硅調(diào)諧器技術(shù)分析及應(yīng)用

中心議題：

?硅調(diào)諧器介紹

?調(diào)諧器基本工作原理

?硅調(diào)諧器技術(shù)分析

解決方案：

?采用普遍使用的CMOS工藝

?采用數(shù)字處理技術(shù)通過(guò)控制口編程就可改變其特性

一般通過(guò)電信號(hào)近距離傳遞信息，可以直接傳送基帶信號(hào)，但遠(yuǎn)距離時(shí)必須把基帶信號(hào)調(diào)制到射頻信號(hào)上，即把低頻的信號(hào)頻譜搬移到高頻頻譜上。而接收端又必須從調(diào)制的信號(hào)中解調(diào)出基帶信號(hào)，也就是從高頻信號(hào)上把有用信號(hào)搬移到低頻。同時(shí)接收端往往會(huì)收到許多信號(hào)，我們還需選擇自己需要的信號(hào)。這個(gè)完成選擇需要的信號(hào)和信號(hào)頻譜向低搬移的器件就是調(diào)諧器（在模擬電視時(shí)代，調(diào)諧器通常用鐵盒封裝，也稱(chēng)高頻頭）。
　　調(diào)諧器應(yīng)用廣泛，它可以傳送視頻、聲音、數(shù)據(jù)等等信息。在種類(lèi)繁多、形狀各異的調(diào)諧器中，最常見(jiàn)的、也是本文要討論的就是傳送視頻內(nèi)容的調(diào)諧器（以下“調(diào)諧器”就特指這類(lèi)調(diào)諧器）。
　　隨著北京奧運(yùn)會(huì)臨近和地面數(shù)字電視節(jié)目的熱播，USB電視棒在國(guó)內(nèi)熱銷(xiāo)起來(lái)。之所以一個(gè)小小的USB電視棒就能接收射頻電視信號(hào)，這要?dú)w功于硅調(diào)諧器技術(shù)的成熟。近幾年半導(dǎo)體工藝技術(shù)和IC設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展很快，這就促成了硅調(diào)諧器技術(shù)不斷更新?lián)Q代，形成了硅調(diào)諧器多種技術(shù)并存、多個(gè)半導(dǎo)體國(guó)際大廠參與競(jìng)爭(zhēng)的局面。熱起來(lái)的硅調(diào)諧器技術(shù)就是本文關(guān)注的焦點(diǎn)。

調(diào)諧器介紹
　　1 調(diào)諧器分類(lèi)
　　接收調(diào)制視頻的射頻信號(hào)的電子產(chǎn)品有許多種類(lèi)，如衛(wèi)星機(jī)頂盒、有線機(jī)頂盒、電視機(jī)、手機(jī)電視、電腦電視卡、PCMCIA電視卡、USB電視棒等等。這些電子產(chǎn)品根據(jù)其特點(diǎn)使用了多種多樣的調(diào)諧器。這些調(diào)諧器可以從以下幾個(gè)角度去分類(lèi)：
　　從接收信號(hào)角度調(diào)諧器分為模擬、數(shù)字、數(shù)模一體化三種，其中有些調(diào)諧器還可直接輸出基帶信號(hào)。而從接收信號(hào)的制式上看，模擬信號(hào)可以做到全制式接收，數(shù)字信號(hào)接收按地區(qū)分為DVB、ATSC、ISDB、DMB等。
　　從信號(hào)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)不同，可區(qū)分為衛(wèi)星調(diào)諧器、有線系統(tǒng)調(diào)諧器、地面廣播調(diào)諧器及手機(jī)調(diào)諧器等。如在歐洲有線網(wǎng)絡(luò)用DVB-C、地面廣播用DVB-T、衛(wèi)星廣播用DVB-S、手持設(shè)備用DVB-H等等。
　　從調(diào)諧器處理信號(hào)的技術(shù)分為模擬和數(shù)字兩種，傳統(tǒng)的鐵盒調(diào)諧器基本是采用模擬技術(shù)，而硅調(diào)諧器則是采用數(shù)字技術(shù)。
　　從調(diào)諧器電路架構(gòu)方面，可分為下列幾類(lèi)：?jiǎn)无D(zhuǎn)換中頻輸出、單轉(zhuǎn)換低中頻輸出、單轉(zhuǎn)換零中頻輸出、雙轉(zhuǎn)換中頻輸出、雙轉(zhuǎn)換低中頻輸出、及雙轉(zhuǎn)換零中頻輸出等等。
　　從調(diào)諧器改變調(diào)諧頻率的方式可分為電壓合成和頻率合成兩種。

