Телевизорите, видеорекордерите, приемниците и широколентовите кабелни приемници имат общ елемент: тунера. Въпреки че всички други електронни компоненти в тези устройства се свиват с намаляване на полупроводниковата технология, потребителските приложения често използват огромни „тунерни резервоари“, за да постигнат тази критична функция. Предизвикателните ограничения за дизайна на тунера са причината тази технология да продължи, но пазарните сили изтласкват силиконовите тунери на преден план.
Дизайнерът на тунера трябва да преодолее много предизвикателства. Входният сигнал в телевизионни и кабелни приложения се намира в честотната лента от 48 MHz до 861 MHz, а силата на сигнала може да има широк динамичен диапазон. Например, в телевизионни приложения за излъчване, сигналът, който трябва да бъде избран, може да има съседни нежелани канали, чиято сила на сигнала надвишава 100 пъти.
Типичен дизайн на тунера използва единична архитектура на приемник за преобразуване, въпреки че са възможни и други архитектури. Структурата на един тунер за преобразуване включва филтър за предварително избиране, усилвател с нисък шум (LNA), преобразувател надолу и усилвател на междинна честота (IF).
1. Ограничения на дизайна на силиконовия тунер
1) Предварително избрано проследяване на филтри
Филтърът за предварително избиране приема пълната честотна лента на сигнала и я намалява до по -малка честотна лента, съдържаща интересуващия канал. Предвид широкия честотен диапазон на канала, това означава, че филтърът за предварително избиране трябва да бъде проследяващ лентов лентов филтър, чиято централна честота може да варира в целия спектър на сигнала. LNA с функции за автоматично регулиране на усилването на честотата обикновено следват предварително избран филтър.
Етапът на преобразуване надолу е traditкато цяло хетеродинна система. Конверторът за понижаване е проектиран с избор на канал, който включва регулиране на локалния осцилатор (LO), така че разликата между неговата честота и сигнала от интерес попада в честотния обхват на IF филтъра. Този етап използва високоефективни, теснолентови филтри с фиксирана честота-обикновено устройства за повърхностни акустични вълни (SAW)-чрез избор и изключване на всички други опции. Това е последвано от IF усилвател с променлив контрол на усилването, позволяващ на системата да съобрази силата на избрания сигнал с нуждите на веригата за демодулация и откриване, която тунерът управлява.
Като се има предвид широката честота и обхват на силата на сигнала на входния сигнал, използването на тази архитектура за генериране на тунер с добра производителност ще донесе много предизвикателства. Единият е филтърът за предварително избиране. За да се покрие пълната честотна лента на сигнала, типичните реализации на телевизионни тунери за излъчване изискват филтри да работят в три различни честотни ленти: VHF (много висока честота), 48 до 88 MHz; среден УКВ, 174 до 216 MHz; и UHF (супер висока честота) при 470 до 861 MHz. Обичайно изпълнение е използването на отделни филтри, по един за всеки филтър.
2) Многолентова работа
Филтърът за предварително избиране избира работната честотна лента, но все пак може да е необходимо да се приложи проследяващ филтър, за да се осигури необходимата селективност. Проследяващият филтър трябва да поддържа относително фиксирана честотна лента, въпреки че централната честота може да се променя в много октави. Реализирането на такъв филтър обикновено изисква голям брой пасивни компоненти, като индуктори, които трябва да бъдат настроени ръчно във фабриката, за да се постигнат правилни характеристики. Това търсене на пасивни компоненти и ръчна настройка значително увеличава размера и цената на тунера. Типичният тунер може да бъде с размери 2.5 x 2 x 0.75 инча.
Филтърът за предварително избиране обаче не е единственият компонент с предизвикателства при проектирането. LO в преобразувателя надолу също трябва да обработва широк честотен диапазон. Филтърът за предварителен избор само намалява честотната лента на входния сигнал. Интересният сигнал все още може да попадне навсякъде в диапазона от 48 до 861 MHz и LO трябва основно да обхваща този диапазон. В допълнение, LO трябва да показва нисък фазов шум от близко разстояние или приемането на DTV канал ще бъде компрометирано. Осцилаторът с интегрална схема постига толкова широк честотен диапазон, който не може да бъде настроен, и в същото време показва нисък фазов шум, използвайки типичното 3-волтово захранващо напрежение на съвременните електронни системи. Може да се наложи захранване до 30 V.
За да отговорят на всички тези изисквания за производителност, повечето доставчици избират да запазят традиционния дизайн на тунери за телевизори и видеорекордери, въпреки тяхната цена и размер. Но пазарният натиск започва да налага промяна. Един от елементите е разрешението на Федералната комисия по комуникациите, тоест всички телевизори, продавани в САЩ, са започнали да използват тунери, способни да приемат цифрови телевизионни предавания. Тази задача принуждава доставчиците да променят основната структура на своите продукти, създавайки възможности за иновации в дизайна на тунера.
Нарастването на търсенето на пазара на преносими развлечения също насърчи промените в дизайна на тунера. Преносим означава захранвани от батерии или ръчни устройства и забранява използването на високо напрежение в изпълнения на LO. Освен това преносимите устройства изискват много по -малки реализации от типичните тунери. На нарастващия пазар на плоски дисплеи/телевизори малкият размер също е важен. В дизайна с плосък панел размерът на тунера може да бъде ограничаващият фактор за изтъняване на продукта.
Друга тенденция, която засяга изискванията за тунер е, че потребителите искат да получават множество канали едновременно. Това означава, че са необходими повече от един тунер, което заема повече място, което се отразява на размера на системата и увеличава цената на тунера за крайния продукт. Пазарният натиск за намаляване на размера и други тенденции насърчиха използването на дизайн на силиконов тунер.
3) Премахване на ръчната настройка
Има много цели за дизайн на силиконов тунер. Една от основните цели е да се премахне необходимостта от ръчно регулиране на външни компоненти във филтъра за проследяване. В силиция има два ефекта. Единият е, че премахването на повечето външни компоненти също така елиминира способността им да абсорбират и разсейват нежелана радиочестотна енергия от изключената честотна лента. Силиконовите тунери трябва да използват иновативни схеми в LNA и миксери, за да управляват нежеланата енергия, без да повредят транзисторите.
Второто въздействие е необходимостта от нова RF архитектура. Ранните дизайни на силиконов тунер се опитаха да възприемат метод за двойно преобразуване, който осигурява селективност без ръчна настройка на външни компоненти. Първото преобразуване измества честотата на входния сигнал нагоре. RF SAW филтърът намалява честотната лента, преди да преобразува за IF за втори път. Филтърното устройство представлява основната цена на този дизайн.
Напоследък технологията за самокалибриране се използва за преодоляване на промените в производството на полупроводникови процеси. Някои също така премахват необходимостта от захранващи устройства за високо напрежение за LO и необходимостта от RF SAW устройства. Вместо това те използват само SAW филтри на IF етап, които имат много по -ниска честота и са по -евтини устройства от RF SAW филтри.
Прилагането на тези дизайни в силиций изисква усъвършенствана технология на полупроводникови процеси. Доставчиците на чипове обикновено характеризират само процеса на тяхното внедряване на цифров VLSI. За да се внедри силиконов тунер, процесът трябва да се характеризира въз основа на RF характеристиките. В допълнение, процесът трябва да има начин да създаде индуктор с правилната стойност и да има достатъчно високо Q за нискофазово LO изпълнение или дизайн на RF филтър. Такъв процес вече може да се използва.
В допълнение към полупроводниковите процеси, силиконовите тунери изискват внимателно проектиране на чипове. RF има много възможности за излъчвани и проводими смущения. В дизайна на силиконов тунер с един чип близостта на сигналните линии на чипа и споделянето на субстрати на веригата изострят това. Контролирането на тази намеса изисква оформление, което разделя критичните вериги и включва екраниращи модели. Дизайнът също така изисква внимателно създаване и управление на мрежи за захранване и наземно разпределение на чипа. В допълнение, дизайнът трябва да включва компоненти за филтриране на чип и извън чип, за да се прекъсне пътя на сигнала за смущения.
Всички тези проблеми са решени и с появата на устройства със силиконов тунер дизайнерите на продукти започнаха да правят начини да се отърват от стария тунер в кутия. Сателитни и кабелни приемници са първите, които приемат този метод. Те обработват сигнали с приблизително еднаква мощност във всеки канал. Тази еднородност на канала леко опростява дизайна на тунера, като дава възможност на оборудването за ранен силициев тунер да отговаря на изискванията.
Приемът за наземно излъчване обаче трябва да използва тунер, който може да осигури селективност в широк диапазон от нива на мощност на канала. Възможността за комбиниране на силни сигнали в съседни канали със слаби канали от интерес налага строги ограничения върху избирателността на дизайна на тунера. Доскоро иновативните RF архитектури и подобрената RF полупроводникова обработка позволиха на силиконовите тунери да постигнат необходимата производителност при ниска цена.
Като елиминират необходимостта от ръчни настройки, тези силиконови тунери могат да увеличат производителността на производството и да осигурят по -надеждна работа от по -старите дизайни. Те отговарят на нуждите на преносими устройства, като елиминират необходимостта от захранвания с високо напрежение и позволяват компактни реализации. Като се има предвид влиянието на пазара върху тези характеристики, се очаква силиконовите тунери да приведат в съответствие дизайна на телевизионните приемници с други части на електронната индустрия.
Рави Шеной ([имейл защитен]) е аналоговият директор и RF технологията на LSI Logic (Milpitas, Калифорния).
Нашата друг продукт:
