Ang mga telebisyon, video recorder, set-top box at broadband cable receivers lahat ay may isang karaniwang elemento: ang tuner. Bagaman ang lahat ng iba pang mga elektronikong sangkap sa mga aparatong ito ay lumiliit habang ang teknolohiya ng semiconductor ay lumiliit, ang mga aplikasyon ng consumer ay madalas na gumagamit ng malaking "mga tanke ng tuner" upang makamit ang kritikal na pagpapaandar na ito. Ang mga mapaghamong paghihigpit sa disenyo ng tuner ang dahilan kung bakit nagpapatuloy ang teknolohiyang ito, ngunit ang mga puwersa sa merkado ay itinutulak ang mga silicon tuner sa unahan.
Dapat na pagtagumpayan ng taga-disenyo ng tuner ang maraming mga hamon. Ang input signal sa pag-broadcast ng telebisyon at mga aplikasyon ng cable ay nakasalalay sa frequency band na 48 MHz hanggang 861 MHz, at ang lakas ng signal ay maaaring magkaroon ng malawak na range ng pabagu-bago. Halimbawa, sa mga application ng broadcast ng telebisyon, ang signal na mapipili ay maaaring may katabing mga hindi kanais-nais na mga channel na ang lakas ng signal ay lumampas sa 100 beses.
Ang isang tipikal na disenyo ng tuner ay gumagamit ng isang solong arkitektura ng tatanggap ng conversion, kahit na posible ang iba pang mga arkitektura. Ang istraktura ng isang solong conversion tuner ay nagsasama ng isang preselection filter, isang mababang ingay amplifier (LNA), isang down converter at isang intermediate frequency (IF) amplifier.
1. Mga hadlang ng disenyo ng silicon tuner
1) Paunang napiling pagsubaybay sa filter
Kinukuha ng filter ng preselection ang buong frequency band ng dalas ng signal at binabawasan ito sa isang mas maliit na frequency band na naglalaman ng channel ng interes. Sa view ng malawak na saklaw ng dalas ng channel, nangangahulugan ito na ang filter ng preseleksyon ay dapat na isang pagsubaybay sa filter ng bandpass na ang dalas ng gitna ay maaaring mag-iba sa kabuuan ng signal spectrum. Ang mga LNA na may awtomatikong pag-andar ng control na nakakakuha ng RF ay karaniwang sumusunod sa isang preselect na filter.
Ang yugto ng downconverter ay traditionally isang heterodyne system. Ang downconverter ay dinisenyo kasama ang pagpili ng channel, na nagsasangkot ng pag-aayos ng lokal na oscillator (LO) upang ang pagkakaiba sa pagitan ng dalas nito at ng signal ng interes ay nahuhulog sa loob ng bandpass ng IF filter. Gumagamit ang yugtong ito ng mga filter na may mataas na pagganap, makitid na banda, na naayos na dalas-karaniwang mga aparatong alon sa acoustic wave (SAW) sa pamamagitan ng pagpili at pagbubukod ng lahat ng iba pang mga pagpipilian. Sinundan ito ng isang IF amplifier na may variable na makakuha ng kontrol, pinapayagan ang system na tumugma sa lakas ng napiling signal sa mga pangangailangan ng demodulasyon at detection circuit na hinihimok ng tuner.
Kung isasaalang-alang ang malawak na dalas at saklaw ng lakas ng signal ng input signal, ang paggamit ng arkitekturang ito upang makabuo ng isang mahusay na pagganap na tuner ay magdudulot ng maraming mga hamon. Ang isa ay ang filter ng paunang pagpili. Upang masakop ang buong bandwidth ng signal, ang mga tipikal na pagpapatupad ng TV broadcast tuner ay nangangailangan ng mga filter upang mapatakbo sa tatlong magkakaibang mga frequency band: VHF (napakataas na dalas), 48 hanggang 88 MHz; katamtamang VHF, 174 hanggang 216 MHz; at UHF (sobrang Taas ng dalas) sa 470 hanggang 861 MHz. Ang isang karaniwang pagpapatupad ay ang paggamit ng magkakahiwalay na mga filter, isa para sa bawat filter.
2) Multi-band na operasyon
Pinipili ng filter ng preselection ang operating frequency band, ngunit maaaring kailanganin pa ring magpatupad ng isang filter sa pagsubaybay upang maibigay ang kinakailangang selectivity. Dapat na panatilihin ng filter ng pagsubaybay ang isang medyo nakapirming bandwidth, bagaman maaaring baguhin ang dalas ng sentro sa maraming mga octave. Ang pagsasakatuparan ng tulad ng isang filter ay karaniwang nangangailangan ng isang malaking bilang ng mga passive na bahagi, tulad ng mga inductors, na dapat na manu-manong na-tono sa pabrika upang makakuha ng wastong pagganap. Ang demand na ito para sa mga passive na bahagi at manu-manong pag-tune ay lubos na nagdaragdag ng laki at gastos ng tuner. Ang isang tipikal na tuner ay maaaring sukatin ang 2.5 x 2 x 0.75 pulgada.
Gayunpaman, ang filter ng preselection ay hindi lamang ang sangkap na may mga hamon sa disenyo. Ang LO sa downconverter ay dapat ding hawakan ang isang malawak na saklaw ng dalas. Binabawasan lamang ng filter ng preselection ang bandwidth ng input signal. Ang signal ng interes ay maaari pa ring mahulog saanman sa saklaw na 48 hanggang 861 MHz, at ang LO ay karaniwang dapat masakop ang saklaw na ito. Bilang karagdagan, ang LO ay dapat na nagpapakita ng mababang malapit na saklaw na yugto ng ingay o ang pagtanggap ng DTV channel ay makompromiso. Ang integrated circuit oscillator ay nakakamit tulad ng isang malawak na saklaw ng dalas na hindi maitutugma, at sa parehong oras ay nagpapakita ng mababang yugto ng ingay gamit ang tipikal na boltahe ng suplay ng kuryente na 3-volt ng mga elektronikong sistema ngayon. Ang isang suplay ng kuryente na hanggang 30 V ay maaaring kailanganin.
Upang matugunan ang lahat ng mga kinakailangang pagganap na ito, pinipili ng karamihan sa mga supplier na panatilihin ang tradisyonal na mga disenyo ng TV at VCR na tuner, sa kabila ng kanilang gastos at laki. Ngunit ang mga presyon sa merkado ay nagsisimulang pilitin ang pagbabago. Ang isa sa mga elemento ay ang pahintulot ng Federal Communications Commission, iyon ay, ang lahat ng mga TV na ibinebenta sa Estados Unidos ay nagsimulang gumamit ng mga tuner na may kakayahang makatanggap ng mga digital TV broadcast. Pinipilit ng gawaing ito ang mga supplier na baguhin ang pangunahing istraktura ng kanilang mga produkto, na lumilikha ng mga pagkakataon para sa pagbabago sa disenyo ng tuner.
Ang paglaki ng demand para sa portable entertainment market ay nagsulong din ng mga pagbabago sa disenyo ng tuner. Ang portable ay nangangahulugang ang mga aparatong pinagagana ng baterya o handheld at ipinagbabawal ang paggamit ng mataas na voltages sa pagpapatupad ng LO. Bilang karagdagan, ang mga portable na aparato ay nangangailangan ng mas maliit na mga pagpapatupad kaysa sa mga karaniwang tuner. Sa lumalaking flat panel display / TV market, mahalaga rin ang maliit na sukat. Sa isang disenyo ng flat panel, ang laki ng tuner ay maaaring ang limitasyon na kadahilanan para sa paggawa ng malabnaw na produkto.
Ang isa pang kalakaran na nakakaapekto sa mga kinakailangan sa tuner ay ang nais ng mga mamimili na makatanggap ng maraming mga channel nang sabay. Nangangahulugan ito na kinakailangan ng higit sa isang tuner, na tumatagal ng mas maraming puwang, na nakakaapekto sa laki ng system at pinapataas ang gastos ng tuner para sa pangwakas na produkto. Ang presyon ng merkado upang mabawasan ang laki at iba pang mga uso ay nagsulong ng paggamit ng mga disenyo ng silicon tuner.
3) Tanggalin ang manu-manong pag-tune
Maraming mga layunin para sa disenyo ng silicon tuner. Ang isa sa mga pangunahing layunin ay upang maalis ang pangangailangan na manu-manong ayusin ang mga panlabas na bahagi sa filter ng pagsubaybay. Mayroong dalawang epekto sa silikon. Ang isa ay ang pag-aalis ng karamihan sa mga panlabas na sangkap ay nagtatanggal din ng kanilang kakayahang sumipsip at matanggal ang hindi ginustong RF na enerhiya mula sa hindi kasama na frequency band. Ang mga tuner ng silikon ay dapat gumamit ng mga makabagong disenyo ng circuit sa mga LNA at mixer upang pamahalaan ang hindi ginustong enerhiya nang hindi sinisira ang mga transistor.
Ang pangalawang epekto ay ang pangangailangan para sa isang bagong arkitektura ng RF. Ang mga maagang disenyo ng silicon tuner ay sinubukan na magpatibay ng isang dobleng paraan ng conversion, na nagbigay ng pagiging selectivity nang hindi manu-manong pag-tune ng mga panlabas na bahagi. Inililipat ng unang conversion ang dalas ng input signal pataas. Binabawasan ng filter na RF SAW ang bandwidth bago mag-convert sa IF sa pangalawang pagkakataon. Kinakatawan ng filter na aparato ang pangunahing gastos ng disenyo na ito.
