發布日期：2022-07-14 點擊率：58
過去的十年見證了電視產品方面的巨大技術創新:高清數字電視、平板顯示器和立體聲音頻。此外,Microsoft Windows XP Media Center已經為PC上接收電視創造了一個繁榮的市場。并且,消費者對在移動手持設備上觀看實況轉播電視或下載視頻的多媒體能力的需求在不斷增加。另外,電視廣播在全球范圍內從模擬向數字調制的轉換也即將來臨。
數字電視革命正在迅速展開；事實上在某些地區模擬廣播已經停止了。但是,為了最大限度地降低對電視觀眾的影響以及實現平穩轉換,許多政府已經強制規定在2009年2月17日之前傳統的模擬(即NTSC、PAL和Secam)和數字(即DVB-T、ISDB-T和ATSC)信號共存。因此,在許多地區,數字電視轉換會持續許多年,混合廣播系統代表著一個極大的市場。
有趣的是,幾乎所有用于傳統模擬信號的電視機和數字到模擬機頂盒轉換器仍在使用由幾百個分立元器件組成的低技術、高功耗"鐵殼調諧器"模塊。之所以叫"鐵殼調諧器"的原因在于:分立的固定和可調諧電感以及單獨的晶體管被封裝在大型(通常2×4英寸)金屬外殼內,這樣可以最大限度地降低射頻干擾。"調諧"所有這些分立元器件所需的人工操作導致了耗時的制造和測試過程。
顯然,固態電視調諧器有助于解決這些問題甚至其它問題,包括多個標準、集成、尺寸和功耗等。我們仍然處在集成電路電視調諧器進入消費產品的初期階段,這表明電視調諧器設計的普及面臨著比蜂窩收發器等其它射頻電路更大的挑戰。那么,我們為何不能用蜂窩網絡來為移動設備提供電視類應用呢？
廣播電視調諧器的特殊技術問題
在手機應用和廣播電視的調諧器設計所考慮的因素中,主要技術差異表現在帶寬、干擾和動態范圍。蜂窩接收器必須在極窄的頻率范圍內工作。例如,典型的GSM接收器只需要覆蓋25或30MHz,而電視調諧器則必須接收超過800MHz的帶寬(42～864MHz)。
這個寬范圍的頻率響應影響接收器設計的三個主要方面:頻率合成器、低噪聲放大模塊和濾波器。合成器的主要問題是在產生所需頻率和滿足鎖時要求的同時需要保持小的體積和低的功耗。放大模塊的主要設計問題在于它對較寬范圍的干擾信號的敏感性,這些干擾信號會產生斑駁圖像、噪聲和信號損耗。這些干擾信號可能來自廣播電視臺、蜂窩傳輸甚至汽車點火。蜂窩手機接收器在其接收器前端采用固定濾波器以有效地消除廣譜中的潛在干擾(由于涉及的頻段較窄),與蜂窩手機接收器不同的是,由于涉及的廣播帶寬較高,電視接收器不采用單個固定濾波器來有效抑制干擾信號。因此,電視調諧器需要專門的有源頻道濾波技術。
圖1:XC3028單芯片模擬和數字電視調諧器完整地集成了從射頻到基帶的各個功能模塊。
另一個設計挑戰是要適應廣播電視信號的大動態范圍。接收器與發射器的任意可變距離導致了頻道信號強度的大范圍變化。處理動態范圍中這些潛在的大差異需要極其復雜的IC設計。通過電纜傳送的不同頻道的電視信號具有相當一致的信號強度,這使得有線電視接收器可以使用早期的IC。
鑒于上述動態范圍問題,調諧器必須檢測極其微弱的信號,包括出現強干擾時接近接收器噪聲電平的輸入電視信號。例如,無用信號的強度可能比有用信號的強度高55dB,這需要接收器在出現較強的干擾信號時放大有用信號。這也是通過能夠抑制干擾的先進頻道濾波技術實現的。
Xceive XC3028就是一款用于機頂盒應用的硅調諧器。該器件的尺寸為4.2×,由Jazz Semiconductor公司采用五個金屬層、微米BiCMOS工藝生產。它支持NTSC、PAL和Secam模擬標準,此外,由于能夠產生數字解調器接口信號,然后由電視機設計中另外的數字解調電路進行處理,該器件還支持ATSC、DVB-C、DVBT和ISDB-T數字標準。Xceive公司還生產一種低功率接收器IC,特別適合為臺式機或筆記本電腦增加電視功能的USB接口類設計。
用于移動設備的電視調諧器
移動手持設備中的多媒體能力包括數據、音頻、視頻和實時數字電視節目。向移動手持設備提供電視服務可以通過兩種方式實現。第一種是采用現有蜂窩網絡,第二種是采用專門的單向廣播電視網絡。
但是,蜂窩電視技術受到低分辨率和低幀速率的限制,這可能導致運動畫面出現停頓和不流暢。更為重要的是,高質量電視業務需要10倍的語音業務數據速率。因此,如果許多用戶嘗試同時使用電視業務,需求將超過蜂窩網絡的容量,從而導致網絡掉話或"網絡繁忙"等錯誤消息。
因此,蜂窩網絡無法為所有用戶提供各種電視業務,這意味著電視廣播能為移動手機提供更有前途的高性能和實時廣播電視能力。目前存在幾個競爭標準,包括數字視頻廣播-手持裝置(DVB-H)、數字多媒體廣播(DMB)、集成業務數字廣播(ISDB-T)和MediaFLO。
圖2:高度集成的MaxLinear MxL5005S模擬和數字電視調諧器為多個電視標準的接收提供了低成本解決方案。
Max-Linear公司支持全球標準的硅調諧器MxL5005S是一款用于機頂盒和移動應用的超低功率電視調諧器。該器件的尺寸為3.7×,采用五個金屬層、微米CMOS工藝制造。Max-Linear公司聲稱,該器件功耗僅為300mW,同時適用于模擬和數字電視接收。
隨著集成技術的不斷發展,硅調諧器下一步有可能是將電視解調器整合到手持應用處理器中,或者是和射頻電視調諧器一起整合到系統級封裝中。有人預計,下一步是將解調器與射頻調諧器整合到一個裸片上。盡管如此,多模和多頻帶調諧器將繼續與廣播標準一起演進。
作者:Michael Keller
射頻產品技術分析師
Semiconductor Insights公司
