Televizoriem, video ierakstītājiem, televizora pierīcēm un platjoslas kabeļu uztvērējiem ir kopīgs elements: uztvērējs. Lai gan visas citas elektroniskās sastāvdaļas šajās ierīcēs sarūk, samazinoties pusvadītāju tehnoloģijai, patērētāju lietojumos bieži tiek izmantotas milzīgas "uztvērēja tvertnes", lai sasniegtu šo kritisko funkciju. Izaicinoši skaņotāju dizaina ierobežojumi ir iemesls šai tehnoloģijai, taču tirgus spēki izvirza silīcija uztvērējus priekšplānā.
Tuner dizainerim ir jāpārvar daudzi izaicinājumi. Apraides televīzijas un kabeļtelevīzijas ievades signāls atrodas frekvenču joslā no 48 MHz līdz 861 MHz, un signāla stiprumam var būt plašs dinamiskais diapazons. Piemēram, apraides televīzijas lietojumprogrammās atlasāmajam signālam var būt blakus nevēlami kanāli, kuru signāla stiprums pārsniedz 100 reizes.
Tipisks uztvērēja dizains izmanto vienu pārveidotāja uztvērēja arhitektūru, lai gan ir iespējama arī cita arhitektūra. Viena pārveidotāja uztvērēja struktūra ietver priekšatlases filtru, zema trokšņa pastiprinātāju (LNA), lejupvērstu pārveidotāju un vidējas frekvences (IF) pastiprinātāju.
1. Silīcija uztvērēja dizaina ierobežojumi
1) Iepriekš atlasīta filtra izsekošana
Priekšatlases filtrs aizņem pilnu frekvences signāla frekvenču joslu un samazina to līdz mazākai frekvenču joslai, kas satur interesējošo kanālu. Ņemot vērā plašo kanāla frekvenču diapazonu, tas nozīmē, ka priekšatlases filtram ir jābūt izsekošanas joslas caurlaidības filtram, kura centra frekvence var mainīties visā signāla spektrā. LNA ar RF automātiskās pastiprināšanas kontroles funkcijām parasti seko iepriekš izvēlētam filtram.
Downconverter posms ir traditjoniski heterodīna sistēma. Lejupvērstais pārveidotājs ir veidots ar kanālu izvēli, kas ietver lokālā oscilatora (LO) pielāgošanu tā, lai starpība starp tā frekvenci un interesējošo signālu nonāktu IF filtra joslas joslā. Šajā posmā tiek izmantoti augstas veiktspējas, šaurjoslas, fiksētas frekvences filtri-parasti virsmas akustisko viļņu (SAW) ierīces-, atlasot un izslēdzot visas citas iespējas. Tam seko IF pastiprinātājs ar mainīgu pastiprinājuma kontroli, ļaujot sistēmai saskaņot izvēlētā signāla stiprumu ar skaņotāja vadītās demodulācijas un noteikšanas ķēdes vajadzībām.
Ņemot vērā ieejas signāla plašo frekvenču un signāla stipruma diapazonu, šīs arhitektūras izmantošana labas veiktspējas uztvērēja radīšanai radīs daudz izaicinājumu. Viens no tiem ir priekšatlases filtrs. Lai aptvertu visu signāla joslas platumu, tipiskām apraides TV uztvērēja ieviešanām ir nepieciešami filtri, kas darbojas trīs dažādās frekvenču joslās: VHF (ļoti augsta frekvence), 48 līdz 88 MHz; vidēja VHF, 174 līdz 216 MHz; un UHF (īpaši augsta frekvence) pie 470 līdz 861 MHz. Parasti tiek izmantoti atsevišķi filtri - viens katram filtram.
2) Vairāku joslu darbība
Iepriekšējās izvēles filtrs izvēlas darbības frekvenču joslu, taču, lai nodrošinātu nepieciešamo selektivitāti, var būt nepieciešams ieviest izsekošanas filtru. Izsekošanas filtram jāuztur relatīvi fiksēts joslas platums, lai gan centra frekvence var mainīties daudzās oktāvās. Šāda filtra realizācijai parasti ir nepieciešams liels skaits pasīvo komponentu, piemēram, induktori, kas rūpnīcā ir manuāli jānoskaņo, lai iegūtu pienācīgu veiktspēju. Šī prasība pēc pasīvajām sastāvdaļām un manuālā regulēšana ievērojami palielina skaņotāja izmēru un izmaksas. Tipisks uztvērējs var izmērīt 2.5 x 2 x 0.75 collas.
Tomēr priekšatlases filtrs nav vienīgais komponents ar dizaina problēmām. Lejupvērstajā pārveidotājā esošajam LO ir jāapstrādā arī plašs frekvenču diapazons. Priekšatlases filtrs tikai samazina ieejas signāla joslas platumu. Interesējošais signāls joprojām var nokrist jebkur 48 līdz 861 MHz diapazonā, un LO pamatā ir jāaptver šis diapazons. Turklāt LO ir jāuzrāda zems tuvu diapazona fāzes troksnis, pretējā gadījumā tiks traucēta DTV kanāla uztveršana. Integrētās shēmas oscilators sasniedz tik plašu frekvenču diapazonu, ko nevar noregulēt, un tajā pašā laikā uzrāda zemu fāzes troksni, izmantojot mūsdienu elektronisko sistēmu tipisko 3 voltu barošanas spriegumu. Var būt nepieciešams barošanas avots līdz 30 V.
Lai izpildītu visas šīs veiktspējas prasības, lielākā daļa piegādātāju izvēlas saglabāt tradicionālos TV un videomagnetofonu uztvērēju dizainus, neskatoties uz to izmaksām un lielumu. Bet tirgus spiediens sāk piespiest pārmaiņas. Viens no elementiem ir Federālās sakaru komisijas atļauja, tas ir, visi ASV pārdotie televizori ir sākuši izmantot uztvērējus, kas spēj uztvert digitālās TV pārraides. Šis uzdevums liek piegādātājiem mainīt savu produktu pamatstruktūru, radot iespējas jauninājumiem skaņotāju dizainā.
Pieprasījuma pieaugums pārnēsājamo izklaides tirgū ir veicinājis arī izmaiņas skaņotāju dizainā. Pārnēsājams nozīmē ar baterijām darbināmas vai rokas ierīces un aizliedz izmantot augstspriegumu LO ieviešanā. Turklāt pārnēsājamām ierīcēm ir nepieciešama daudz mazāka ieviešana nekā parastajiem uztvērējiem. Pieaugošajā plakano displeju/TV tirgū mazs izmērs ir arī svarīgs. Plakana paneļa dizainā uztvērēja izmērs var būt ierobežojošs faktors produkta retināšanai.
Vēl viena tendence, kas ietekmē uztvērēja prasības, ir tāda, ka patērētāji vēlas saņemt vairākus kanālus vienlaikus. Tas nozīmē, ka ir nepieciešams vairāk nekā viens skaņotājs, kas aizņem vairāk vietas, kas ietekmē sistēmas lielumu un palielina uztvērēja izmaksas gala produktam. Tirgus spiediens samazināt izmēru un citas tendences ir veicinājušas silīcija uztvērēju dizainu izmantošanu.
3) Novērst manuālo regulēšanu
Silīcija uztvērēja dizainam ir daudz mērķu. Viens no galvenajiem mērķiem ir novērst nepieciešamību manuāli pielāgot izsekošanas filtra ārējos komponentus. Silīcijam ir divi efekti. Viens no tiem ir tas, ka, likvidējot lielāko daļu ārējo komponentu, tiek novērsta to spēja absorbēt un izkliedēt nevēlamo RF enerģiju no izslēgtās frekvenču joslas. Silīcija uztvērējiem ir jāizmanto novatoriskas shēmas LNA un maisītājos, lai pārvaldītu nevēlamu enerģiju, nesabojājot tranzistorus.
