Televisyen, perakam video, set-top box dan penerima kabel jalur lebar semuanya mempunyai elemen yang sama: penala. Walaupun semua komponen elektronik lain dalam peranti ini menyusut kerana teknologi semikonduktor menyusut, aplikasi pengguna sering menggunakan "tangki penalaan" yang besar untuk mencapai fungsi kritikal ini. Batasan yang mencabar pada reka bentuk tuner adalah sebab teknologi ini berterusan, tetapi kekuatan pasaran mendorong penala silikon ke barisan hadapan.
Pereka penala mesti mengatasi banyak cabaran. Sinyal input dalam televisyen siaran dan aplikasi kabel terletak pada pita frekuensi 48 MHz hingga 861 MHz, dan kekuatan sinyal mungkin memiliki rentang dinamis yang luas. Sebagai contoh, dalam aplikasi televisyen siaran, isyarat yang akan dipilih mungkin mempunyai saluran yang tidak diinginkan bersebelahan yang kekuatan isyaratnya melebihi 100 kali.
Reka bentuk penala khas menggunakan seni bina penerima penukaran tunggal, walaupun seni bina lain juga mungkin. Struktur penala tunggal merangkumi penapis pilihan, penguat bunyi rendah (LNA), penukar bawah dan penguat frekuensi pertengahan (IF).
1. Kekangan reka bentuk penala silikon
1) Penjejakan penapis yang dipilih sebelumnya
Penapis pilihan mengambil jalur frekuensi isyarat frekuensi penuh dan mengurangkannya ke jalur frekuensi yang lebih kecil yang mengandungi saluran minat. Memandangkan rangkaian frekuensi yang luas, ini bermaksud bahawa penapis pilihan mesti merupakan penapis jalur lebar penjejak yang frekuensi pusatnya boleh berbeza-beza di seluruh spektrum isyarat. LNA dengan fungsi kawalan keuntungan automatik RF biasanya mengikuti penapis yang telah dipilih.
Tahap downconverter adalah traditsecara sistematik sistem heterodyne. Downconverter dirancang dengan pemilihan saluran, yang melibatkan penyesuaian pengayun tempatan (LO) sehingga perbezaan antara frekuensi dan isyarat minatnya berada dalam jalur lebar filter IF. Tahap ini menggunakan penapis frekuensi tetap berprestasi tinggi, jalur sempit - biasanya peranti gelombang akustik permukaan (SAW) - dengan memilih dan mengecualikan semua pilihan lain. Ini diikuti oleh penguat IF dengan kawalan gain berubah, yang memungkinkan sistem untuk memadankan kekuatan isyarat yang dipilih dengan kebutuhan rangkaian demodulasi dan pengesanan yang ditala oleh tuner.
Mengingat jarak frekuensi dan kekuatan isyarat sinyal input yang luas, menggunakan seni bina ini untuk menghasilkan tuner berprestasi baik akan membawa banyak cabaran. Salah satunya ialah penapis pilihan. Untuk merangkumi lebar jalur isyarat penuh, pelaksanaan penala TV siaran khas memerlukan penapis untuk beroperasi dalam tiga jalur frekuensi yang berbeza: VHF (frekuensi sangat tinggi), 48 hingga 88 MHz; VHF sederhana, 174 hingga 216 MHz; dan UHF (frekuensi super Tinggi) pada 470 hingga 861 MHz. Pelaksanaan yang biasa dilakukan adalah menggunakan penapis yang terpisah, satu untuk setiap penapis.
2) Operasi berbilang jalur
Penapis pilihan memilih jalur frekuensi operasi, tetapi mungkin masih perlu untuk menerapkan penapis pengesanan untuk memberikan selektiviti yang diperlukan. Penapis pengesanan mesti mengekalkan lebar jalur yang agak tetap, walaupun frekuensi pusat dapat berubah di banyak oktaf. Perwujudan penapis seperti ini biasanya memerlukan sebilangan besar komponen pasif, seperti induktor, yang mesti disetel secara manual di kilang untuk mendapatkan prestasi yang betul. Permintaan untuk komponen pasif dan penalaan manual sangat meningkatkan ukuran dan kos penala. Penala khas boleh berukuran 2.5 x 2 x 0.75 inci.
Walau bagaimanapun, penapis pilihan bukan satu-satunya komponen dengan cabaran reka bentuk. LO di downconverter juga mesti mengendalikan julat frekuensi yang luas. Penapis pilihan hanya mengurangkan lebar jalur isyarat input. Isyarat minat masih boleh jatuh di mana-mana dalam julat 48 hingga 861 MHz, dan LO pada dasarnya mesti merangkumi julat ini. Sebagai tambahan, LO mesti menunjukkan kebisingan fasa jarak dekat rendah atau penerimaan saluran DTV akan terganggu. Pengayun litar bersepadu mencapai julat frekuensi yang begitu luas yang tidak dapat disetel, dan pada masa yang sama menunjukkan bunyi fasa rendah menggunakan voltan bekalan kuasa 3 volt khas dari sistem elektronik masa kini. Mungkin diperlukan bekalan kuasa sehingga 30 V.
Untuk memenuhi semua keperluan prestasi ini, kebanyakan pembekal memilih untuk mengekalkan reka bentuk TV dan VCR tuner tradisional, walaupun dari segi kos dan ukurannya. Tetapi tekanan pasaran mula memaksa perubahan. Salah satu elemennya adalah kebenaran Suruhanjaya Komunikasi Persekutuan, iaitu, semua TV yang dijual di Amerika Syarikat telah mula menggunakan penala yang mampu menerima siaran TV digital. Tugas ini memaksa pembekal untuk mengubah struktur asas produk mereka, mewujudkan peluang untuk inovasi dalam reka bentuk tuner.
Pertumbuhan permintaan untuk pasaran hiburan mudah alih juga mendorong perubahan reka bentuk tuner. Portable bermaksud peranti bertenaga bateri atau genggam dan melarang penggunaan voltan tinggi dalam pelaksanaan LO. Di samping itu, peranti mudah alih memerlukan pelaksanaan yang lebih kecil daripada penala biasa. Di pasaran paparan / TV panel rata yang berkembang, ukuran kecil juga penting. Dalam reka bentuk panel rata, ukuran penala mungkin menjadi faktor pembatas untuk penipisan produk.
Trend lain yang mempengaruhi keperluan penala adalah pengguna ingin menerima banyak saluran pada masa yang sama. Ini bermakna lebih daripada satu penala diperlukan, yang memerlukan lebih banyak ruang, yang mempengaruhi ukuran sistem dan meningkatkan kos penala untuk produk akhir. Tekanan pasaran untuk mengurangkan ukuran dan trend lain telah mendorong penggunaan reka bentuk tuner silikon.
3) Menghilangkan penalaan manual
Terdapat banyak tujuan untuk reka bentuk penala silikon. Salah satu tujuan utamanya adalah untuk menghilangkan keperluan untuk menyesuaikan komponen luaran secara manual dalam saringan penjejakan. Terdapat dua kesan pada silikon. Salah satunya adalah dengan menghilangkan sebahagian besar komponen luaran juga menghilangkan kemampuan mereka untuk menyerap dan menghilangkan tenaga RF yang tidak diingini dari jalur frekuensi yang dikecualikan. Penala silikon mesti menggunakan reka bentuk litar inovatif dalam LNA dan pengadun untuk menguruskan tenaga yang tidak diingini tanpa merosakkan transistor.
Kesan kedua adalah keperluan untuk seni bina RF yang baru. Reka bentuk penala silikon awal cuba menggunakan kaedah penukaran berganda, yang memberikan selektiviti tanpa menala komponen luaran secara manual. Penukaran pertama mengalihkan frekuensi isyarat input ke atas. Penapis RF SAW mengurangkan lebar jalur sebelum menukar ke IF untuk kali kedua. Peranti penapis mewakili kos utama reka bentuk ini.
Baru-baru ini, teknologi penentukuran diri digunakan untuk mengatasi perubahan dalam proses pembuatan semikonduktor. Sebilangan juga menghilangkan keperluan bekalan kuasa voltan tinggi untuk LO dan keperluan untuk peranti RF SAW. Sebagai gantinya, mereka hanya menggunakan penapis SAW pada tahap IF, yang mempunyai frekuensi jauh lebih rendah dan peranti kos lebih rendah daripada penapis RF SAW.
Melaksanakan reka bentuk ini dalam silikon memerlukan teknologi proses semikonduktor yang maju. Pembekal cip biasanya hanya mencirikan proses pelaksanaan VLSI digital mereka. Untuk melaksanakan silikon tuner, prosesnya mesti dicirikan berdasarkan prestasi RF. Di samping itu, proses mesti mempunyai cara untuk membuat induktor dengan nilai yang betul dan mempunyai Q yang cukup tinggi untuk pelaksanaan LO kebisingan fasa rendah atau reka bentuk penapis RF. Proses sedemikian kini boleh digunakan.
Sebagai tambahan kepada proses semikonduktor, penala silikon memerlukan reka bentuk cip yang teliti. RF mempunyai banyak peluang untuk gangguan terpancar dan terpancar. Dalam reka bentuk penala silikon cip tunggal, jarak garis isyarat on-chip dan perkongsian substrat litar memperburuk ini. Mengawal gangguan ini memerlukan susun atur yang memisahkan litar kritikal dan merangkumi corak pelindung. Reka bentuknya juga memerlukan penciptaan dan pengurusan rangkaian pengedaran kuasa dan darat yang cermat. Di samping itu, reka bentuk mesti merangkumi komponen penapisan on-chip dan off-chip untuk mematahkan jalur isyarat gangguan.
Semua masalah ini telah diselesaikan, dan dengan munculnya alat penala silikon, pereka produk telah mulai membuat cara untuk menyingkirkan penala lama dalam kaleng. Penerima satelit dan kabel adalah yang pertama menggunakan kaedah ini. Mereka memproses isyarat dengan kekuatan yang hampir sama di setiap saluran. Keseragaman saluran ini sedikit menyederhanakan reka bentuk tuner, membolehkan peralatan tuner silikon awal memenuhi syarat.
Walau bagaimanapun, penerimaan siaran terestrial mesti menggunakan penala yang dapat memberikan selektivitas pada pelbagai tahap daya saluran. Kemungkinan menggabungkan isyarat kuat di saluran bersebelahan dengan saluran minat yang lemah mengenakan sekatan ketat terhadap pemilihan reka bentuk penala. Sehingga baru-baru ini, seni bina RF yang inovatif dan pemprosesan semikonduktor RF yang lebih baik telah membolehkan penala silikon mencapai prestasi yang diperlukan dengan kos rendah.
Dengan menghilangkan keperluan penyesuaian manual, penala silikon ini dapat meningkatkan hasil pembuatan dan memberikan prestasi yang lebih dapat dipercayai daripada reka bentuk lama. Mereka memenuhi keperluan peranti mudah alih dengan menghilangkan keperluan bekalan kuasa voltan tinggi dan memungkinkan pelaksanaan yang padat. Memandangkan pengaruh pasar terhadap atribut ini, penala silikon diharapkan dapat menyelaraskan reka bentuk penerima TV dengan bahagian lain dari industri elektronik.
Ravi Shenoy ([e-mel dilindungi]) adalah pengarah analog dan teknologi RF LSI Logic (Milpitas, California).
produk kami yang lain:
