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對(duì)目前的有線電視服務(wù)產(chǎn)品來說，要傳輸多媒體內(nèi)容，就要求STB配備一個(gè)以上的調(diào)諧器。隨著有線電視(CATV)運(yùn)營商將業(yè)務(wù)擴(kuò)張到視頻點(diǎn)播(VOD)、按流量付費(fèi)以及提供數(shù)字內(nèi)容等領(lǐng)域，CATV機(jī)頂盒(STB)正在經(jīng)歷戲劇性的發(fā)展。除了提供模擬視頻圖像接收功能之外，常見的STB現(xiàn)在都支持多種功能，包括個(gè)人視頻錄像(PVR)/數(shù)字視頻錄像(DVR)、畫中畫、寬帶VOD、電話、數(shù)字視頻和高分辨率(HDTV)內(nèi)容。 目前有線電視業(yè)務(wù)所提供的多媒體類型要求STB配備一種以上的調(diào)諧器。根據(jù)InStat的研究，2005年38%的STB都提供PVR/DVR功能，這意味著目前交付使用的許多STB具有多個(gè)調(diào)諧器，典型的情況是包含1或2個(gè)模擬視頻調(diào)諧器和如圖1方塊圖中所示的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)諧器。基本上，調(diào)諧器制造商都從這種日益增長的需求中獲益，但是，過時(shí)的技術(shù)卻承受不了所擔(dān)負(fù)的工作。實(shí)際上，新的市場正迫使人們改進(jìn)調(diào)諧器的性能規(guī)范，要求設(shè)計(jì)工程師重新設(shè)計(jì)電路板，以利用新的方法和先進(jìn)的工藝技術(shù)開發(fā)高度集成的調(diào)諧器。最后，OEM和子系統(tǒng)制造商不應(yīng)該對(duì)所有調(diào)諧器都同等對(duì)待，而應(yīng)該仔細(xì)選擇適合應(yīng)用需要的調(diào)諧器和相關(guān)的參考設(shè)計(jì)。 將更多內(nèi)容封裝到有線電視頻譜之中 跟以往任何時(shí)候相比，有線電視提供商在追逐成為三重業(yè)務(wù)(語音、數(shù)據(jù)和視頻)市場領(lǐng)導(dǎo)者的過程中，向頻譜中包裝的服務(wù)越來越多(圖2)。傳統(tǒng)的調(diào)諧器工作在50到860MHz的頻段，但是，人們正計(jì)劃把一些CATV系統(tǒng)擴(kuò)展到1GHz。因此，調(diào)諧器現(xiàn)在需要具有空前的性能，特別是在線性度、動(dòng)態(tài)范圍和噪聲等方面。但是，并非僅此而已，因?yàn)镺EM增加了STB的功能，他們需要更簡單、更小的設(shè)計(jì)以提高制造的效率并提供高可靠性的產(chǎn)品。這個(gè)責(zé)任就落在了調(diào)諧器制造商的肩上，他們要提供最佳的技術(shù)、設(shè)計(jì)和集成度以滿足OEM的需求。 圖1：包含用于接收模擬和數(shù)字內(nèi)容的多個(gè)調(diào)諧器的STB 圖2：電視頻譜要求調(diào)諧器具備通道選擇性和線性度以產(chǎn)生鮮艷清晰的視頻圖像 集成：從芯片組到單一封裝 就在幾年以前，最佳的調(diào)諧器產(chǎn)品都是采用雙轉(zhuǎn)換調(diào)諧器芯片組，這些上行轉(zhuǎn)換器和下行轉(zhuǎn)換器的芯片組合提供了低成本、低失真和一體化的合成器。每一顆芯片的面積為6mm×10mm，在業(yè)內(nèi)這種封裝已經(jīng)沿用多年，付運(yùn)量達(dá)到了幾億只。最近調(diào)諧器制造商對(duì)這些設(shè)計(jì)作出了很大改進(jìn)，單一封裝的占位空間比老式芯片組中任意一種芯片的占位空間都要小。典型的單封裝調(diào)諧器面積為8mm×8mm，但是，有些要小到6mm×6mm。如圖3的例子所示，這些器件在單一封裝中組合了上/下行轉(zhuǎn)換和頻率合成器，并結(jié)合了過去采用的片外功能，如調(diào)諧變?nèi)萜骱驮鲆婵刂啤?nbsp; 在選擇調(diào)諧器的過程中，關(guān)鍵差異是調(diào)諧功能的集成度和設(shè)計(jì)復(fù)雜性。OEM需要掌握整個(gè)物料清單(BOM)，因?yàn)檎{(diào)諧器隨集成度和制造方便性而變化，需要配合額外的片外電路。例如，采用單端RF輸入的調(diào)諧器就不需要采用昂貴的片外寬帶不平衡變壓器。在選擇調(diào)諧器之前，OEM應(yīng)該提出此類問題：需要RF輸入濾波器嗎？是否在IF放大器之后集成了下行轉(zhuǎn)換器？是否配備片上RF和IF增益控制，并足以取消外部增益控制電路？采用這種調(diào)諧器之后，我的整個(gè)BOM的成本將是多少？ 基本調(diào)諧器要求 對(duì)于目前的CATV調(diào)諧器來說，最基本的要求是具有良好的通道選擇性、優(yōu)良的信號(hào)完整性和簡樸的設(shè)計(jì)。它們還要支持行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如OpenCable 和DOCSIS，以滿足即將開拓的市場的需求。此外，它們要經(jīng)濟(jì)有效地處理模擬和數(shù)字視頻、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以及在一些情況下的電纜電話。目前，隨著越來越多的消費(fèi)者在接收內(nèi)容之后，對(duì)其進(jìn)行編輯并存儲(chǔ)在硬盤中供將來瀏覽，因而驅(qū)動(dòng)著對(duì)多種調(diào)諧器DVR/PVR STB的需求。為了實(shí)現(xiàn)這些功能，STB必須結(jié)合多種模擬和數(shù)字調(diào)諧器以及分支器，該分支器能夠在最大限度地保持信號(hào)完整性的前提下把信號(hào)分配出去。由于STB的設(shè)計(jì)包含多種功能，節(jié)省空間就是至關(guān)重要的；高集成度的單芯片調(diào)諧器比分立或多芯片前端方案更有吸引力。 對(duì)PVR/DVR STB需求的增長，不僅僅對(duì)調(diào)諧器設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)，而且，要以盡可能小的噪聲和失真為每一個(gè)調(diào)諧器提供信號(hào)。人們也希望不僅僅把RF輸入分配到幾個(gè)RF輸出以饋入每一個(gè)調(diào)諧器，而且，要給這些路徑增加獨(dú)立的增益控制，這就減少或消除了在調(diào)諧器中調(diào)整輸入所面臨的困難。因此，重要的是具備優(yōu)異噪聲系數(shù)和線性度的STB前端RF分支器，以確保信號(hào)的惡化最小。今天，市場上有幾種產(chǎn)品能帶來所有這些好處，ANADIGICS公司提供的緊湊型單一封裝有源分支器就是其中最為著名的一種，它不僅僅提供行業(yè)領(lǐng)先的噪聲系數(shù)和線性度，而且具有獨(dú)立于每一個(gè)調(diào)諧器路徑的寬動(dòng)態(tài)范圍的增益控制。 性能的尺度：線性度和失真 調(diào)諧器的線性度影響信號(hào)完整性和圖像質(zhì)量。目前，大多CATV調(diào)諧器都采用雙轉(zhuǎn)換調(diào)諧器，因?yàn)樗鼈兙哂幸种聘蓴_通道和減少互調(diào)失真的固有能力，對(duì)在擁擠的有線電視頻譜中實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)圖像是至關(guān)重要的；它們還比較小，比較便于制造，相比之下，傳統(tǒng)的單轉(zhuǎn)換調(diào)諧器要采用需要在制造過程中手工調(diào)節(jié)的跟蹤濾波器。 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)諧對(duì)線性度的要求不如模擬調(diào)諧器嚴(yán)格，因此，數(shù)據(jù)調(diào)諧器能采用單變換架構(gòu)并實(shí)現(xiàn)可接受的性能。對(duì)數(shù)字視頻調(diào)諧的要求就跟對(duì)模擬視頻調(diào)諧的要求一樣苛刻，所以，雙變換調(diào)諧器仍然是實(shí)現(xiàn)高線性度和低失真的架構(gòu)選擇。線性度的主要度量指標(biāo)是截取點(diǎn)，輸出截取點(diǎn)(OIP)是失真信號(hào)成分的輸出功率電平等于有用信號(hào)功率電平的頻點(diǎn)，輸入截取點(diǎn)(IIP)等于輸出截取點(diǎn)減去器件的增益(圖3)。 圖3：集成調(diào)諧器把完整的功能封裝到單一模塊之中 失真成分直接受到輸入功率的影響。例如，當(dāng)輸入功率增加1dB的時(shí)候，二階失真(IMD2)成分就增加2dB，三階失真成分(IMD3)就增加3dB。IMD2成分是兩個(gè)音調(diào)的相互作用引起的(或者是單音的倍頻，即二次諧波)。在有線電視應(yīng)用中，二階失真通常按照復(fù)合二階(CSO)失真性能來分析，CSO是通過累加給定被測通道的多個(gè)二階失真而得到的。良好的調(diào)諧器將提供優(yōu)于-60 dBc的典型CSO值。 IMD3成分是三個(gè)音調(diào)(三拍)之間或一個(gè)音調(diào)的二次諧波與另一個(gè)音調(diào)之間的相互作用引起的。復(fù)合三拍(CTB)性能是通過累加給定被測通道的多個(gè)IMD3成分獲得的。典型情況下，模擬視頻調(diào)諧器的CTB要優(yōu)于-63 dBc。 為了獲得所需要的線性度，一些調(diào)諧器需要外部濾波器元件來保持低的CSO和CTB。外部元件除了增加BOM之外，還會(huì)使噪聲系數(shù)惡化。對(duì)于新興的標(biāo)準(zhǔn)來說，如利用現(xiàn)有電纜布線在整個(gè)房屋中分布PVR/DVR和三重業(yè)務(wù)的MoCA標(biāo)準(zhǔn)(基于同軸電纜的多媒體聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn))，噪聲將成為一個(gè)較大的影響因素。在1GHz以上頻段，MoCA在現(xiàn)有有線電視系統(tǒng)的正反路徑上增加了第三條路徑。雙工器將由三工器所取代，輸入信號(hào)在此將被損耗1dB。在這樣的條件下，在調(diào)諧器中維持低的噪聲系數(shù)甚至就變得越來越重要。 圖4：受到諧波失真成分影響的線性度 噪聲 在模擬電視系統(tǒng)中，人們能夠容忍適度的干擾，例如，許多人就見過模擬電視中邊沿模糊的鬼影。在數(shù)字電視系統(tǒng)中，由于解調(diào)器不能解調(diào)出淹沒在噪聲中的信號(hào)，所以，當(dāng)接收信號(hào)受到一定程度干擾的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致屏幕一片空白。對(duì)于這樣的應(yīng)用，要求調(diào)諧器具備最小化噪聲的能力就極為重要。值得注意的兩種噪聲源分別是相位噪聲和噪聲系數(shù)。 相位噪聲是用于對(duì)振蕩器性能進(jìn)行分類的參數(shù)。時(shí)域中的隨機(jī)波動(dòng)(抖動(dòng))表現(xiàn)為頻域中的相位噪聲。在數(shù)字系統(tǒng)中，相位噪聲的性能很重要，因?yàn)樗芟拗泼恳粋�(gè)信號(hào)的相位分辨率(或可辯識(shí)的位數(shù))。集成調(diào)諧器的設(shè)計(jì)工程師通常采用更好的片上振蕩器和鎖相環(huán)合成器設(shè)計(jì)來解決這個(gè)問題。 噪聲系數(shù)影響調(diào)諧器檢測和接收弱信號(hào)的能力，調(diào)諧器的總噪聲系數(shù)受到個(gè)電路模塊的性能及這些模塊在信號(hào)路徑上的組成方式這兩個(gè)方面的影響。調(diào)諧器制造商通過在他們的每一個(gè)調(diào)諧器產(chǎn)品中改善這一參數(shù)，持續(xù)尋求把疊加在信號(hào)鏈上的噪聲降低到最小的方法。 動(dòng)態(tài)范圍 動(dòng)態(tài)范圍是度量調(diào)諧器處理強(qiáng)弱兩種信號(hào)的能力的參數(shù)。要獲得良好的動(dòng)態(tài)范圍，調(diào)諧器就需要在寬的輸入功率范圍內(nèi)，同時(shí)提供合適的線性度和噪聲性能的組合。通過利用位于調(diào)諧器前端的RF放大器和位于頻率變換之后的IF放大器，可以調(diào)節(jié)調(diào)諧器的信號(hào)增益。對(duì)這兩個(gè)增益級(jí)進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)的方式，決定整個(gè)系統(tǒng)的噪聲系數(shù)和線性度。 幸運(yùn)的是，盡管每家每戶之間的有線電視信號(hào)功率絕對(duì)值千差萬別，但是，有線電視系統(tǒng)在整個(gè)系統(tǒng)帶寬內(nèi)通常提供相對(duì)一致的功率級(jí)。因此，為STB選擇的調(diào)諧器必須具備寬動(dòng)態(tài)范圍以適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)條件。良好的模擬和數(shù)字調(diào)諧器提供80dB或更大的增益控制范圍，以支持這些業(yè)務(wù)條件對(duì)動(dòng)態(tài)范圍的要求。 在探索出眾性能的過程中，一些調(diào)諧器制造商已經(jīng)開發(fā)和應(yīng)用了專用的工藝。例如，在ANADIGICS公司開發(fā)的InGaP-Plus工藝技術(shù)中，在同一InGaP GaAs裸片上集成了異質(zhì)結(jié)雙極型(HBT)和場效應(yīng)三極管(FET)結(jié)構(gòu)，以利用這兩種工藝技術(shù)的優(yōu)勢。這種獨(dú)創(chuàng)的BiFET工藝表現(xiàn)出高功率密度、高效率、低噪聲和優(yōu)越的線性度，并可以通過單電源供電。在調(diào)諧器封裝中集成了用于控制的CMOS電路和其它利用硅工藝的功能，InGaP-Plus技術(shù)為滿足目前調(diào)諧器設(shè)計(jì)的需求提供了最佳的性能。 盡管STB OEM面臨下一代多媒體機(jī)頂盒設(shè)計(jì)及擴(kuò)展頻譜所帶來的挑戰(zhàn)，通過上述介紹的新技術(shù)，他們能滿懷信心、多快好省地完成任務(wù)。他們只要仔細(xì)地選擇調(diào)諧器合作伙伴，控制整個(gè)產(chǎn)品的成本，就能夠提供滿足其客戶需要的先進(jìn)性能的產(chǎn)品。 |