Otra ietekme ir nepieciešamība pēc jaunas RF arhitektūras. Sākotnējie silīcija uztvērēju dizaini mēģināja izmantot dubultās konversijas metodi, kas nodrošināja selektivitāti, manuāli neregulējot ārējos komponentus. Pirmā pārveidošana maina ievades signāla frekvenci uz augšu. RF SAW filtrs samazina joslas platumu pirms otrreizējas pārveidošanas par IF. Filtra ierīce atspoguļo šīs konstrukcijas galvenās izmaksas.
Nesen, lai pārvarētu izmaiņas pusvadītāju procesu ražošanā, tiek izmantota paškalibrēšanas tehnoloģija. Daži arī novērš nepieciešamību pēc augstsprieguma barošanas avotiem LO un RF SAW ierīcēm. Tā vietā viņi IF stadijā izmanto tikai SAW filtrus, kuriem ir daudz zemāka frekvence un kas ir lētākas ierīces nekā RF SAW filtri.
Lai īstenotu šos dizainus silīcijā, nepieciešama progresīva pusvadītāju procesa tehnoloģija. Mikroshēmu piegādātāji parasti raksturo tikai to digitālās VLSI ieviešanas procesu. Lai ieviestu silīcija uztvērēju, process jāraksturo, pamatojoties uz RF veiktspēju. Turklāt procesam ir jābūt veidam, kā izveidot pareizas vērtības induktoru, un tam jābūt pietiekami augstam Q zemas fāzes trokšņa LO ieviešanai vai RF filtra konstrukcijai. Šādu procesu tagad var izmantot.
Papildus pusvadītāju procesiem silīcija uztvērējiem ir nepieciešama rūpīga mikroshēmu konstrukcija. RF ir daudz iespēju izstarotiem un vadītiem traucējumiem. Viena mikroshēmas silīcija uztvērēja dizainā mikroshēmas signālu līniju tuvums un ķēdes substrātu koplietošana to pastiprina. Lai kontrolētu šos traucējumus, ir nepieciešams izkārtojums, kas atdala kritiskās ķēdes un ietver ekranēšanas modeļus. Projektēšana prasa arī rūpīgu mikroshēmas jaudas un zemes sadales tīklu izveidi un pārvaldību. Turklāt dizainā jāiekļauj filtrēšanas komponenti mikroshēmā un ārpus mikroshēmas, lai pārtrauktu traucējumu signāla ceļu.
Visas šīs problēmas ir atrisinātas, un, parādoties silīcija uztvērēja ierīcēm, produktu dizaineri ir sākuši veidot veidus, kā atbrīvoties no vecā skaņotāja. Satelītu un kabeļu uztvērēji bija pirmie, kas pieņēma šo metodi. Viņi apstrādā signālus ar aptuveni vienādu jaudu katrā kanālā. Šī kanāla vienveidība nedaudz vienkāršo uztvērēja dizainu, ļaujot agrīnajam silīcija uztvērēja aprīkojumam izpildīt prasības.
Tomēr virszemes apraides uztveršanai jāizmanto uztvērējs, kas var nodrošināt selektivitāti plašā kanālu jaudas līmeņu diapazonā. Iespēja apvienot spēcīgus signālus blakus kanālos ar vājiem interešu kanāliem nosaka stingrus skaņotāja dizaina selektivitātes ierobežojumus. Vēl nesen novatoriskās RF arhitektūras un uzlabotā RF pusvadītāju apstrāde ļāva silīcija uztvērējiem sasniegt nepieciešamo veiktspēju par zemām izmaksām.
Izslēdzot nepieciešamību manuāli pielāgot, šie silīcija uztvērēji var palielināt ražošanas ražīgumu un nodrošināt uzticamāku veiktspēju nekā vecāki modeļi. Tie atbilst pārnēsājamo ierīču vajadzībām, novēršot nepieciešamību pēc augstsprieguma barošanas avotiem un ļaujot tos kompakti ieviest. Ņemot vērā tirgus ietekmi uz šiem atribūtiem, sagaidāms, ka silīcija uztvērēji saskaņos TV uztvērēju dizainu ar citām elektronikas nozares daļām.
Ravi Šenojs ([e-pasts aizsargāts]) ir LSI Logic (Milpitas, Kalifornija) analogais režisors un RF tehnoloģija.
citu mūsu produktu:
