Televizori, video snimači, prijemnici i prijemnici širokopojasnog kabela imaju zajednički element: tuner. Iako se sve ostale elektroničke komponente u tim uređajima smanjuju kako se poluvodička tehnologija smanjuje, potrošačke aplikacije često koriste ogromne "spremnike za podešavanje" kako bi postigle tu kritičnu funkciju. Izazovna ograničenja u dizajnu tunera razlog su zašto ova tehnologija traje, ali tržišne snage guraju silicijske tunere u prvi plan.
Dizajner tunera mora prevladati mnoge izazove. Ulazni signal u televizijskim i kabelskim programima nalazi se u frekvencijskom opsegu od 48 MHz do 861 MHz, a jačina signala može imati širok dinamički raspon. Na primjer, u televizijskim programima za emitiranje signal koji se bira može imati susjedne neželjene kanale čija jačina signala prelazi 100 puta.
Tipični dizajn tunera koristi arhitekturu prijemnika s jednom pretvorbom, iako su moguće i druge arhitekture. Struktura jednog pretvarača za pretvorbu uključuje filtar za predodbor, pojačalo s niskim šumom (LNA), pretvarač prema dolje i pojačalo srednje frekvencije (IF).
1. Ograničenja dizajna silicijskog tunera
1) Unaprijed odabrano praćenje filtra
Prethodno odabrani filtar uzima frekvencijski opseg signala pune frekvencije i smanjuje ga na manji frekvencijski opseg koji sadrži kanal od interesa. S obzirom na široko frekvencijsko područje kanala, to znači da filtar za predodbor mora biti propusni filtar za praćenje čija se središnja frekvencija može razlikovati u spektru signala. LNA s RF automatskim funkcijama kontrole pojačanja obično slijede unaprijed odabrani filtar.
Niže pretvarač je traditionalno heterodinski sustav. Pretvarač prema dolje dizajniran je s odabirom kanala, što uključuje podešavanje lokalnog oscilatora (LO) tako da razlika između njegove frekvencije i signala od interesa spada u pojasni opseg IF filtra. U ovoj se fazi koriste uskopojasni filtri fiksne frekvencije visokih performansi - obično uređaji površinskog akustičnog vala (SAW) odabirom i izuzećem svih ostalih opcija. Nakon toga slijedi IF pojačalo s promjenjivom kontrolom pojačanja, omogućavajući sustavu da snagu odabranog signala uskladi s potrebama kruga za demodulaciju i detekciju u kojem upravlja tuner.
Uzimajući u obzir široku frekvenciju i raspon jačine signala ulaznog signala, korištenje ove arhitekture za stvaranje tunera dobrih performansi donijet će mnoge izazove. Jedan je filtar za odabir unaprijed. Kako bi se pokrila puna širina pojasa signala, tipične implementacije TV tunera zahtijevaju filtre da rade u tri različita frekvencijska opsega: VHF (vrlo visoka frekvencija), 48 do 88 MHz; srednji VHF, 174 do 216 MHz; i UHF (super visoka frekvencija) na 470 do 861 MHz. Uobičajena implementacija je uporaba zasebnih filtara, po jedan za svaki filtar.
2) Višepojasni rad
Prethodno odabrani filtar odabire opseg radne frekvencije, ali svejedno će biti potrebno implementirati filtar za praćenje kako bi se osigurala potrebna selektivnost. Filtar za praćenje mora održavati relativno fiksnu širinu pojasa, iako se središnja frekvencija može mijenjati tijekom mnogih oktava. Za realizaciju takvog filtra obično je potreban velik broj pasivnih komponenata, poput induktora, koji se moraju tvornički podesiti kako bi se postigle odgovarajuće performanse. Ova potražnja za pasivnim komponentama i ručnim podešavanjem uvelike povećava veličinu i cijenu tunera. Tipični tuner može imati dimenzije 2.5 x 2 x 0.75 inča.
Međutim, filtar za prethodni odabir nije jedina komponenta koja izaziva dizajn. LO u pretvaraču prema dolje također mora rukovati širokim frekvencijskim rasponom. Prethodno odabrani filtar samo smanjuje širinu pojasa ulaznog signala. Signal od interesa još uvijek može pasti bilo gdje u rasponu od 48 do 861 MHz, a LO u osnovi mora pokrivati taj raspon. Uz to, LO mora pokazivati nisku faznu buku iz blizine ili će prijem DTV kanala biti ugrožen. Oscilator integriranog kruga postiže tako širok frekvencijski raspon koji se ne može podesiti, a istodobno pokazuje nisku faznu buku koristeći tipični 3-voltni napon napajanja današnjih elektroničkih sustava. Možda će biti potrebno napajanje do 30 V.
Kako bi udovoljili svim tim zahtjevima izvedbe, većina dobavljača odlučuje zadržati tradicionalni dizajn TV i VCR tunera, unatoč njihovoj cijeni i veličini. Ali tržišni pritisci počinju forsirati promjene. Jedan od elemenata je odobrenje Federalne komisije za komunikacije, odnosno svi televizori koji se prodaju u Sjedinjenim Državama počeli su koristiti tunere koji mogu primati digitalne TV emisije. Ovaj zadatak prisiljava dobavljače da promijene osnovnu strukturu svojih proizvoda, stvarajući mogućnosti za inovacije u dizajnu tunera.
