Televizorji, video snemalniki, sprejemniki in širokopasovni kabelski sprejemniki imajo vse skupni element: sprejemnik. Čeprav se vse druge elektronske komponente v teh napravah krčijo, ko se tehnologija polprevodnikov krči, potrošniške aplikacije pogosto uporabljajo velike "rezervoarje za sprejemnike" za dosego te kritične funkcije. Izzivne omejitve pri oblikovanju sprejemnikov so razlog, da ta tehnologija vztraja, vendar tržne sile v ospredje postavljajo silicijeve sprejemnike.
Oblikovalec sprejemnikov mora premagati številne izzive. Vhodni signal v televizijskih in kabelskih aplikacijah za oddajanje je v frekvenčnem pasu od 48 MHz do 861 MHz, jakost signala pa ima lahko širok dinamični razpon. Na primer, v aplikacijah za oddajanje televizije ima lahko signal za izbiro sosednje neželene kanale, katerih jakost signala presega 100 -krat.
Tipična zasnova sprejemnika uporablja arhitekturo sprejemnika z eno pretvorbo, čeprav so možne tudi druge arhitekture. Struktura enega pretvorniškega sprejemnika vključuje predizbirni filter, ojačevalnik z nizkim šumom (LNA), pretvornik navzdol in ojačevalnik vmesne frekvence (IF).
1. Omejitve zasnove silikonskega tunerja
1) Vnaprej izbrano sledenje filtru
Filter za vnaprejšnjo izbiro vzame frekvenčni pas celotnega frekvenčnega signala in ga zmanjša na manjši frekvenčni pas, ki vsebuje kanal, ki nas zanima. Glede na širok frekvenčni razpon kanala to pomeni, da mora biti predizbirni filter sledilni pasovni filter, katerega srednja frekvenca se lahko spreminja po spektru signala. LNA z funkcijami samodejnega nadzora RF ojačanja sledijo vnaprej izbranemu filtru.
Stopnja pretvornika navzdol je tradicijaionako heterodinski sistem. Pretvornik navzdol je zasnovan z izbiro kanala, ki vključuje prilagajanje lokalnega oscilatorja (LO) tako, da razlika med njegovo frekvenco in signalom, ki nas zanima, pade v pasovno širino filtra IF. Ta stopnja uporablja visokozmogljive ozkopasovne filtre s fiksno frekvenco-običajno naprave za površinsko akustične valove (SAW)-z izbiro in izključitvijo vseh drugih možnosti. Sledi ojačevalnik IF s spremenljivim ojačanjem, ki sistemu omogoča, da moč izbranega signala prilagodi potrebam demodulacijskega in detektorskega vezja, ki ga upravlja sprejemnik.
Glede na širok razpon frekvenc in jakosti signala vhodnega signala bo uporaba te arhitekture za ustvarjanje dobrega sprejemnika prinesla številne izzive. Eden je filter pred izbiro. Za pokrivanje celotne pasovne širine signala tipične izvedbe TV sprejemnikov za oddajanje zahtevajo, da filtri delujejo v treh različnih frekvenčnih pasovih: VHF (zelo visoke frekvence), 48 do 88 MHz; srednji VHF, 174 do 216 MHz; in UHF (super visoka frekvenca) pri 470 do 861 MHz. Skupna izvedba je uporaba ločenih filtrov, po enega za vsak filter.
2) Večpasovno delovanje
Filter za vnaprejšnjo izbiro izbere frekvenčni pas delovanja, vendar bo za zagotovitev zahtevane selektivnosti morda še vedno treba uporabiti filter za sledenje. Sledilni filter mora vzdrževati relativno fiksno pasovno širino, čeprav se lahko osrednja frekvenca spreminja v mnogih oktavah. Za izvedbo takega filtra je običajno potrebno veliko število pasivnih komponent, na primer induktorjev, ki jih je treba za pravilno delovanje tovarniško nastaviti ročno. To povpraševanje po pasivnih komponentah in ročnem uglaševanju močno poveča velikost in stroške sprejemnika. Tipičen sprejemnik lahko meri 2.5 x 2 x 0.75 palca.
Vendar filter za prednastavitev ni edina komponenta z oblikovalskimi izzivi. LO v pretvorniku navzdol mora obravnavati tudi široko frekvenčno območje. Prednastavljeni filter samo zmanjša pasovno širino vhodnega signala. Signal, ki nas zanima, lahko še vedno pade kjer koli v območju od 48 do 861 MHz in LO mora v bistvu pokrivati to območje. Poleg tega mora LO izkazovati nizek fazni šum v bližini ali pa bo sprejem kanala DTV ogrožen. Oscilator z integriranim vezjem doseže tako široko frekvenčno območje, ki ga ni mogoče nastaviti, hkrati pa kaže nizkofazni šum z uporabo tipične 3-voltne napajalne napetosti današnjih elektronskih sistemov. Morda bo potreben napajalnik do 30 V.
Za izpolnitev vseh teh zahtev glede zmogljivosti se večina dobaviteljev kljub stroškom in velikosti odloči za ohranitev tradicionalnih modelov sprejemnikov televizorjev in videorekorderjev. Toda tržni pritiski se začenjajo siliti k spremembam. Eden od elementov je pooblastilo Zvezne komisije za komunikacije, to pomeni, da so vsi televizorji, prodani v Združenih državah, začeli uporabljati sprejemnike, ki lahko sprejemajo digitalne televizijske oddaje. Ta naloga prisili dobavitelje, da spremenijo osnovno strukturo svojih izdelkov, kar ustvarja priložnosti za inovacije pri oblikovanju sprejemnikov.