Kamakailan lamang, ginagamit ang teknolohiya sa pag-calibrate sa sarili upang mapagtagumpayan ang mga pagbabago sa pagmamanupaktura ng proseso ng semiconductor. Tinatanggal din ng ilan ang pangangailangan para sa mga suplay ng kuryente na may mataas na boltahe para sa LO at ang pangangailangan para sa mga aparato ng RF SAW. Sa halip, gumagamit lamang sila ng mga filter ng SAW sa yugto ng KUNG, na mayroong mas mababang dalas at mas mababang mga aparato sa gastos kaysa sa mga filter ng RF SAW.
Ang pagpapatupad ng mga disenyo na ito sa silikon ay nangangailangan ng advanced na teknolohiya ng proseso ng semiconductor. Karaniwang kinikilala lamang ng mga tagapagtustos ng chip ang proseso ng kanilang pagpapatupad ng digital VLSI. Upang magpatupad ng isang silicon tuner, ang proseso ay dapat na nailalarawan batay sa pagganap ng RF. Bilang karagdagan, ang proseso ay dapat magkaroon ng isang paraan upang lumikha ng isang inductor ng tamang halaga at magkaroon ng sapat na mataas na Q para sa mababang yugto ng pagpapatupad ng ingay LO o disenyo ng filter ng RF. Maaari nang magamit ang gayong proseso.
Bilang karagdagan sa mga proseso ng semiconductor, ang mga tuner ng silikon ay nangangailangan ng maingat na disenyo ng maliit na tilad. Ang RF ay may maraming mga pagkakataon para sa radiated at isinasagawa pagkagambala. Sa isang solong-chip na disenyo ng silikon na tuner, ang kalapitan ng mga linya ng signal na on-chip at ang pagbabahagi ng mga circuit substrate ay nagpapalala nito. Ang pagkontrol sa pagkagambala na ito ay nangangailangan ng isang layout na naghihiwalay sa mga kritikal na circuit at may kasamang mga pattern ng panangga. Nangangailangan din ang disenyo ng maingat na paglikha at pamamahala ng on-chip power at mga network ng pamamahagi ng lupa. Bilang karagdagan, dapat isama sa disenyo ang on-chip at mga bahagi ng pag-filter ng off-chip upang masira ang landas ng pagkagambala ng pagkagambala.
Ang lahat ng mga problemang ito ay nalutas, at sa pagkakaroon ng mga aparato ng silicon tuner, nagsimula ang mga tagadisenyo ng produkto na gumawa ng mga paraan upang matanggal ang dating tuner-in-a-can. Ang mga tatanggap ng satellite at cable ay ang unang gumamit ng pamamaraang ito. Pinoproseso nila ang mga signal na may halos parehong lakas sa bawat channel. Ang pagkakapareho ng channel na ito ay bahagyang pinapasimple ang disenyo ng tuner, na pinapagana ang maagang kagamitan ng silicon tuner upang matugunan ang mga kinakailangan.
Gayunpaman, ang terrestrial broadcast na pagtanggap ay dapat gumamit ng isang tuner na maaaring magbigay ng selectivity sa isang malawak na hanay ng mga antas ng kuryente sa channel. Ang posibilidad ng pagsasama-sama ng malakas na mga signal sa mga katabing channel na may mahinang mga channel ng interes ay nagpapataw ng mahigpit na paghihigpit sa pagpili ng disenyo ng tuner. Hanggang kamakailan lamang, ang mga makabagong arkitektura ng RF at pinabuting pagproseso ng RF semiconductor ay pinapayagan ang mga tuner ng silikon na makamit ang kinakailangang pagganap sa mababang gastos.
Sa pamamagitan ng pag-aalis ng pangangailangan para sa manu-manong mga pagsasaayos, ang mga silicon tuner na ito ay maaaring dagdagan ang mga ani ng pagmamanupaktura at makapagbigay ng mas maaasahang pagganap kaysa sa mga mas lumang disenyo. Natutugunan nila ang mga pangangailangan ng mga portable na aparato sa pamamagitan ng pag-aalis ng pangangailangan para sa mga boltahe na suplay ng kuryente at pinapayagan ang mga compact na pagpapatupad. Dahil sa impluwensya ng merkado sa mga katangiang ito, ang mga tuner ng silikon ay inaasahan na ihanay ang mga disenyo ng tatanggap ng TV sa iba pang mga bahagi ng industriya ng electronics.
Ravi Shenoy ([protektado ng email]) ay ang analog director at teknolohiyang RF ng LSI Logic (Milpitas, California).
Ang aming iba pang mga produkto:
