的兩項障礙是靈敏度差和超負載，而必須在此兩者之間作出審慎選定的折衷，回想一下在電視操作方式下，RF放大器由從電視視頻IF(VIF)電路中所導出的ACC信號進行增益控制。在FM方式下，由於在VIF電路中並未產生有意義的ACC信號，因此ACC信號與RF放大器斷接。假如電視調諧器在FM接收方式下以最大增益工作，則中等電平到強電平的FM信號會過分驅動調諧器混頻器和RF級，而產生不希望的失真產物。設置單獨的FM ACC裝置由於增加了電視接收機的成本和複雜性而無法接受。解決方案將是，以一個固定增益來工作。此種裝置成本低得多，只是添加幾個元件而已。增益減小則必須審慎決擇，增益減小得太多勢必使FM接收靈敏度變差，而增益減小得太少則產生超負載狀況。對於有助於RF級在減及增益功能下良好地工作的第二個因素是「增益減小了的RF放大器級的雜聲指數以比增益減少的速率更緩慢的速度變壞(變高些)，因此保持較好的信噪比」。此乃允許補償RF放大器增益減小放在其後的IF後置放大器級內，以維持整企接收機的靈敏度。
使ACC信號的斷接系通過二極體DI使4.7伏特FM接收機切換VCC施加到ACC線102d上來實現的。此FM接收機VCC電源得到適當調節足以產生皆在可接受的容差範圍內的增益減小。重要的是，注意所選的FM收音機集成電路應具有寬範圍的可用工作電壓。特別選定4.7伏特電平以適應電視調諧器RF增益減小偏差的需要。電阻R3使ACC電路與所施加的VCC相隔離，切換後的VCC的幅度在通過二極體DI後約為4伏特。以固定4伏特信號施加到RF放大器102a的ACC控制端子上以使其以較低增益方式工作。
切換後的FM接收機VCC亦施加到SAW濾波器的前置放大器105的基極上，以使該放大器停止工作，還衰減視頻處理單元130的輸入端上的不需要信號。
驚奇地發現，FM陷波器在利用單一調諧器以接受電視信號及廣播FM無線電信號的電視接收機內產生有益的影響，具體地說，FM陷波器使FM無線電信號衰減，否則此等信號在電視調諧器輸入端上的波幅太大。這裡還承認，FM陷波器應展現「邊緣」相當明確的頻率響應，以使相鄰電視頻道信號的幹擾減及至最低限度，並且有大體上平坦的阻帶區以，在整個FM無線電廣播頻率內產生波幅大體上均勻一致的的FM信號。
圖2A示出從先有技術可知並聯諧振FM陷波器。串聯諧振FM陷波器和串並聯FM陷波器的組合在先有技術中也是已知的。但是，在每一種情況下皆無法作出努力來限制這些先有技術的FM陷波器的衰減。而是，因在無FM接收機的電視接收機中並無保留任何廣播FM信號頻譜的必要，所以各自都試圖獲得可能的最深陷波。圖2B示出並聯諧振電路(諸如圖2A所示的電路)的振幅與頻率特性曲線。這種電路對於組合式電視和FM系統是不令人滿意的，其理由如下假如圖2A所示電路的諧振頻率設定在FM頻帶的中心，則各自相關的FM廣播電臺的信號幅度將在RF放大器輸入端上變化極大，此亦無法令人滿意，因為其特性曲線的跌落(即裙的坡度)不陡峭不足以對鄰近電視頻道的幹擾提供足夠的保護。
參照圖3A，該圖示出三段式FM陷波器，此陷波器克服先有技術的FM陷波器的上述問題。此三段式FM陷波器的第一段包括電感器L301、電阻R301、以及電容器C301的並聯電路。第一段調諧於97.5MHZ，以使該整個電路的頻率響應儘量均勻。此三段式FM陷波器的第二段包括電感器L302與電容器C302的並聯電路。第二段調諧於104.0MHZ以提供對VHF12和13頻道(在美國)的保護。三段式FM陷波器的第三段包括從第一段與第二段之間的一個引出和接到基準電位(即信號的地)的一個串聯諧振電路。第三段調諧於90.5MHZ以保護低頻段的VHF的6頻道不致受教育臺近於88.1MHZ的FM發射的幹擾。電阻器R301及R303設定陷波深度。應予注意，第二段無需附加負載，因隨後的天線濾波器電路的負載效應。使第二段的陷波深度減小到所需的數值。上述電路使6頻道色度載波基本不改變電平，但是使6頻道伴音載波拉下約3-4分貝(這一點認為尚可接受)。電纜頻道A-2(即98)的圖像載波減小約1分貝，但這亦認為尚可接受。
選擇下列諸元件值為宜第一段 L301 約18.3毫微亨(可調整)R301 270 歐姆C301 150 微微法拉第第二段 L302 約16.2毫微亨利(可調整)C302 150微微法拉第第三段 L303 約680 微亨利(可調整)R303 6.8 歐姆C303 4.7 微微法拉第上述三段式FM陷波器在FM接收方式工作期間對於在88MHZ至108MHZ範圍之信號提供均勻的阻帶電平約為10±4分貝。但是，當調整調諧器調諧於6頻道時，如圖3B中所示，由於天線輸入電路增加選擇性而使FM頻帶的阻帶為18至22分貝的範圍。圖3B所示的響應特性曲線是在圖5的RF放大器的雙柵埸效應電電晶體Q501的漏極端子上測量的。
上述三段式FM陷波器呈現下列典型的性能(以廣播電視頻道圖像載波為基準)頻率(MHZ) 響應(分貝)83.25(頻道6圖像基準)86.83(6頻道色度) -0.287.75(頻道聲音) -2.788.1(最低FM臺) -4.688.3 -5.488.5 -6.288.7 -7.188.9 -8.089.1 -9.090.1 -12.690.5 -12.291.1 -10.192.1 -8.2
93.1 -7.694.1 -8.095.1 -9.096.1 -10.397.1 -11.198.1 -10.899.1 -9.9100.1 -9.0101.1 -8.7102.1 -9.2103.1 -10.7104.1 -11.8105.1 -7.8106.1 -3.3107.1 -0.8107.9(最高FM臺) -0.4陷波器本身衰減所希望的最終結果乃為，在FM頻帶獲得整個調諧器增益所需的衰減。與相鄰電視頻道6與98的平均功率增益相比較，整個調諧器增益的衰減是在下列各FM頻帶頻率上實現的頻率(MHZ) 與相鄰電視頻道6與98平均功率增益相關的典型平均損失(分貝)88.1 7.590.5 1393.5 1297.5 12100.7 10.5
104.1 6.5107.9 0在FM接收方式期間，根本無電視圖像可看。因此，當選擇FM臺時，控制器110使螢幕顯示處理器140顯示一條消息向用戶指示「電視接收機處於FM方式，一個特定FM臺已選好，以及所接收的FM信號是否為立體聲的」。這樣顯示示於圖4中，其中，消息顯示在電視接收機400的螢屏410上。該顯示出現於使用人面前為時一段預定時間(也許是30秒)，過後，顯示一個空白屏幕。
圖5詳細示出圖3A的FM陷波器電路與簡化的調諧器102部份的連接。具體地說，FM陷波器500的輸出經串聯電感器耦合到統標為「510」的一系列的陷波器。陷波器510的第一併聯波器調諧於TV IF頻率，第二並聯串聯陷波器消除2頻道以下的所有信號，而第二並聯陷波器亦調諧於TV IF頻率上。陷波器510的輸出施加於統標為「520」的RF放大器輸入端上。此類型的調諧器由MTP M2016調諧器中得知，系與美國湯姆遜家電公司製造的CTC-156底盤相配合使用，而無須贅述。
這裡還認定，此裝置可用以調諧諸如美國國家氣象局(NWS)的信息業務的廣播。這些廣播分配於下述七個頻率162.400MHZ、162.425MHZ、162.450MHZ、162.475MHZ、162.500MHZ、162.525MHZ以及162.550MHZ。這些頻率中只有一個被指定給一個給定地區。典型的氣象接收機設有一個開關，以選定三個晶控頻率中的一個，以接收該廣播。
這裡還認定，當選定NWS方式時只須調諧NWS頻帶的中心，作此調諧的理由的三，第一，IF濾波器具有190 KHZ 3分貝帶寬比NWS頻帶的150KHZ整個頻道間隔大些，第二，所使用的鑑別器性能良好，即使離開所調諧頻率±1000 KHZ亦然，第三，NWS臺絕少或完全無重疊(因NWS的頻率為專用，且在一個給定地區只有一部發射機在工作)。
這裡尤其認定，本發明亦可用於盒式錄像機(VCR)中。本說明中所用的「電視接收機」一詞包括設有視頻顯示裝置的電視接收機(公知為「電視機」)和諸如VCR之類的無視頻顯示裝置的電視接收機。
權利要求
1.一種電視接收機，包括調諧器裝置(102)，用以在第一方式下工作來接收電視RF信號，此調諧器裝置響應一個控制信號，從多個電視RF信號中選定一個特定的電視RF信號；控制裝置(104)，用以產生上述控制信號以使該調諧器裝置選定上述特定RF信號；其特徵在於此調諧器裝置(102)在第二方式下工作，以作為雙變換廣播FM射頻信號接收機的第一頻率轉換級，使該FM信號變換為第一中頻的信號；該雙變換廣播FM射頻信號接收的第二頻率轉換級(180b、180c)，此第二頻率轉換級接收上述第一中頻信號並看之轉換為第二中頻信號；以及用以使音頻信號從上述第二中頻信號中解調出聲頻信號的裝置(108e)；所述的接收機還包括一個調諧電路(600)，該電路包含一個電感(L601)、第一電容器(C601)和第二電容器(C602)構成的π形段濾波器；還包含與上述電感(L601)並聯的電容器(C603)，上述調諧電路構成該第一中頻的帶通濾波器；以及為第二中頻用的一個半IF陷波器。
2.根據權利要求1所述的電視接收機，其特徵在於，上述第一中頻為43.3MHZ;上述第二中頻為10.7MHZ，以及上述半中頻陷波器經調諧來衰減48.65MHZ信號。
3.一種電視接收機，包括調諧器裝置(102)，以第一方式工作來接收電視RF信號，上述調諧器裝置響應一個控制信號從多個電視RF信號中選出一個特定的電視RF信號;控制裝置(104)，產生上述控制信號，以使上述調諧器裝置選出上述特定RF信號;其特徵在於上述調諧器裝置(102)還以第二方式工作作為雙變換廣播FM無線電信號接收機的第一頻率轉換級，使上述FM信號轉換為第一中頻頻率信號;上述雙變換廣播FM無線電信號接收機的第二頻率轉換級(180b、180c)，接收上述第一中頻頻率的信號並將其轉換為第二中頻頻率的信號;以及用以從上述第二中頻頻率信號中解調出聲頻信號的裝置(180e);所述的接收機還包括一個調諧電路(600)，該調諧電路含有兩個帶通濾波器供上述第一中頻使用，和一個半中頻陷波器供上述第二中頻使用。
4.根據權利要求3所述的電視接收機，其特徵在於上述第一中頻頻率為43.3MHZ;上述調諧電路(600)包含由電感(L601)、第一電容器(C601)和第二電容器(C602)構成的π形段濾波器和與上述電感(C601)並聯的第三電容器(C603)。
5.根據權利要求4所述的電視接收機，其特徵在於上述第二中頻頻率為10.7MHZ，以及上述半中頻陷波器經調諧來衰減48.65MHZ信號。
全文摘要
本機包括供調諧電視頻道及調頻臺兩用的單一調諧器。此調諧器在調頻接收方式以固定增益工作。此調諧器作為雙變換調頻接收機的第一轉換級，其中FM接收機集成電路的混頻器作為第二轉換級，此裝置以特定而非任意的第一中頻工作。此調頻接收機亦能自動接收在美國國家氣象局在聽眾區內的七個分配頻率中的一個廣播的信息服務，此接收機提供熒幕顯示以顯示當前所調諧的調頻頻道號。
文檔編號H04B1/16GK1058873SQ91105418
公開日1992年2月19日 申請日期1991年8月3日 優先權日1990年8月6日
發明者加裡·D·格拉布斯, 勒魯瓦·S·韋格諾特 申請人:湯姆森消費電子有限公司