Rast povpraševanja po trgu prenosnih zabavnih vsebin je spodbudila tudi spremembe v zasnovi sprejemnikov. Prenosni pomeni ročne ali baterijske naprave in prepoveduje uporabo visokih napetosti v izvedbah LO. Poleg tega prenosne naprave zahtevajo veliko manjše izvedbe kot tipični sprejemniki. Na rastočem trgu ploskih zaslonov/televizorjev je pomembna tudi majhnost. Pri ploščatih ploščah je lahko velikost sprejemnika omejevalni dejavnik za redčenje izdelka.
Drug trend, ki vpliva na zahteve sprejemnika, je, da želijo potrošniki prejemati več kanalov hkrati. To pomeni, da je potrebnih več kot en sprejemnik, ki zavzame več prostora, kar vpliva na velikost sistema in poveča stroške sprejemnika za končni izdelek. Tržni pritiski za zmanjšanje velikosti in drugi trendi so spodbudili uporabo modelov silikonskih sprejemnikov.
3) Odpravite ročno uglaševanje
Za oblikovanje silikonskega tunerja je veliko ciljev. Eden od glavnih ciljev je odpraviti potrebo po ročnem prilagajanju zunanjih komponent v filtru za sledenje. Pri siliciju obstajata dva učinka. Eno je, da odprava večine zunanjih komponent odpravlja tudi njihovo sposobnost, da absorbirajo in razpršijo neželeno RF energijo iz izključenega frekvenčnega pasu. Silikonski uglaševalci morajo uporabljati inovativne zasnove vezij v LNA in mešalnikih za upravljanje neželene energije, ne da bi pri tem poškodovali tranzistorje.
Drugi vpliv je potreba po novi RF arhitekturi. Zgodnji modeli silicijevega sprejemnika so poskušali sprejeti metodo dvojne pretvorbe, ki je zagotavljala selektivnost brez ročnega nastavljanja zunanjih komponent. Prva pretvorba premakne frekvenco vhodnega signala navzgor. RF filter SAW zmanjša pasovno širino, preden se drugič pretvori v IF. Filtrirna naprava predstavlja glavne stroške te zasnove.
V zadnjem času se za premagovanje sprememb v proizvodnji polprevodniških procesov uporablja tehnologija samokalibracije. Nekateri odpravljajo tudi potrebo po visokonapetostnih napajalnikih za LO in potrebo po napravah RF SAW. Namesto tega v fazi IF uporabljajo le filtre SAW, ki imajo veliko nižjo frekvenco in so cenejše naprave kot filtri RF RF.
Izvajanje teh modelov v siliciju zahteva napredno tehnologijo polprevodniških procesov. Dobavitelji čipov običajno označujejo le proces njihove implementacije digitalnega VLSI. Za izvajanje silikonskega sprejemnika je treba postopek označiti na podlagi zmogljivosti RF. Poleg tega mora postopek imeti način za ustvarjanje induktorja pravilne vrednosti in imeti dovolj visoko Q za nizkofazno LO izvedbo ali zasnovo RF filtra. Tak postopek je zdaj mogoče uporabiti.
Poleg polprevodniških procesov silikonski tunerji zahtevajo skrbno načrtovanje čipov. RF ima veliko možnosti za radiacijske in prevodne motnje. Pri zasnovi silikonskega sprejemnika z enim čipom to približuje bližina signalnih vodov na čipu in deljenje podlag vezja. Za nadzor teh motenj je potrebna postavitev, ki ločuje kritična vezja in vključuje vzorce zaščite. Zasnova zahteva tudi skrbno ustvarjanje in upravljanje napajalnih in zemeljskih distribucijskih omrežij na čipu. Poleg tega mora zasnova vključevati komponente za filtriranje na čipu in zunaj čipa, da prekine pot motečega signala.
Vse te težave so bile rešene in s prihodom naprav za silikonski sprejemnik so oblikovalci izdelkov začeli ustvarjati načine, kako se znebiti starega sprejemnika. To metodo so prvi sprejeli satelitski in kabelski sprejemniki. V vsakem kanalu obdelujejo signale s približno enako močjo. Ta enotnost kanala nekoliko poenostavi zasnovo sprejemnika, kar omogoča, da oprema za zgodnji silikonski sprejemnik ustreza zahtevam.
Vendar pa mora prizemni radiodifuzijski sprejem uporabljati sprejemnik, ki lahko zagotovi selektivnost v širokem razponu moči kanalov. Možnost združevanja močnih signalov v sosednjih kanalih s šibkimi kanali, ki nas zanimajo, nalaga stroge omejitve selektivnosti zasnove sprejemnika. Do nedavnega so inovativne RF arhitekture in izboljšana obdelava polprevodnikov RF omogočale, da silikonski sprejemniki dosežejo zahtevane zmogljivosti po nizkih stroških.
Z odpravo potrebe po ročnih nastavitvah lahko ti silikonski tunerji povečajo donosnost proizvodnje in zagotovijo bolj zanesljivo delovanje kot starejši modeli. Izpolnjujejo potrebe prenosnih naprav, saj odpravljajo potrebo po visokonapetostnih napajalnikih in omogočajo kompaktne izvedbe. Glede na vpliv trga na te lastnosti naj bi silikonski sprejemniki prilagodili zasnove televizijskih sprejemnikov z drugimi deli elektronske industrije.
Ravi Shenoy ([e-pošta zaščitena]) je analogni direktor in RF tehnologija LSI Logic (Milpitas, Kalifornija).
Naš drugi izdelek:
