Телевізори, відеомагнітофони, приставки та широкосмугові кабельні приймачі мають загальний елемент: тюнер. Хоча всі інші електронні компоненти в цих пристроях зменшуються у міру скорочення напівпровідникової технології, споживчі програми часто використовують величезні "тюнерні баки" для досягнення цієї критичної функції. Складні обмеження щодо дизайну тюнера є причиною того, що ця технологія зберігається, але ринкові сили висувають на перший план кремнієві тюнери.
Дизайнер тюнера повинен подолати багато проблем. Вхідний сигнал у телевізійному та кабельному телебаченні лежить у діапазоні частот від 48 МГц до 861 МГц, і сила сигналу може мати широкий динамічний діапазон. Наприклад, у мовних телевізійних програмах сигнал, який потрібно вибрати, може мати суміжні небажані канали, сила сигналу яких перевищує 100 разів.
Типовий дизайн тюнера використовує єдину архітектуру приймача перетворення, хоча можливі й інші архітектури. Структура одного тюнера перетворення включає фільтр попереднього вибору, підсилювач з низьким рівнем шуму (LNA), понижуючий перетворювач та підсилювач проміжної частоти (IF).
1. Обмеження конструкції кремнієвого тюнера
1) Попередньо вибране відстеження фільтра
Фільтр попереднього вибору бере повну смугу частот сигналу і зменшує її до меншої смуги частот, що містить цікавий канал. З огляду на широкий діапазон частот каналу, це означає, що фільтр попереднього вибору повинен бути смуговим фільтром відстеження, центральна частота якого може змінюватись у спектрі сигналу. МШУ з функціями автоматичного регулювання посилення радіочастот зазвичай слідують за попередньо обраним фільтром.
Стадією понижуючого конвертера є traditґетеродинна система. Нижній перетворювач розроблений з вибором каналу, який передбачає регулювання локального осцилятора (LO) таким чином, щоб різниця між його частотою та цікавим сигналом потрапляла в діапазон частот фільтра ПЧ. На цьому етапі використовуються високопродуктивні вузькосмугові фільтри з фіксованою частотою-зазвичай це пристрої поверхневої акустичної хвилі (SAW)-шляхом вибору та виключення всіх інших параметрів. Далі слід підсилювач ПЧ з регулюванням посилення, що дозволяє системі відповідати силі вибраного сигналу потребам схеми демодуляції та виявлення, якою керує тюнер.
Враховуючи широкий діапазон частот та потужності сигналу вхідного сигналу, використання цієї архітектури для створення якісного тюнера принесе багато проблем. Один із них-фільтр попереднього вибору. Для того, щоб охопити повну пропускну здатність сигналу, типові реалізації телевізійних тюнерів для трансляції вимагають, щоб фільтри працювали в трьох різних діапазонах частот: УКХ (дуже висока частота), від 48 до 88 МГц; середній УКХ, 174-216 МГц; і УВЧ (надвисока частота) на частотах 470-861 МГц. Поширеною реалізацією є використання окремих фільтрів, по одному для кожного фільтра.
2) Багатодіапазонна робота
Фільтр попереднього вибору вибирає діапазон робочих частот, але все одно може знадобитися реалізувати фільтр відстеження, щоб забезпечити необхідну вибірковість. Фільтр відстеження повинен підтримувати відносно фіксовану пропускну здатність, хоча центральна частота може змінюватися протягом багатьох октав. Реалізація такого фільтра зазвичай вимагає великої кількості пасивних компонентів, таких як індуктори, які необхідно налаштувати вручну на заводі для отримання належних характеристик. Цей попит на пасивні компоненти та ручну настройку значно збільшує розміри та вартість тюнера. Типовий тюнер може мати розміри 2.5 x 2 x 0.75 дюйма.
Однак фільтр попереднього вибору - не єдиний компонент, який має проблеми із дизайном. LO в понижувальному перетворювачі також повинен обробляти широкий діапазон частот. Фільтр попереднього вибору лише зменшує пропускну здатність вхідного сигналу. Інтересний сигнал все ще може потрапляти в будь -який діапазон від 48 до 861 МГц, і LO повинен в основному охоплювати цей діапазон. Крім того, LO повинен демонструвати низький фазовий шум на близькій відстані, інакше прийом каналу DTV буде порушений. Осцилятор з інтегральною схемою досягає такого широкого діапазону частот, який неможливо налаштувати, і в той же час демонструє низький фазовий шум, використовуючи типову 3-вольтову напругу живлення сучасних електронних систем. Може знадобитися джерело живлення до 30 В.
Щоб задовольнити всі ці вимоги до продуктивності, більшість постачальників вирішують зберегти традиційний дизайн тюнера для телевізорів та відеомагнітофонів, незважаючи на їх вартість та розмір. Але ринковий тиск починає змушувати змінюватися. Одним з елементів є дозвіл Федеральної комісії зв'язку, тобто всі телевізори, що продаються в США, почали використовувати тюнери, здатні приймати цифрові телетрансляції. Це завдання змушує постачальників змінювати основну структуру своєї продукції, створюючи можливості для інновацій у дизайні тюнера.
Зростання попиту на ринку портативних розваг також сприяло змінам у дизайні тюнера. Портативний означає пристрої, що працюють від акумулятора або портативні, і забороняє використання високої напруги у реалізаціях LO. Крім того, портативні пристрої потребують набагато менших реалізацій, ніж типові тюнери. На зростаючому ринку плоскопанельних дисплеїв/телевізорів малі розміри також важливі. У конструкції з плоскою панеллю розмір тюнера може бути обмежуючим фактором для потоншення продукту.
Інша тенденція, яка впливає на вимоги до тюнера, полягає в тому, що споживачі хочуть отримувати кілька каналів одночасно. Це означає, що потрібно більше одного тюнера, що займає більше місця, що впливає на розмір системи та збільшує вартість тюнера для кінцевого продукту. Тиск ринку на зменшення розміру та інші тенденції сприяли використанню кремнієвих тюнерів.
3) Виключіть ручну настройку
Дизайн кремнієвого тюнера має багато цілей. Однією з основних цілей є усунення необхідності вручну регулювати зовнішні компоненти у фільтрі відстеження. У кремнію є два ефекти. По -перше, усунення більшості зовнішніх компонентів також усуває їх здатність поглинати та розсіювати небажану радіочастотну енергію з виключеної смуги частот. Кремнієві тюнери повинні використовувати інноваційні схеми в мережевих мережах та змішувачах для управління небажаною енергією без пошкодження транзисторів.
Другий вплив - це потреба у новій архітектурі РФ. Ранні конструкції кремнієвого тюнера намагалися застосувати метод подвійного перетворення, який забезпечував вибірковість без ручної настройки зовнішніх компонентів. Перше перетворення зміщує частоту вхідного сигналу вгору. Фільтр RF SAW зменшує пропускну здатність перед другим перетворенням на IF. Фільтрувальний пристрій являє собою основну вартість цієї конструкції.
Останнім часом для подолання змін у виробництві напівпровідникових технологій використовується технологія самокалібрування. Деякі також усувають потребу у високовольтних джерелах живлення для LO та потребу в пристроях RF RFW. Натомість вони використовують тільки фільтри SAW на стадії IF, які мають набагато меншу частоту і є дешевшими пристроями, ніж фільтри RF SAW.
Впровадження цих конструкцій у кремній вимагає передової технології напівпровідникових процесів. Постачальники чіпів зазвичай характеризують лише процес їх впровадження цифрового VLSI. Для реалізації кремнієвого тюнера процес має бути охарактеризований на основі характеристик радіочастотного випромінювання. Крім того, процес повинен мати спосіб створення індуктора правильного значення і мати достатньо високий Q для низькофазного шумового реагування LO або конструкції РЧ -фільтра. Такий процес тепер можна використовувати.
Крім напівпровідникових процесів, кремнієві тюнери вимагають ретельного проектування мікросхеми. РФ має багато можливостей для випромінюваних та провідних перешкод. У конструкції однокристального кремнієвого тюнера близькість вбудованих ліній сигналу на мікросхемі та спільне використання субстратів схем посилюють це. Для управління цим втручанням потрібна схема, яка розділяє критичні ланцюги та включає схеми екранування. Дизайн також вимагає ретельного створення та управління вбудованими мережами живлення та наземними розподільними мережами. Крім того, конструкція повинна включати компоненти фільтрації на чипі та поза мікросхемою, щоб розірвати шлях сигналу перешкод.
Усі ці проблеми були вирішені, і з появою пристроїв із кремнієвим тюнером дизайнери продуктів почали шукати способи позбутися від старого тюнера. Супутникові та кабельні приймачі першими застосували цей метод. Вони обробляють сигнали з приблизно однаковою потужністю в кожному каналі. Ця однорідність каналу дещо спрощує конструкцію тюнера, дозволяючи раннім кремнієвим тюнерним пристроям відповідати вимогам.
Однак прийом наземного мовлення повинен використовувати тюнер, який може забезпечувати вибірковість у широкому діапазоні рівнів потужності каналу. Можливість об'єднання сильних сигналів у сусідніх каналах зі слабкими каналами, що представляють інтерес, накладає суворі обмеження на вибірливість конструкції тюнера. Донедавна інноваційна архітектура ВЧ та покращена обробка напівпровідників ВЧ дозволяли кремнієвим тюнерам досягати необхідної продуктивності за низьку вартість.
Усуваючи необхідність ручного регулювання, ці кремнієві тюнери можуть збільшити врожайність виробництва та забезпечити більш надійну роботу, ніж старі моделі. Вони задовольняють потреби портативних пристроїв, усуваючи потребу у високовольтних джерелах живлення та дозволяючи компактні реалізації. Враховуючи вплив ринку на ці атрибути, очікується, що кремнієві тюнери узгоджують конструкції телевізійних приймачів з іншими частинами електронної промисловості.
Раві Шеной ([захищено електронною поштою]) є аналоговим директором та радіочастотною технологією LSI Logic (Мілпітас, Каліфорнія).
Наш інший продукт:
