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數位調變時代來臨 電視調諧器向矽晶之路邁進

上網時間: 2008年02月29日  打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:WLAN  電視調諧器  視訊轉換盒 

儘管手機和WLAN收發器早在數年前就已經過渡到矽晶IC,但固態電視調諧器的進度卻相對較為緩慢。最近,幾家公司已開始提供基於IC的電視接收器,以取代傳統鐵殼型調諧器(can tuner)。

過去的十年,我們見證了電視產品方面的顯著技術創新:高解析數位電視、平面顯示器和立體聲音訊。此外,Microsoft Windows XP Media Center已經為為PC的電視接收功能開創了一個繁榮的市場。再者,消費者對於從行動手持設備上觀看實況轉播電視或下載視訊的多媒體性能要求也不斷地增加中。再加上對於上述各方面的創新,造就了全球電視廣播從類比轉換至數位調變時代的來臨。

數位電視革命正迅速發展中;而事實上,類比廣播在某些區域也已經停播了。但是,為了大幅降低對於電視觀眾的影響以及易於順利轉換,許多政府已經強制規定在2009年2月17日之前,傳統的類比(即NTSC、PAL和Secam)和數位(即DVB-T、ISDB-T和ATSC)訊號仍可共存。因此,在許多地區,數位電視轉換仍將持續多年,而混合式的廣播系統象徵著一個極大的市場。

有趣的是,幾乎所有用於傳統類比訊號的電視和數位類比視訊轉換盒,仍然使用著由幾百個分離式元件所組成的低科技、高功耗的傳統調諧器模組。這種名為鐵殼式調諧器的傳統元件特性在於:分離式的固定和可調諧電感器以及獨立式電晶體,採用了大型(通常為2×4英吋)的金屬外殼將其結合在一起,以大幅降低RF干擾。手動干擾必須‘調諧’所有的這些分離式元件,因而導致了耗時的製造與測試過程。

顯然,固態電視調諧器有助於解決這些問題,以及包括多標準、整合、尺寸和功耗等其他挑戰。目前我們仍然處在積體電路電視調諧器進入消費產品的初期階段,此一事實正顯示出電視調諧器設計面臨著比蜂巢式收發器更大的挑戰。那麼,我們為何不就用蜂巢式網路來為行動設備提供電視類型的應用呢?

調諧器技術問題

手機應用和廣播電視之間的調諧器設計,所考慮的主要技術差異在於頻寬、干擾和動態範圍。蜂巢式接收器必須在極窄的頻率範圍內工作。例如,典型的GSM接收器只需覆蓋25或30MHz的範圍,而電視調諧器則必須接收超過800MHz的頻寬(42∼864MHz)。

這個寬範圍的頻率回應影響著接收器設計三個主要方面:頻率合成器、低雜訊放大裝置和濾波器。合成器的主要問題在於其在產生所需頻率和滿足鎖時要求的同時,也保持更小外形尺寸和低功耗的能力。放大裝置的主要設計問題在於其對較廣泛訊號的感應性,這些干擾訊號會產生不勻稱的影像、殘影和訊號損耗。這些干擾訊號可能來自於廣播電視台、蜂巢式傳輸甚至汽車啟動裝置。蜂巢式手機接收器在其接收器前端採用了一個固定的濾波器,可有效地消除廣泛頻譜中的潛在干擾(由於涉及的頻段較窄);而與蜂巢式手機接收器不同的是,電視接收器則由於涉及的廣播頻寬較高,因此不採用單一固定濾波器來有效抑制干擾訊號。因此,電視調諧器需要非常專用的主動頻道濾波技術。

另一個設計障礙是適應廣播電視訊號的大動態範圍。接收器與發射器的任意可變距離導致了頻道訊號強度的大範圍變化。要處理動態範圍中的這些潛在較大差異,就需要極其複雜的IC設計。透過線纜傳送的不同頻道電視訊號,均具有相當一致的訊號強度,這使得早期的IC可以部署在有線電視接收器中。

由於動態範圍的問題,調諧器會對於極其微弱的訊號相當敏感,包括出現強干擾時接近接收器本底雜訊的傳入電視訊號。例如,無用訊號的強度可能比有用訊號的強度高55dB,因此接收器必須在出現較強干擾訊號時放大所需的訊號。另外,這是經由採用可抑制干擾的先進頻道濾波技術所實現的。

Xceive XC3028就是針對視訊轉換盒應用的矽晶IC電視調諧器之一例。該元件的尺寸為4.2×4.3mm,由Jazz Semiconductor公司採用五金屬層(five-metal-layer)、0.18微米BiCMOS製程生產。它可支援NTSC、PAL和Secam類比標準,此外,透過產生數位解調器介面訊號,然後再由電視設計中的其它數位解調電路進行處理,該元件還支援ATSC、DVB-C、DVBT和ISDB-T數位標準。Xceive還開發了低功率接收器IC,主要瞄準為桌上型或筆記型電腦增加電視功能的應用。

圖1:XC3028單晶片類比和數位電視調諧器晶片,顯示了完全整合的RF至基頻功能模組。
圖1:XC3028單晶片類比和數位電視調諧器晶片,顯示了完全整合的RF至基頻功能模組。

行動設備用電視調諧器

行動手持設備中的多媒體性能包括資料、音訊、視訊和即時數位電視編程。為行動手持設備提供電視服務可以透過兩種方式來實現。第一種是採用現有的蜂巢式網路,第二種是採用專有的單向廣播電視網路。

然而,蜂巢式電視技術受到低解析度和低訊框速率的限制,可能導致產生時播時停的不連續影像。更重要的是,高品質電視服務需要10倍的語音服務資料速率。因此,如果許多用戶同時使用電視服務時,需求量將會超過蜂巢式網路的容量,因而導致通話中斷或‘網路忙線’等錯誤消息。

因此,蜂巢式網路無法為所有的用戶提供一系列的電視服務,這意味著廣播電視在高性能、即時廣播電視性能方面能夠比行動手持設備實現更高的性能。目前存在幾個競爭標準,包括數位視訊廣播手持裝置(DVB-H)、數位多媒體廣播(DMB)、整合服務數位廣播(ISDB-T)和MediaFLO。

MaxLinear MxL5005S全球標準矽晶IC調諧器是一款用於視訊轉換盒和行動應用的超低功率電視調諧器。該元件的尺寸為3.7×3.7mm,採用五金屬層、0.18微米CMOS製程。Max-Linear公司聲稱,該元件功耗僅為300mW,可同時適用於類比和數位電視接收。

隨著整合的逐漸發展,矽晶調諧器的下一步將可能是把電視解調器整合在手持應用處理器中,或者是將電視解調器與RF電視調諧器共同整合在系統級封裝中。另外,也有人預計下一步是將解調器與RF調諧器整合在一個晶片中。然而,多模和多頻調諧器將持續與廣播標準共同發展演進。

圖2:高整合的MaxLinear MxL5005S類比和數位調諧器,可為多種電視標準的接收提供低成本解決方案。
圖2:高整合的MaxLinear MxL5005S類比和數位調諧器,可為多種電視標準的接收提供低成本解決方案。

作者:Michael Keller

RF產品技術分析師

Semiconductor Insights公司




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