2 調(diào)諧器基本工作原理
　　電路最簡(jiǎn)單的調(diào)諧器是單轉(zhuǎn)換中頻輸出調(diào)諧器。其基本組成包括混頻器、振蕩器、鎖相環(huán)(MOPLL)和高頻放大器等。高頻放大器具有自動(dòng)增益控制（AGC）功能，跟蹤濾波器是一個(gè)中心頻率可調(diào)的帶通濾波器。中頻濾波器是一個(gè)具有特殊傳輸特性的帶通濾波器，一般為聲表面波濾波器(SAWF)。單轉(zhuǎn)換中頻輸出調(diào)諧器電路架構(gòu)如圖一所示：

?

射頻電視信號(hào)進(jìn)入調(diào)諧器的高頻放大器進(jìn)行放大，其增益由AGC電路自動(dòng)控制，再由跟蹤濾波器將鏡像信號(hào)去除，利用混頻器和本地振蕩器混出中頻信號(hào)，最后經(jīng)由中頻濾波器慮除雜波、選擇出想要的頻道并進(jìn)一步調(diào)整通帶特性，完成調(diào)諧器的功能。

3 鐵盒調(diào)諧器現(xiàn)狀
　　目前最普及的電視機(jī)還是模擬電視，這類(lèi)電視機(jī)使用的都是鐵盒調(diào)諧器，其基本功能就是選臺(tái)和混頻，屬于單轉(zhuǎn)換中頻輸出架構(gòu)。
　　鐵盒調(diào)諧器大多采用調(diào)諧器專(zhuān)用IC和許多個(gè)分立器件組成。其主芯片采用雙極（Bipolar）工藝，具有成本極低的優(yōu)勢(shì)。由于調(diào)諧器處理的是幾百M(fèi)Hz的高頻信號(hào)，所以鐵盒調(diào)諧器使用了微帶和分布參數(shù)的器件。其中感應(yīng)線圈需生產(chǎn)時(shí)由人工調(diào)節(jié)其分布參數(shù)。早期的鐵盒調(diào)諧器都采用電壓合成方式選臺(tái)，目前大多采用頻率合成方式，其優(yōu)點(diǎn)是選臺(tái)簡(jiǎn)單，調(diào)諧鎖定，不易跑臺(tái)。
　　經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)發(fā)展，傳統(tǒng)鐵盒調(diào)諧器設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)十分成熟，盡管其電路器件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)調(diào)試難度很大。但是目前其成本十分低廉，只要不到10元人民幣，這就是使其在競(jìng)爭(zhēng)十分激烈的模擬電視機(jī)市場(chǎng)占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，根本無(wú)法被硅調(diào)諧器取代。但其肯定會(huì)隨著模擬電視在世界各國(guó)停播，逐被硅調(diào)諧器取代。

