利用高集成度的RF調(diào)諧器應(yīng)對移動(dòng)電視技術(shù)的挑戰(zhàn)

在研究移動(dòng)電視技術(shù)發(fā)展趨勢時(shí)需要區(qū)分產(chǎn)品功能組合、封裝、性能、采用的半導(dǎo)體工藝和最重要的射頻接收器性能。目前大多數(shù)單制式解調(diào)器都采用130納米至65納米CMOS工藝制造。
多數(shù)情況下，它們與射頻接收器一同封裝在系統(tǒng)級封裝內(nèi)(SiP)，構(gòu)成移動(dòng)電視前端組件。然而不同解決方案的性能不盡相同，遲早這些產(chǎn)品都只會(huì)滿足各自的傳輸標(biāo)準(zhǔn)。

　　在“時(shí)隙模式”下(包括適用于多業(yè)務(wù)應(yīng)用的射頻和內(nèi)存)，實(shí)現(xiàn)低于50mW的極低系統(tǒng)功耗所面臨的主要挑戰(zhàn)是較小的外形尺寸和將系統(tǒng)集成于消費(fèi)電子平臺(tái)的復(fù)雜度。不過目前隨著市場的日趨成熟，所面臨的最大挑戰(zhàn)是滿足縮短開發(fā)周期和降低生產(chǎn)成本的需求。為了應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，英飛凌科技開發(fā)出OmniVia TUS9090。

系統(tǒng)特點(diǎn)

　　TUS9090是采用英飛凌RFCMOS 130納米工藝開發(fā)的創(chuàng)新型單片IC。該SOC集成了多頻帶射頻接收器(VHF、UHF和適用于歐盟與北美的L頻帶)、DVB-T解調(diào)器組件和DVB-H物理層及固件和多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)接收所需的嵌入式內(nèi)存。

　　TUS9090無需外部濾波器、內(nèi)存等組件，但如果TUS9090用于在VHF頻帶下接收DVB-T，就需要一個(gè)外部LNA。TUS9090集成了片上內(nèi)存和邏輯內(nèi)核，具備各種鏈路層和FEC功能。表1對DVB-H制式和其他新開發(fā)的制式進(jìn)行了比較。

　　要開發(fā)出這種混合信號單片IC，需要大量的工程技術(shù)專長和豐富的經(jīng)驗(yàn)。首先需要進(jìn)行系統(tǒng)分區(qū)，分區(qū)時(shí)需分析性能需求，然后根據(jù)需求，實(shí)現(xiàn)最佳的軟硬件混合分區(qū)。隨后的設(shè)計(jì)優(yōu)化需要實(shí)現(xiàn)高級信號處理算法，但工程師需要深入了解相關(guān)的噪聲問題——高速數(shù)字組件發(fā)出的噪聲可進(jìn)入靈敏的模擬射頻組件(例如LNA)。如果設(shè)計(jì)不仔細(xì)，測試不夠詳盡，就無法滿足系統(tǒng)健壯性要求，導(dǎo)致性能降低，最終令客戶失望。此外，由于相鄰信道干擾、信號的快速深度衰減(終端隨汽車和火車移動(dòng))和較差的室內(nèi)接收信號強(qiáng)度(信號功率損失)，使得移動(dòng)電視的接收面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

　　創(chuàng)新TUS9090單片IC完全符合MBRAI II規(guī)范。在DVB-H模式(QPSK、CR 1/2、GI=1/4、8MHz、8K FFT)下，射頻靈敏度高于-98dBm，如果不計(jì)入外部巴倫，射頻調(diào)諧器的噪聲系數(shù)為4dB。在TU6通道條件下(MPE誤幀率為5%)，假設(shè)采用QPSK調(diào)制、1/2碼率、1/4保護(hù)間隔、3/4 MPE FEC率和8K FFT，測得最小載噪比(C/N)為8.4dB。在相同條件下，相移Fd3dB@MBRAI為170Hz。在單頻網(wǎng)(SFN)條件下也可實(shí)現(xiàn)類似的性能。

　　TUS9090采用8.5×8.5×0.8mm SGA封裝。不過為了最大限度縮小外形尺寸，TUS9090單片芯片采用凸點(diǎn)封裝，以裸片形式供貨(凸點(diǎn)裸晶厚度小于0.4mm)，便于以較低的成本開發(fā)出外形很小的模塊。省去封裝工藝，進(jìn)一步降低了制造成本。

系統(tǒng)架構(gòu)

　　圖1顯示了從天線輸入端至連接主機(jī)或多媒體處理器組件的SDIO接口輸出端的系統(tǒng)架構(gòu)框圖。

圖1：OmniVia TUS9090的功能架構(gòu)框圖

　　實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電視功能的前端的第一部分是射頻信號接收所需的小型天線。在移動(dòng)環(huán)境下，移動(dòng)電視信號的恢復(fù)受各種條件的限制，包括特定的系統(tǒng)集成問題?？紤]到UHF接收器的帶寬和移動(dòng)終端天線的尺寸限制等因素，天線的設(shè)計(jì)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。盡管低噪接收器設(shè)計(jì)可緩解這個(gè)問題，但天線仍然是系統(tǒng)中最好的“低噪聲放大器”。因此，我們需要尋找新穎的天線解決方案。調(diào)諧天線或諧振天線具備非常出色的性能。不過當(dāng)GSM發(fā)射器發(fā)出較強(qiáng)信號時(shí)，由于無線組件與DVB-H天線之間的隔離度僅為10-20dB，變?nèi)荻O管等非線性調(diào)諧元件就會(huì)降低有用信號的質(zhì)量。

　　TUS9090采用折中配置，旨在實(shí)現(xiàn)最佳的線性度和最低的噪聲。在UHF級，射頻調(diào)諧器的噪聲系數(shù)為4dB，符合MBRAI II標(biāo)準(zhǔn)。如果某種應(yīng)用需要更高的性能，可通過增加外部LNA使噪聲系數(shù)達(dá)到2dB或更低。英飛凌可提供完整的參考設(shè)計(jì)或根據(jù)客戶的具體需求修改設(shè)計(jì)。

　　在TUS9090中，位于天線和輸入級之后的是嵌入式射頻接收器，它是集成了LNA、混頻器、通道濾波器、晶體振蕩器、鎖相環(huán)路(PLL)和片上環(huán)路濾波器、VCO和IF增益控制器的直接變頻接收器。從射頻到I/Q信號的差分信號通道具備出色的噪聲抑制功能。此外，集成化寬帶射頻AGC(自動(dòng)增益控制)環(huán)路位于集成LNA之后。該射頻組件能夠直接接在LNA之后對信號進(jìn)行檢測，它能夠響應(yīng)混頻器所能檢測到的所有信號，避免由任何相鄰信道所引起的任何線性度問題。針對寬帶AGC，TUS9090采用模擬增益控制環(huán)路、實(shí)現(xiàn)基帶增益控制的數(shù)字化，并通過專用數(shù)字AGC總線控制可編程增益步長。此外，支持多種標(biāo)準(zhǔn)晶體頻率的集成化高性能晶體振蕩器，可確保射頻組件的正常工作——不論系統(tǒng)時(shí)鐘是否可用。不過這種射頻組件也能配合優(yōu)質(zhì)的系統(tǒng)時(shí)鐘一起工作，從而降低晶振成本。