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如何设计一个性能优异的CMMB移动数字电视终端 |
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作者：卓胜微电子公司 刘俊 李玉龙 |
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目前，CMMB移动电视应用的终端产品主要是手机、PMP、GPS、车载电视以及PCTV等，这些系统共有的特点是尺寸小，内部干扰比较强。较强的干扰易对CMMB移动接收的性能产生严重影响。一个系统性能的稳定性不仅由芯片性能、天线性能以及PCB Layout决定，还涉及到空间的各种干扰等等。如果在设计中不注意干扰的抑制，往往性能会有非常大的损失。设计一个性能优异的CMMB移动数字电视终端，需要综合考虑很多因素，本文将作详细讨论。
CMMB接收芯片
卓胜微电子的CMMB接收芯片MXD0251内部集成自主研发的硅调谐器和解调器，内含1.2V LDO，外部仅需要3.3V供电，降低了系统成本和PCB面积。MXD0251在整个UHF波段，噪声系数小于3.5dB；QPSK 0.5模式的载噪比达到1.4dB；抗数字模拟邻频干扰性能优于-50dB；抗模拟同频指标达到-14dB；对多径的处理和抗同频干扰采用了先进的算法，具有非常好的实验室指标，从芯片级保证了良好的接收灵敏度和抗干扰能力。目前在各个城市，发射的信号频点比较多，有些地方，模拟同频和模拟邻频干扰很强，MXD0251突出的抗邻频干扰性能以及抗同频干扰性能使其在这些复杂条件下的都能做到稳定接收。
图1：基于MXD0251的CMMB移动数字电视终端系统架构
天线
信号链始于天线，目前主流的手持移动终端的CMMB接收天线是拉杆天线，其它陶瓷内置天线，有源内置天线在市场上也有出现。以拉杆天线为例，首先要保证合适的天线长度，通常要求长度大于120mm，小于200mm，理想的长度是180mm。
在结构上确定好天线后，需要做天线的匹配调试。天线匹配的目的是减少信号反射，提高信号传输效率。对于UHF接收频段，建议天线匹配电路预留一个Π型的网络。良好的天线匹配应使得在工作频段内，回波损耗小于-6dB, 天线整体的平均增益大于-4dBi，平均辐射效率大于40。再根据有源测试的结果做数据分析，以确定是否需要再修改天线匹配，以真正实现匹配的共轭，或有目的地优化某个频段的性能。
总之，天线匹配能实现整个工作频带内的性能均衡，提升天线的整体接收性能，或有针对性的优化某个频段的性能。图2是一个实际的案例，从500MHz和700MHz对比来看，500MHz的匹配较好，谐振较强，增益比700MHz时提高5dB。
图2、 天线无源性能
天线选好，匹配做好之后，需要考虑RF接收前端。在PCB上，保证RF走线尽量短，不要有多余的支点，走线周围没有数字信号，没有其它非地的过孔，RF接地充分，这是基本要求。即使做到这些，仍可能有各种干扰耦合到RF部分。卓胜微电子与主流CMMB天线厂家都有深入的合作，能够帮助客户选择最合适的天线方案，设计良好的匹配电路，并配合天线厂家进行天线匹配调试。
板级干扰
电源和地的影响主要表现为对系统底噪的恶化，所以需要保证小的电源纹波。CMMB属于分时隙系统，在接收信号的时隙，电流会比较大，其余时隙则电流很小，在这种情况下，还需要考虑电压变化。如果是DC-DC供电，布局走线上要保证电源回路没有干扰产生。另外，地回路应该保证RF部分的回路最短而且干净。如果有比较强的数字干扰部分，可以在地回路上做分割，以减少数字部分回路对RF部分的影响。
图 3 单个单音干扰(Span:20MHz)
系统时钟，ADC，DAC，DDR时钟，一些信号线的干扰影响表现为，在某些倍频点上产生强的毛刺噪声(spur)（通过频谱分析仪在RF输入口测得），如图3所示。700MHz上的干扰达到-89dBm，这将会使698MHz上的接收灵敏度下降。有时，CMMB工作频带内会存在多处spur，这意味着会有多个频点受到影响，如图4所示。
图 4 多个单音干扰 (Span:500MHz)
MXD0251内部算法对上述情况有特殊的处理，会自动检测spur存在的位置，进行滤除。通常上，这些问题也可以在Layout中得到避免。干扰源远离RF部分，在地回路处理方面，尽量使干扰源和RF部分在RF走线层无直接的地回路，干扰部分的走线尽可能短。当然，各个系统遇到的现象可能不太一样，具体的现象需要具体分析。图5是一个spur性能优秀的系统：频带内的各个频点没有spur，因而使得灵敏度曲线比较平坦。
图 5 无干扰的频谱 (Span:500MHz)
耦合干扰
常见的耦合干扰包括：LCD的FPC的辐射干扰；键盘的背光干扰；DC-DC等。其中LCD通常是主要的干扰源，噪声经天线耦合至芯片内部，恶化接收性能，而且屏的干扰往往影响的频带比较宽。通常要求在信号线上加EMI器件，做好屏蔽和接地处理。从众多的案例来看，在600MHz以下，屏的FPC会产生3dB到7dB的影响，频率越低，受影响越大。此外，在射频前端需要注意抑制空间其它无线通信信号的干扰，增加一个SAW滤波器是有效的方案。
在耦合接收灵敏度方面，好的系统和差的系统有时会相差数十dB，这样的差距将直接影响到一个移动电视产品设计的成败。卓胜微电子可为客户的整机样机提供闭环性能测试以及开环性能测试，这样就可以发现整机中潜在的耦合干扰。我们可为客户确定干扰源，分析干扰因素，提出干扰抑制方案，调试出性能优异的整机。
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(8/6/2010) |
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