4 調(diào)諧器的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)
　　調(diào)諧器作為一個(gè)電子產(chǎn)品，有幾個(gè)重要的電性能指標(biāo)：
　　動(dòng)態(tài)范圍：動(dòng)態(tài)范圍指調(diào)諧器能接收的輸入信號(hào)強(qiáng)度的范圍。地面電視廣播對(duì)動(dòng)態(tài)范圍的要求最大，約為60~70dB，有線傳播方式約30~40dB，衛(wèi)星傳播方式動(dòng)態(tài)范圍則要求最小。
　　噪聲指數(shù)：也叫噪聲系數(shù)，就是系統(tǒng)輸入輸出前后信噪比的比值，也就是輸出信號(hào)的信噪比比上輸入信號(hào)的信噪比。它決定了調(diào)諧器最小可接收的信號(hào)強(qiáng)度，或稱(chēng)為接收靈敏度。目前數(shù)字地面電視廣播的噪聲指數(shù)要求不得高于7dB，而有線系統(tǒng)的噪聲指數(shù)則小于10dB就可以了。
　　鏡像抑制比：就是濾除鏡像頻道信號(hào)的能力?；祛l器的特點(diǎn)決定了比想要頻道頻率高或低兩倍中頻的頻道也會(huì)輸出到后面的中頻濾波器，這就會(huì)對(duì)想要的頻道產(chǎn)生干擾。因此，必須在混波器前加一個(gè)跟蹤濾波器（也稱(chēng)鏡像抑制濾波器）來(lái)濾除鏡像頻道。通常調(diào)諧器鏡像抑制必須達(dá)到50~60dB。
　　相位噪聲：相位噪聲定義為在該頻率處1Hz帶寬內(nèi)的信號(hào)功率與信號(hào)總功率的比值。調(diào)諧器本振信號(hào)易受噪聲雜波的干擾而產(chǎn)生抖動(dòng)，即相位變化，這就是調(diào)諧器的相位噪聲。因數(shù)字電視信號(hào)多采用正交調(diào)幅(QAM)及四相相移鍵控調(diào)制方式，相位噪聲會(huì)直接影響到數(shù)字調(diào)諧器的輸出信噪比。而模擬電視信號(hào)多采用調(diào)幅（AM）或調(diào)頻（FM）就不易受相位噪聲干擾。通常調(diào)諧器相位噪聲必須達(dá)到50dB以上。

硅調(diào)諧器技術(shù)分析

1 硅調(diào)諧器技術(shù)分析
　　采用先進(jìn)的數(shù)字設(shè)計(jì)技術(shù)和硅半導(dǎo)體工藝，把原來(lái)鐵盒調(diào)諧器中的大部分分立器件都集成到一顆硅芯片中，這就是硅調(diào)諧器。
　　目前硅調(diào)諧器技術(shù)發(fā)展迅速，已有應(yīng)用于多種電子產(chǎn)品的硅調(diào)諧器面世。但其成本仍然偏高，市場(chǎng)售價(jià)是鐵盒調(diào)諧器的3倍左右，這就限制了其取代鐵盒調(diào)諧器的速度。只有在PCMCIA電視卡、USB電視棒等小型產(chǎn)品上硅調(diào)諧器充分發(fā)揮其體積小的優(yōu)勢(shì)，獨(dú)樹(shù)一幟。
　　隨著硅調(diào)諧器設(shè)計(jì)技術(shù)的提高，其半導(dǎo)體制造工藝也在不斷更新?lián)Q代，其目的就是為了顯著降低成本。第一代硅調(diào)諧器采用高頻半導(dǎo)體領(lǐng)域普遍采用的SiGe工藝，但其成本昂貴。后來(lái)過(guò)度到BiCMOS工藝，但仍比鐵盒調(diào)諧器采用的雙極（Bipolar）工藝成本高。最新一代硅調(diào)諧器已可以采用普遍使用的CMOS工藝。這使得硅調(diào)諧器可以與采用同樣COMS工藝的解調(diào)器、解碼器、控制器等集成在一起，構(gòu)成SoC單芯片，這就大大降低了系統(tǒng)成本。
　　硅調(diào)諧器采用數(shù)字處理技術(shù)，通過(guò)控制口編程就可改變其特性。這樣硅調(diào)諧器很容易實(shí)現(xiàn)多電視接收標(biāo)準(zhǔn)。
　　硅調(diào)諧器市場(chǎng)目前是多種半導(dǎo)體制造工藝、多種技術(shù)架構(gòu)、多個(gè)廠家多種產(chǎn)品并存的局面。針對(duì)不同領(lǐng)域的應(yīng)用，不同技術(shù)架構(gòu)發(fā)揮了各自的優(yōu)點(diǎn)。
　　硅調(diào)諧器各種電路架構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)會(huì)因不同廠商的獨(dú)特技術(shù)而不同，因而不同廠商對(duì)不同電路架構(gòu)會(huì)有不同的喜好。目前看零中頻和復(fù)變混頻架構(gòu)最有發(fā)展前景。