Rast potražnje za prijenosnim tržištem zabave također je promovirao promjene u dizajnu tunera. Prijenosni znači uređaje na baterije ili ručne uređaje i zabranjuje upotrebu visokih napona u LO izvedbama. Uz to, prijenosni uređaji zahtijevaju mnogo manje implementacije od tipičnih tunera. Na rastućem tržištu ravnih zaslona / TV-a mala je veličina također važna. U dizajnu ravnih ploča, veličina tunera može biti ograničavajući faktor za razrjeđivanje proizvoda.
Sljedeći trend koji utječe na zahtjeve tunera je da potrošači žele istovremeno primati više kanala. To znači da je potrebno više od jednog tunera, što zauzima više prostora, što utječe na veličinu sustava i povećava troškove tunera za konačni proizvod. Tržišni pritisak na smanjenje veličine i drugi trendovi promovirali su upotrebu dizajna silikonskih tunera.
3) Uklonite ručno podešavanje
Mnogo je ciljeva za dizajn silicijskog tunera. Jedan od glavnih ciljeva je eliminirati potrebu za ručnim podešavanjem vanjskih komponenti u filtru za praćenje. Dva su efekta u siliciju. Jedno je da uklanjanje većine vanjskih komponenata također eliminira njihovu sposobnost apsorpcije i rasipanja neželjene RF energije iz isključenog frekvencijskog pojasa. Silicijski tuneri moraju koristiti inovativne dizajne krugova u LNA-ima i mješalicama za upravljanje neželjenom energijom bez oštećenja tranzistora.
Drugi utjecaj je potreba za novom RF arhitekturom. Rani dizajni silicijskih tunera pokušali su usvojiti metodu dvostruke pretvorbe, koja je pružala selektivnost bez ručnog podešavanja vanjskih komponenata. Prva pretvorba pomiče frekvenciju ulaznog signala prema gore. RF SAW filtar smanjuje propusnost prije drugog pretvaranja u IF. Uređaj za filtriranje predstavlja glavnu cijenu ovog dizajna.
U posljednje vrijeme tehnologija samokalibracije koristi se za prevladavanje promjena u proizvodnji poluvodičkih procesa. Neki također uklanjaju potrebu za visokonaponskim napajanjem za LO i potrebu za RF SAW uređajima. Umjesto toga, oni koriste SAW filtre samo u fazi IF, koji imaju puno nižu frekvenciju i jeftiniji su uređaji od RF SAW filtara.
Implementacija ovih dizajna u siliciju zahtijeva naprednu tehnologiju poluvodičkih procesa. Dobavljači čipova obično karakteriziraju samo postupak njihove digitalne VLSI implementacije. Da bi se primijenio silicijski tuner, postupak se mora okarakterizirati na temelju RF performansi. Uz to, postupak mora imati način za stvaranje induktora točne vrijednosti i imati dovoljno visoki Q za implementaciju LO s niskim fazama ili dizajn RF filtra. Takav se postupak sada može koristiti.
Osim poluvodičkih procesa, silicijski tuneri zahtijevaju pažljiv dizajn čipova. RF ima mnogo mogućnosti za zračene i provedene smetnje. U dizajnu silikonskog tunera s jednim čipom, blizina signalnih vodova na čipu i dijeljenje podloga sklopa to pogoršavaju. Za kontrolu ovih smetnji potreban je raspored koji odvaja kritične krugove i uključuje štitne obrasce. Dizajn također zahtijeva pažljivo stvaranje i upravljanje mrežama napajanja i zemaljske distribucije na čipu. Uz to, dizajn mora sadržavati komponente za filtriranje na čipu i izvan čipa kako bi se prekinuo put signala smetnji.
Svi su ovi problemi riješeni, a pojavom uređaja za silicijski tuner dizajneri proizvoda počeli su stvarati načine da se riješe starog tunera u limenci. Satelitski i kabelski prijamnici prvi su usvojili ovu metodu. Oni obrađuju signale s približno jednakom snagom u svakom kanalu. Ova ujednačenost kanala blago pojednostavljuje dizajn tunera, omogućavajući opremi za prijašnji silicijski tuner da udovolji zahtjevima.
Međutim, zemaljski prijem mora koristiti tuner koji može pružiti selektivnost u širokom rasponu razina snage kanala. Mogućnost kombiniranja jakih signala u susjednim kanalima sa slabim kanalima od interesa nameće stroga ograničenja u selektivnosti dizajna tunera. Donedavne inovativne RF arhitekture i poboljšana obrada RF poluvodiča omogućavali su silicijskim tunerima postizanje potrebnih performansi po niskoj cijeni.
Eliminirajući potrebu za ručnim podešavanjima, ovi silicijski tuneri mogu povećati proizvodne prinose i pružiti pouzdanije performanse od starijih dizajna. Oni zadovoljavaju potrebe prijenosnih uređaja uklanjanjem potrebe za visokonaponskim napajanjem i omogućavanjem kompaktnih implementacija. S obzirom na utjecaj tržišta na ove atribute, očekuje se da će silicijski tuneri uskladiti dizajn TV prijemnika s drugim dijelovima elektroničke industrije.
Ravi Šenoa ([e-pošta zaštićena]) analogni je direktor i RF tehnologija tvrtke LSI Logic (Milpitas, Kalifornija).
Naš drugi proizvod:
