电视调谐器技术步入高集成度硅片时代 - 文章

电视调谐器技术步入高集成度硅片时代

作者：Michael Keller

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尽管几年前手机和WLAN收发器就已经过渡到硅片IC形式，但是固态电视调谐器却放慢了发展速度。最近，几家公司已经开始提供基于IC的电视接收器，以替代传统的"铁壳调谐器"。

过去的十年见证了电视产品方面的巨大技术创新：高清数字电视、平板显示器和立体声音频。此外，Microsoft Windows XP Media Center已经为PC上接收电视创造了一个繁荣的市场。并且，消费者对在移动手持设备上观看实况转播电视或下载视频的多媒体能力的需求在不断增加。另外，电视广播在全球范围内从模拟向数字调制的转换也即将来临。

数字电视革命正在迅速展开；事实上在某些地区模拟广播已经停止了。但是，为了最大限度地降低对电视观众的影响以及实现平稳转换，许多政府已经强制规定在2009年2月17日之前传统的模拟(即NTSC、PAL和Secam)和数字(即DVB-T、ISDB-T和ATSC)信号共存。因此，在许多地区，数字电视转换会持续许多年，混合广播系统代表着一个极大的市场。

有趣的是，几乎所有用于传统模拟信号的电视机和数字到模拟机顶盒转换器仍在使用由几百个分立元器件组成的低技术、高功耗"铁壳调谐器"模块。之所以叫"铁壳调谐器"的原因在于：分立的固定和可调谐电感以及单独的晶体管被封装在大型(通常2×4英寸)金属外壳内，这样可以最大限度地降低射频干扰。"调谐"所有这些分立元器件所需的人工操作导致了耗时的制造和测试过程。

显然，固态电视调谐器有助于解决这些问题甚至其它问题，包括多个标准、集成、尺寸和功耗等。我们仍然处在集成电路电视调谐器进入消费产品的初期阶段，这表明电视调谐器设计的普及面临着比蜂窝收发器等其它射频电路更大的挑战。那么，我们为何不能用蜂窝网络来为移动设备提供电视类应用呢？

广播电视调谐器的特殊技术问题

在手机应用和广播电视的调谐器设计所考虑的因素中，主要技术差异表现在带宽、干扰和动态范围。蜂窝接收器必须在极窄的频率范围内工作。例如，典型的GSM接收器只需要覆盖25或30MHz，而电视调谐器则必须接收超过800MHz的带宽(42～864MHz)。

这个宽范围的频率响应影响接收器设计的三个主要方面：频率合成器、低噪声放大模块和滤波器。合成器的主要问题是在产生所需频率和满足锁时要求的同时需要保持小的体积和低的功耗。放大模块的主要设计问题在于它对较宽范围的干扰信号的敏感性，这些干扰信号会产生斑驳图像、噪声和信号损耗。这些干扰信号可能来自广播电视台、蜂窝传输甚至汽车点火。蜂窝手机接收器在其接收器前端采用固定滤波器以有效地消除广谱中的潜在干扰(由于涉及的频段较窄)，与蜂窝手机接收器不同的是，由于涉及的广播带宽较高，电视接收器不采用单个固定滤波器来有效抑制干扰信号。因此，电视调谐器需要专门的有源频道滤波技术。

图1：XC3028单芯片模拟和数字电视调谐器完整地集成了从射频到基带的各个功能模块

另一个设计挑战是要适应广播电视信号的大动态范围。接收器与发射器的任意可变距离导致了频道信号强度的大范围变化。处理动态范围中这些潜在的大差异需要极其复杂的IC设计。通过电缆传送的不同频道的电视信号具有相当一致的信号强度，这使得有线电视接收器可以使用早期的IC。

鉴于上述动态范围问题，调谐器必须检测极其微弱的信号，包括出现强干扰时接近接收器噪声电平的输入电视信号。例如，无用信号的强度可能比有用信号的强度高55dB，这需要接收器在出现较强的干扰信号时放大有用信号。这也是通过能够抑制干扰的先进频道滤波技术实现的。

Xceive XC3028就是一款用于机顶盒应用的硅调谐器。该器件的尺寸为4.2×4.3mm，由Jazz Semiconductor公司采用五个金属层、0.18微米BiCMOS工艺生产。它支持NTSC、PAL和Secam模拟标准，此外，由于能够产生数字解调器接口信号，然后由电视机设计中另外的数字解调电路进行处理，该器件还支持ATSC、DVB-C、DVBT和ISDB-T数字标准。Xceive公司还生产一种低功率接收器IC，特别适合为台式机或笔记本电脑增加电视功能的USB接口类设计。

用于移动设备的电视调谐器

移动手持设备中的多媒体能力包括数据、音频、视频和实时数字电视节目。向移动手持设备提供电视服务可以通过两种方式实现。第一种是采用现有蜂窝网络，第二种是采用专门的单向广播电视网络。

但是，蜂窝电视技术受到低分辨率和低帧速率的限制，这可能导致运动画面出现停顿和不流畅。更为重要的是，高质量电视业务需要10倍的语音业务数据速率。因此，如果许多用户尝试同时使用电视业务，需求将超过蜂窝网络的容量，从而导致网络掉话或"网络繁忙"等错误消息。

因此，蜂窝网络无法为所有用户提供各种电视业务，这意味着电视广播能为移动手机提供更有前途的高性能和实时广播电视能力。目前存在几个竞争标准，包括数字视频广播-手持装置(DVB-H)、数字多媒体广播(DMB)、集成业务数字广播(ISDB-T)和MediaFLO。

图2：高度集成的MaxLinear MxL5005S模拟和数字电视调谐器
为多个电视标准的接收提供了低成本解决方案

Max-Linear公司支持全球标准的硅调谐器MxL5005S是一款用于机顶盒和移动应用的超低功率电视调谐器。该器件的尺寸为3.7×3.7mm，采用五个金属层、0.18微米CMOS工艺制造。Max-Linear公司声称，该器件功耗仅为300mW，同时适用于模拟和数字电视接收。

随着集成技术的不断发展，硅调谐器下一步有可能是将电视解调器整合到手持应用处理器中，或者是和射频电视调谐器一起整合到系统级封装中。有人预计，下一步是将解调器与射频调谐器整合到一个裸片上。尽管如此，多模和多频带调谐器将继续与广播标准一起演进。

作者：Michael Keller
射频产品技术分析师
Semiconductor Insights公司 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (2/28/2008)


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