2 常見(jiàn)硅調(diào)諧器
　　英飛凌公司（Infineon）已推出了TUA6041、TUA6045和TUA6039等硅調(diào)諧器芯片。下一代是以TUA8010、TUS9090為代表的硅調(diào)諧器產(chǎn)品。
　　美信公司（Maxim）產(chǎn)品包括MAX2165、MAX3580、MAX3540和MAX3541等高度集成的單次變頻電視調(diào)諧器。
　　Microtune的硅芯片調(diào)諧器產(chǎn)品包括：MT2060系列低功率數(shù)字調(diào)諧器以及MT2131和MT2063多標(biāo)準(zhǔn)、多模式硅調(diào)諧器芯片。

瑞科信公司(Xceive)推出了新一代高集成性硅調(diào)諧器XC5000和調(diào)諧器芯片模塊SN5000。
　　恩智浦公司（NXP）硅調(diào)諧器有TDA18292HN、TDA18252HN、TDA18271、TDA18251HD、TDA18211HD等，涵蓋了衛(wèi)星、有線、地面、手持移動(dòng)等多種應(yīng)用。
　　Max-Linear公司推出了全球標(biāo)準(zhǔn)的硅調(diào)諧器MxL5005S，可用于機(jī)頂盒和移動(dòng)接收。MxL7001則是適合ISDB-T標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)電視用硅調(diào)諧器芯片。
　　思卡爾（Freescale）推出了MC44S803單芯片硅調(diào)諧器
　　三星電子（Samsung）的硅調(diào)諧器S5M8602可以支持DVB-H/T，DAB-IP，ISDB-T以及T-DMB等多個(gè)國(guó)家的電視標(biāo)準(zhǔn)。
　　ST、TI等已有解調(diào)解碼芯片的公司，已將硅調(diào)諧器與解調(diào)器、解碼器、控制器等集成在一起，構(gòu)成SoC單芯片，如ST公司的STB6100單芯片、TI公司的“Hollywood”手機(jī)電視芯片等。

3 硅調(diào)諧器典型應(yīng)用
　　在眾多硅調(diào)諧器方案中，本文選NXP最近推出的新型數(shù)模一體化硅調(diào)諧器TDA18271，簡(jiǎn)單介紹其在電腦電視卡上的應(yīng)用實(shí)例。TDA18271不但兼容所有的模擬與數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)(PAL、NTSC、SECAM、DVB-T、ISDB-T、ATSC、DVB-C)，且TDA18271芯片本身可將中頻信號(hào)送至數(shù)字中頻解調(diào)器TDA8295，完成模擬電視解調(diào)，輸出CVBS模擬電視信號(hào)，同時(shí)中頻信號(hào)也送至信道解碼器TDA10048，解出數(shù)字電視TS流。具體應(yīng)用框圖見(jiàn)圖二。

?

鐵盒調(diào)諧器與硅調(diào)諧器比較

雖然有些性能指標(biāo)硅調(diào)諧器不及鐵盒調(diào)諧器好，但硅調(diào)諧器也達(dá)到數(shù)字/模擬廣播標(biāo)準(zhǔn)的要求?，F(xiàn)階段只有高成本是硅調(diào)諧器的主要缺點(diǎn)。
　　數(shù)字電視廣播在全世界范圍內(nèi)的普及為硅調(diào)諧器的發(fā)展提供了極好的機(jī)會(huì)，硅調(diào)諧器的小體積優(yōu)點(diǎn)也為調(diào)諧器開(kāi)辟了USB電視棒等新的應(yīng)用領(lǐng)域。再過(guò)兩年，隨著硅調(diào)諧器的普及，其成本會(huì)與鐵盒調(diào)諧器的成本差別相差無(wú)幾，屆時(shí)硅調(diào)諧器將會(huì)獨(dú)霸天下。同時(shí)隨著硅調(diào)諧器技術(shù)水平的提高和成本的降低，硅調(diào)諧器市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)更加激烈，目前這種廠家多品種多的“混亂”局面將會(huì)改觀。僅有的幾款功能全、性能優(yōu)、價(jià)格低的硅調(diào)諧器就能滿足多種領(lǐng)域的需求。