用硅调谐器进行新一代电视设计

作者：Silicon Labs公司 Bill Simcoe

欢迎访问e展厅 展厅 1 电视机/机顶盒/投影机展厅 数字电视/智能电视, 机顶盒, 广告播放机... 虽然2011年全球电视市场的增速比一些分析家的预期缓慢，但是2012年市场显现出增长迹象。根据NPD DisplaySearch机构调查，全球电视市场预计在2012年增长2％，达2.54亿台。由于CRT电视向液晶电视和等离子电视的快速转变开始出现缓和，平板电视市场将以每年2~4％的速度持续增长。中国、印度、拉美和东欧等新兴市场在未来几年将推动平板电视增长，预计年增长达11％。目前，中国已成为世界上最大的平板电视市场。 硅电视调谐器因其在成本、尺寸和性能上的优势而迅速取代着传统的混频振荡器锁相环(MOPLL)CAN调谐器技术。硅调谐器IC近年来被广为采用。不过，对电视调谐器进行选择是一个复杂的过程，若把诸多的技术问题归类总结，将能简化电视调谐器的选择过程。 模拟CRT电视采用老式的图像处理技术，而平板电视采用了基于DSP的先进图像处理器SoC。模拟CRT电视由于微控制器处理能力较低而不易实现硅调谐器IC的编程和配置，它们倾向于采用老式的MOPLL CAN调谐器实现。CAN调谐器由MOPLL IC和多个分立元器件组成并封装在一个金属盒中。 近年来，电视制造商开始采用硅调谐器替代基于MOPLL的CAN调谐器，以降低成本和复杂性、协调区域标准以及减小产品尺寸。先进的硅调谐器把MOPLL、解调器IC和大多数分立元器件集成到单芯片中，能够满足设计需求，甚至超越了MOPLL CAN方案的性能。这使电视制造商能够实现更好的模拟和数字广播图像质量和接收效果。随着电视机对轻薄、双调谐器、多媒体接收和降低BOM成本的需求越来越强烈，MOPLL CAN调谐器已经不能满足电视产业对尺寸和价格的需求。此外，MOPLL CAN调谐器需要大量的设计和制造资源，因为每一个CAN都需要手动调试。 如今的硅调谐器可提供更经济、精简的制造工艺，支持双调谐器设计，让电视制造商减少其前端解决方案的尺寸和成本。硅调谐器可以直接在电视主板或者CAN模块中实现。一些电视制造商可能选择两步走的策略：首先在CAN模块中使用硅调谐器，然后直接在主板上设计以进一步降低成本。虽然基于MOPLL的CAN调谐器将在未来的几年中继续存在，但是硅调谐器的采用率正在以指数量级的增长速度进入电视市场。 迎接机遇 顶级电视厂商正在加速采用硅调谐器，以节省成本提高可靠性、减少元件库存并支持更薄的电视外形。这些优势同样也为刚开始采用硅电视调谐器的中小厂商带来重要机遇。因为目前的硅调谐器IC必须支持世界范围的地面和有线广播标准，所以规模较小的电视厂商可以从顶级厂商已完成的工作中受益。 智能电视的节目来源已不再局限于天线和有线电缆。随着“应用程序”走进大屏幕电视，智能电视也愈加受到欢迎。电视的新型通信界面(例如Wi-Fi、以太网和LTE)提供了比传统广播源更加丰富多样的内容。这些界面对于空中下载(OTA)广播调谐器来说是一种特别的技术挑战。 新一代电视调谐器具有增强的RF性能(例如Silicon Labs公司Si21x8调谐器系列产品)，对Wi-Fi和LTE干扰提供了较高的容忍度，同时无需外部滤波器件。此外，通过减小Si21x8调谐器中频输出的本底噪声，可以为模拟电视接收提供更佳的视频信噪比(VSNR)。这些增强特性将带来清晰细腻的画质和更多的接收频道。高水平调谐器性能对于模拟电视市场(例如中国、印度和东南亚)而言尤为重要。 硅电视调谐器选择挑战 调谐器需要完成复杂的任务，必须在一个充满其他内容的频谱里完整地接收低功率信息。这给硅电视调谐器IC射频前端设计带来了巨大压力。两种不同传输标准地理边界的复杂性又增加了额外的挑战。更糟糕的是，主流数字电视和机顶盒SoC架构的复杂性更清晰地表明单一硅电视调谐器IC不能满足整个市场需要。幸运的是，当前可用的大量调谐器IC架构满足了这些多变平台的需要。现在的挑战是如何为具体的应用选择合适的器件。 频道接收：获得清晰电视广播接收的关键是灵敏度和选择性，而这些特性又基于低噪声系数(NF)、高射频前端线性度和高品质RF前端滤波。低噪声系数意味着RF前端对输入信号仅增加非常小的噪声，而高灵敏度意味着即使是微弱的输入信号也有足够大的VSNR。电视调谐器几乎总是需要在许多其他信号存在的情况下接收单一的广播，因此，调谐器IC的选择性(阻断或排除临近干扰频道内容的能力)对于清晰接收必不可少。为了在高性价比解决方案中实现高选择性，电视调谐器在RF前端需要具有高线性度和高品质滤波。具有高灵敏度和优异选择性的硅电视调谐器IC可在真实环境下接收到更多的频道。 现场测试：主流电视厂商提供符合官方广播标准的产品，但也必须解决许多现实中的其他问题。不寻常的广播环境和例外可能比想象的更为频繁，特别是在不同广播标准的地理边界处，情况将更为复杂。如果没有硅电视调谐器灵活的控制和配置能力，以上的困难将无法克服。电视制造商对电视调谐器进行严格现场测试强调既要满足标准性能，也要符合不规则广播条件下的性能要求。针对成本敏感区域市场可能会选择较低成本的电视调谐器，而面向更广阔出口市场的电视则需要更可靠的全球性能。 高集成度：电视制造商不断寻找减少元器件数量的方法，以便尽可能降低BOM成本。一种减少系统BOM的方法是选择在RF输入无需巴伦(balun)的电视调谐器解决方案(例如Si21x8系列产品)，从而减少器件数量和系统成本。Si21x8调谐器还具有集成上电复位监控器并支持3.3V单电源供电操作，这进一步降低系统设计成本和复杂性。此外，增强的静电放电(ESD)保护为需要更高ESD抗扰度的电视模块减少了BOM成本。正如Silicon Labs公司前几代电视调谐器一样，Si21x8调谐器无需绕线电感、环路滤波电容、跟踪滤波电感和晶体负载电容。 灵活架构：对于iDTV和STB供应商来说，选择较好的电视调谐器架构是积极的开发策略。目前已有的一些硅调谐器IC型号可以满足iDTV和STB平台的特殊结构要求。先进的电视和机顶盒平台有三个主要的电路功能：硅电视调谐器、解调器以及音/视频处理和图形SoC。调谐器的输出信号驱动解调器的输入，而解调器的输出信号驱动音/视频处理和图形SoC的输入。 电视和机顶盒平台对模拟和数字调谐器有多种需求。例如，简单的窄带有线机顶盒可能需要单一的数字调谐器；相反，大容量iDTV可能需要支持模拟和数字地面广播以及有线输入源。对于大电视品牌，调谐器必须支持所有模拟和数字全球传输标准。电视调谐器IC现在可以支持多种架构配置，如数字调谐器、多频道数字调谐器、模拟和数字调谐器、带模拟电视解调器的模拟和数字调谐器，以及集成调谐器和解调器的多种接收器配置。 有线机顶盒应用面临调谐器选择的特殊挑战。大多数情况下，机顶盒SoC支持解调器。通常认为，电缆传输环境比地面广播环境变化小。信号强度和其他因素可以在有线网络中得到合理控制。基于这一因素，调谐器性能指标对于机顶盒应用而言相对宽松，然而，电缆的控制取决于特定的电缆供应商或多用户运营商。在某些情况下，运营商有“频道倾斜”、外部信号侵入和混合传输模式网络等问题。在这些情况下，性能较低的硅电视调谐器IC就无法胜任，为了接收完整的频道，可能需要采用为地面电视广播而设计的高性能电视调谐器。 下一代电视调谐器 如今电视市场什么类型的电视调谐器可供选用？Silicon Labs公司最新一代的硅电视调谐器IC可以帮助回答这个问题。新型Si21x8电视调谐器系列产品提供了灵活的架构，易于配合主流电视和机顶盒SoC器件使用。 Si21x8电视调谐器系列产品包括集成模拟解调器的高性能Si2178数字和模拟电视调谐器IC，它适用于模拟数字混合iDTV。对于采用集成ATV解调器的SoC的iDTV应用来说，可以搭配Si2158，该产品仅包含数字和模拟电视调谐器。对于仅支持模拟信号的电视应用来说，Si2138包含模拟电视调谐器和集成模拟解调器，而高性价比的Si2128仅支持模拟电视调谐器功能。最后，对于数字地面和有线电视机顶盒以及不需要模拟电视调谐器支持的应用来说，Si2148数字电视调谐器IC是恰当的选择。 所有Si21x8调谐器系列产品都具有出色的RF性能以及Silicon Labs上一代电视调谐器IC的设计便利性。此外，所有Si21x8调谐器引脚兼容，采用相同的软件应用程序编程接口(API)。当使用调谐器覆盖多条电视产品线时，可为电视制造商带来更大的设计灵活性。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (7/16/2012)