發布日期：2022-07-15 點擊率：25
近年來,電視領域經歷了一些巨大的變化。最明顯的就是從模擬到數字電視的變化。傳統的陰極射線管(CRT)電視正在被新型的LCD和等離子顯示面板所取代。不過市場表明消費者并不愿意為新的高性能技術付出過多的費用。因此,該領域的半導體供應商不得不研發性能更好的新產品,同時還要降低生產成本并保持“環境友好”。
電視機中電子設計的主要目標是降低功耗和成本,同時增加功能和改善性能。最終,低功率的結果是節省了用來發電所需的化學燃料,從而減少了二氧化碳的排放,進而延緩了全球變暖的進程,而全球變暖目前正是全球普遍討論的重要話題。除了有利于減輕這些生態問題,消費者對降低能耗的直接感受是節約開支。目前消費者也日益意識到電子產品對環境的影響以及隱性成本問題。許多國家建立了專門的機構以確保生產廠商能夠滿足功率節省的要求。
一個此類的機構是能源之星(Energy Star)協會,它是1992年由美國環境保護局(EPA)規劃發展的第一個機構,旨在驗證和促進能夠節省能源的產品。具有能源之星標志的產品具有較低的工作成本并支持環保。當產品獲得10%到20%的能量節省時就能達到一定的級別。目前,能源之星協會正在推廣宣傳,如“如果有一半的美國家庭使用具有能源之星的電視機來替代原有的常規電視機,其結果相當于關閉一座發電廠”；或者“具有能源之星標志的電視機比常規電視機節省30%的能源”,“選擇具有能源之星標志的產品,將在不影響產品質量和用戶期望的性能條件下,幫助防止全球變暖和促進空氣清新”,最后還有“如果今年銷售的每臺電視機都具有能源之星標志,將減少90億磅的空氣污染”。
盡管RF調諧器IC的功耗與整套電視機的能耗相比還相當小,但是即便是極小的功率節省也是極有意義的,因為每年有1億套以上的電視機和機頂盒(STB)的市場需求。例如,如果每套節省僅200mW的能耗,就相當于關閉一座10兆瓦的發電廠。
在過去幾十年中,電視機調諧器的電源電壓經歷了從12V降到9V,又降到了。如今,大量的RF調諧器用在模擬電視機中,數字電視和機頂盒的電源電壓為5V。最近,英飛凌公司新推出了3種RF調諧器IC,即TUA6041、TUA6045和TUA6039,能夠采用5到的電源電壓正常工作。采用的電源時,經過能源之星協會的確認,這些新型的RF調諧器IC可節省170mW的功耗,同時性能沒有任何降低。換句話說,不論這些產品是工作在還是5V,都呈現相同的線性性能。在這些芯片內部,具有電壓調節器,將電壓恒定保持在以下,這與傳統5V電源的調諧器相比,功耗降低了30%以上。如果在未來三年中,全世界所有(用于電視機和機頂盒)的調諧器模塊都采用英飛凌公司的TUA6039,就相當于關閉兩座10兆瓦的發電廠,并且如果依據這一期間的電費計算,將為用戶節省大約600萬美元的費用。
圖1:新的OmniTune產品TUA6039/TUA6041/TUA6045在單芯片上集成了完整的射頻和中頻功能,從而使數字電視調諧器IC產品在不降低性能的基礎上向更小和更低成本有效演進。
這些新型RF調諧器采用了兩項新技術。TUA6039采用了真正的雙極工藝,特別適合于低成本的固定式應用。TUA6041和TUA6045瞄準的是便攜式應用和汽車電視,因此采用了具有更好性能和更低功耗的BiCMOS工藝。這三種調諧器都是高集成度的電視前端設備,包括一個混頻器-振蕩器-鎖相環(MOPLL)和一個AGC放大器,如圖2所示。
圖2:TUA6041方框圖和MOPLL+IF AGC應用。
這三種最新IC都是三波段調諧器,包括了所有主要的RF頻段,如VHF-低、VHF-高、UHF以及DAB-L波段(L-band,僅TUA6045/1具有)。這就使得這些調諧器特別適合支持模擬、數字地面和有線電視系統(PAL、SECAM、NTSC、DVB-T/C、ISDB-T、ATSC等)以及音頻系統(FM/DAB)的多制式接收機。在經過濾波器和AGC放大器的前級之后,信號將被進一步放大并與鎖相環振蕩器混頻,振蕩器中的四引腳UHF振蕩器槽路可確保最佳的相位噪聲性能。
目前,英飛凌公司是RF調諧器IC產品的市場領先者,提供MOPLL IC(TUA6034)以及IF AGC放大器(TDA6192),該放大器在數字電視機中的份額已經達到75%以上。新的系列產品以更低的功耗提供更好的性能,從而允許開發更小的調諧器模塊,其結果是更進一步地降低系統成本。一些讀者可能會關心是如何使用低電壓實現更好性能的。原因是由于半導體工藝技術的不斷演進,還有更精巧的電路設計技術。一個實例就是在中頻IF級的輸出端利用無源器件改善電壓降低后的性能。
TUA6041包括了3個用來校正前級濾波器的數模轉換器(ADC)。這就允許模塊設計師能夠使用純SMD器件來替代空氣線圈。而TUA6041和TUA6045都含有一個DC/DC變換器,并在混頻器前面有一個寬帶RF檢波器,這保證了最佳的線性度,并與頻率為4~16MHz的晶體一起,保證了最佳的相位噪聲性能。最后,所有這三款IC都集成了完整的MOPLL和中頻AGC放大器功能。英飛凌公司提供了上述三種調諧器IC的參考設計,如圖3所示。
圖3:采用英飛凌器件的調諧器參考設計。參考設計板尺寸大約20mm×20mm。
總之,傳統電視機和機頂盒中的調諧器往低電源電壓的轉變是可行的,在減小體積和降低系統成本的同時可以不犧牲性能。有幾家業界領先的RF模塊生產商已經開始應用電源,而且有更多的廠商期望采用,最終這將有益于消費者,最重要的是將有益于我們生存的未來全球環境。
作者:Muschallik Claus
總監
調諧器系統技術支持部
英飛凌科技公司
