Televizoriai, vaizdo įrašymo įrenginiai, priedėliai ir plačiajuosčio ryšio kabelių imtuvai turi bendrą elementą: imtuvą. Nors visi kiti šių prietaisų elektroniniai komponentai susitraukia, nes mažėja puslaidininkių technologija, vartotojai dažnai naudoja didžiulius „imtuvo rezervuarus“, kad pasiektų šią kritinę funkciją. Ši technologija išlieka dėl sudėtingų imtuvo dizaino apribojimų, tačiau rinkos jėgos stumia silicio imtuvus į priekį.
Tunerio dizaineris turi įveikti daugybę iššūkių. Įvesties signalas transliuojamoje televizijoje ir kabelinėse programose yra nuo 48 MHz iki 861 MHz dažnių juostoje, o signalo stiprumas gali būti platus. Pavyzdžiui, transliuojamose televizijos programose pasirenkamas signalas gali turėti gretimus nepageidaujamus kanalus, kurių signalo stiprumas viršija 100 kartų.
Įprastas imtuvo dizainas naudoja vieną konversijos imtuvo architektūrą, nors galima ir kita architektūra. Vieno konversijos imtuvo struktūrą sudaro išankstinio pasirinkimo filtras, mažo triukšmo stiprintuvas (LNA), žemas keitiklis ir tarpinio dažnio (IF) stiprintuvas.
1. Silicio imtuvo dizaino apribojimai
1) Iš anksto pasirinktas filtro stebėjimas
Išankstinio pasirinkimo filtras užima visą dažnio signalo dažnių juostą ir sumažina ją iki mažesnės dažnių juostos, kurioje yra dominantis kanalas. Atsižvelgiant į platų kanalo dažnių diapazoną, tai reiškia, kad išankstinio pasirinkimo filtras turi būti stebėjimo juostos pralaidumo filtras, kurio centrinis dažnis gali skirtis visame signalo spektre. LNA su RF automatinio stiprinimo valdymo funkcijomis paprastai seka iš anksto pasirinktu filtru.
Downconverter etapas yra tradicinisjoniškai heterodino sistema. Sumažinimo keitiklis suprojektuotas pasirinkus kanalą, kuris apima vietinio osciliatoriaus (LO) reguliavimą taip, kad jo dažnio ir dominančio signalo skirtumas patektų į IF filtro pralaidumą. Šiame etape naudojami didelio našumo, siauros juostos, fiksuoto dažnio filtrai-dažniausiai paviršinės akustinės bangos (SAW) įrenginiai-pasirenkant ir neįtraukiant visų kitų parinkčių. Po to seka IF stiprintuvas su kintamo stiprumo valdymu, leidžiantis sistemai suderinti pasirinkto signalo stiprumą su imtuvo valdomos demoduliacijos ir aptikimo grandinės poreikiais.
Atsižvelgiant į platų įvesties signalo dažnio ir signalo stiprumo diapazoną, šios architektūros naudojimas geros kokybės imtuvui sukurti sukels daug iššūkių. Vienas iš jų yra išankstinio pasirinkimo filtras. Norint aprėpti visą signalo dažnių juostos plotį, įprastos transliacijos TV imtuvo diegimai reikalauja, kad filtrai veiktų trijose skirtingose dažnių juostose: VHF (labai aukštas dažnis), nuo 48 iki 88 MHz; vidutinis VHF, nuo 174 iki 216 MHz; ir UHF (itin aukštas dažnis) 470–861 MHz dažniu. Įprasta naudoti atskirus filtrus, po vieną kiekvienam filtrui.
2) Kelių juostų veikimas
Išankstinio pasirinkimo filtras pasirenka veikimo dažnių juostą, tačiau vis tiek gali prireikti įdiegti sekimo filtrą, kad būtų užtikrintas reikiamas selektyvumas. Stebėjimo filtras turi išlaikyti santykinai fiksuotą pralaidumą, nors centrinis dažnis gali keistis per daugelį oktavų. Norint realizuoti tokį filtrą, paprastai reikia daug pasyvių komponentų, tokių kaip induktoriai, kurie turi būti rankiniu būdu sureguliuoti gamykloje, kad būtų užtikrintas tinkamas veikimas. Ši pasyvių komponentų ir rankinio derinimo paklausa labai padidina imtuvo dydį ir kainą. Įprastas imtuvas gali būti 2.5 x 2 x 0.75 colio dydžio.
Tačiau išankstinio pasirinkimo filtras nėra vienintelis komponentas, turintis dizaino problemų. Žemo keitiklio LO taip pat turi valdyti platų dažnių diapazoną. Išankstinio pasirinkimo filtras tik sumažina įvesties signalo pralaidumą. Dominantis signalas vis tiek gali nukristi bet kur 48–861 MHz diapazone, o LO iš esmės turi apimti šį diapazoną. Be to, LO turi rodyti mažą artimo nuotolio fazinį triukšmą, kitaip bus pažeistas DTV kanalo priėmimas. Integruoto grandyno osciliatorius pasiekia tokį platų dažnių diapazoną, kurio negalima sureguliuoti, ir tuo pačiu metu demonstruoja žemą fazinį triukšmą, naudojant tipišką šiandienos elektroninių sistemų 3 voltų maitinimo įtampą. Gali prireikti iki 30 V maitinimo šaltinio.
Kad atitiktų visus šiuos našumo reikalavimus, dauguma tiekėjų nusprendžia išlaikyti tradicinius televizorių ir vaizdo grotuvų imtuvų dizainus, nepaisant jų kainos ir dydžio. Tačiau spaudimas rinkoje pradeda versti pokyčius. Vienas iš elementų yra Federalinės ryšių komisijos leidimas, tai yra, visi JAV parduodami televizoriai pradėjo naudoti imtuvus, galinčius priimti skaitmeninės televizijos transliacijas. Ši užduotis priverčia tiekėjus pakeisti pagrindinę savo produktų struktūrą, sukuriant galimybes naujovėms derinant dizainą.
Padidėjusi nešiojamų pramogų rinkos paklausa taip pat paskatino imtuvo dizaino pokyčius. Nešiojamasis reiškia akumuliatorių arba rankinius prietaisus ir draudžia naudoti aukštą įtampą LO diegimuose. Be to, nešiojamiesiems įrenginiams reikia daug mažesnio įgyvendinimo nei įprastiems imtuvams. Augančioje plokščiaekranių ekranų/televizorių rinkoje mažas dydis taip pat yra svarbus. Plokščiame ekrane imtuvo dydis gali būti ribojantis gaminio retinimo veiksnys.
Kita tendencija, turinti įtakos imtuvo reikalavimams, yra ta, kad vartotojai nori gauti kelis kanalus vienu metu. Tai reiškia, kad reikia daugiau nei vieno imtuvo, kuris užima daugiau vietos, o tai daro įtaką sistemos dydžiui ir padidina galutinio produkto derintuvo kainą. Rinkos spaudimas mažinti dydį ir kitos tendencijos paskatino naudoti silicio imtuvų dizainą.
3) Pašalinkite rankinį derinimą
Silicio imtuvo projektavimui yra daug tikslų. Vienas iš pagrindinių tikslų yra pašalinti poreikį rankiniu būdu koreguoti išorinius stebėjimo filtro komponentus. Yra du silicio efektai. Viena iš jų yra tai, kad pašalinus daugumą išorinių komponentų taip pat pašalinamas jų gebėjimas absorbuoti ir išsklaidyti nepageidaujamą radijo dažnių energiją iš pašalintos dažnių juostos. Silicio imtuvai turi naudoti novatoriškas grandinių konstrukcijas LNA ir maišytuvuose, kad valdytų nepageidaujamą energiją nepažeisdami tranzistorių.
Antrasis poveikis yra naujos RF architektūros poreikis. Ankstyvieji silicio imtuvo dizainai bandė taikyti dvigubo konvertavimo metodą, kuris suteikė selektyvumą be rankinio derinimo išorinių komponentų. Pirmoji konversija keičia įvesties signalo dažnį aukštyn. RF SAW filtras sumažina pralaidumą prieš konvertuojant į IF antrą kartą. Filtro įrenginys atspindi pagrindinę šio dizaino kainą.
Pastaruoju metu savikalibravimo technologija naudojama įveikti puslaidininkinių procesų gamybos pokyčius. Kai kurie taip pat pašalina aukštos įtampos maitinimo šaltinių poreikį LO ir RF SAW įrenginių poreikį. Vietoj to, jie naudoja tik SAW filtrus IF stadijoje, kurie turi daug mažesnį dažnį ir yra pigesni prietaisai nei RF SAW filtrai.
Norint įgyvendinti šias konstrukcijas silicyje, reikia pažangios puslaidininkių technologijos. Lustų tiekėjai paprastai apibūdina tik savo skaitmeninio VLSI diegimo procesą. Norint įdiegti silicio derintuvą, procesas turi būti apibūdinamas pagal RF veikimą. Be to, procesas turi turėti būdą sukurti tinkamos vertės induktorių ir turėti pakankamai aukštą Q mažos fazės triukšmo LO įgyvendinimui arba RF filtro konstrukcijai. Dabar galima naudoti tokį procesą.
Be puslaidininkinių procesų, silicio derintojai reikalauja kruopštaus lusto dizaino. RF turi daug spinduliuojamų ir laidžių trukdžių galimybių. Vieno lusto silicio imtuvo konstrukcijoje tai dar labiau padidina mikroschemoje esančių signalų linijų artumas ir dalijimasis grandinės substratais. Šiems trukdžiams kontroliuoti reikalingas išdėstymas, atskiriantis kritines grandines ir apimantis ekranavimo modelius. Projektuojant taip pat reikia kruopščiai kurti ir valdyti lustinius elektros ir antžeminius skirstymo tinklus. Be to, dizainas turi apimti lusto ir ne mikroschemų filtravimo komponentus, kad būtų nutrauktas trikdžių signalo kelias.
Visos šios problemos buvo išspręstos, o atsiradus silicio derinimo įrenginiams, gaminių dizaineriai pradėjo kurti būdus, kaip atsikratyti seno imtuvo. Palydoviniai ir kabeliniai imtuvai pirmieji pradėjo taikyti šį metodą. Jie apdoroja signalus maždaug vienoda galia kiekviename kanale. Šis kanalo vienodumas šiek tiek supaprastina imtuvo dizainą, todėl ankstyvoji silicio imtuvo įranga gali atitikti reikalavimus.
Tačiau antžeminės transliacijos priėmimui turi būti naudojamas imtuvas, galintis užtikrinti selektyvumą įvairiuose kanalų galios lygiuose. Galimybė sujungti stiprius signalus gretimuose kanaluose su silpnais dominančiais kanalais nustato griežtus imtuvo dizaino selektyvumo apribojimus. Iki šiol naujoviškos RF architektūros ir patobulintas RF puslaidininkių apdorojimas leido silicio derintuvams pasiekti reikiamą našumą už mažą kainą.
Pašalinus rankinio reguliavimo poreikį, šie silicio imtuvai gali padidinti gamybos efektyvumą ir užtikrinti patikimesnį veikimą nei senesnės konstrukcijos. Jie tenkina nešiojamųjų prietaisų poreikius, nes nebereikia aukštos įtampos maitinimo šaltinių ir leidžiama kompaktiškai įdiegti. Atsižvelgiant į rinkos įtaką šiems požymiams, tikimasi, kad silicio imtuvai suderins televizorių imtuvų dizainą su kitomis elektronikos pramonės dalimis.
Ravi Shenoy ([apsaugotas el. paštu]) yra „LSI Logic“ (Milpitas, Kalifornija) analoginis direktorius ir RF technologija.
Mūsų kitas produktas:
