關于傳送視頻的硅調諧器工作原理及技術分析

1 引言

　　一般通過電信號近距離傳遞信息，可以直接傳送基帶信號，但遠距離時必須把基帶信號調制到射頻信號上，即把低頻的信號頻譜搬移到高頻頻譜上。而接收端又必須從調制的信號中解調出基帶信號，也就是從高頻信號上把有用信號搬移到低頻。同時接收端往往會收到許多信號，我們還需選擇自己需要的信號。這個完成選擇需要的信號和信號頻譜向低搬移的器件就是調諧器（在模擬電視時代，調諧器通常用鐵盒封裝，也稱高頻頭）。

　　調諧器應用廣泛，它可以傳送視頻、聲音、數(shù)據(jù)等等信息。在種類繁多、形狀各異的調諧器中，最常見的、也是本文要討論的就是傳送視頻內容的調諧器（以下“調諧器”就特指這類調諧器）。

　　隨著北京奧運會臨近和地面數(shù)字電視節(jié)目的熱播，USB電視棒在國內熱銷起來。之所以一個小小的USB電視棒就能接收射頻電視信號，這要歸功于硅調諧器技術的成熟。近幾年半導體工藝技術和IC設計技術發(fā)展很快，這就促成了硅調諧器技術不斷更新?lián)Q代，形成了硅調諧器多種技術并存、多個半導體國際大廠參與競爭的局面。熱起來的硅調諧器技術就是本文關注的焦點。

　　2 調諧器介紹

　　2.1 調諧器分類

　　接收調制視頻的射頻信號的電子產(chǎn)品有許多種類，如衛(wèi)星機頂盒、有線機頂盒、電視機、手機電視、電腦電視卡、PCMCIA電視卡、USB電視棒等等。這些電子產(chǎn)品根據(jù)其特點使用了多種多樣的調諧器。這些調諧器可以從以下幾個角度去分類：

　　從接收信號角度調諧器分為模擬、數(shù)字、數(shù)模一體化三種，其中有些調諧器還可直接輸出基帶信號。而從接收信號的制式上看，模擬信號可以做到全制式接收，數(shù)字信號接收按地區(qū)分為DVB、ATSC、ISDB、DMB等。

　　從信號傳輸?shù)木W(wǎng)絡不同，可區(qū)分為衛(wèi)星調諧器、有線系統(tǒng)調諧器、地面廣播調諧器及手機調諧器等。如在歐洲有線網(wǎng)絡用DVB-C、地面廣播用DVB-T、衛(wèi)星廣播用DVB-S、手持設備用DVB-H等等。

　　從調諧器處理信號的技術分為模擬和數(shù)字兩種，傳統(tǒng)的鐵盒調諧器基本是采用模擬技術，而硅調諧器則是采用數(shù)字技術。

　　從調諧器電路架構方面，可分為下列幾類：單轉換中頻輸出、單轉換低中頻輸出、單轉換零中頻輸出、雙轉換中頻輸出、雙轉換低中頻輸出、及雙轉換零中頻輸出等等。

　　從調諧器改變調諧頻率的方式可分為電壓合成和頻率合成兩種。

　　2.2 調諧器基本工作原理

　　電路最簡單的調諧器是單轉換中頻輸出調諧器。其基本組成包括混頻器、振蕩器、鎖相環(huán)(MOPLL)和高頻放大器等。高頻放大器具有自動增益控制（AGC）功能，跟蹤濾波器是一個中心頻率可調的帶通濾波器。中頻濾波器是一個具有特殊傳輸特性的帶通濾波器，一般為聲表面波濾波器(SAWF)。單轉換中頻輸出調諧器電路架構如圖一所示：

　　射頻電視信號進入調諧器的高頻放大器進行放大，其增益由AGC電路自動控制，再由跟蹤濾波器將鏡像信號去除，利用混頻器和本地振蕩器混出中頻信號，最后經(jīng)由中頻濾波器慮除雜波、選擇出想要的頻道并進一步調整通帶特性，完成調諧器的功能。

　　2.3鐵盒調諧器現(xiàn)狀

　　目前最普及的電視機還是模擬電視，這類電視機使用的都是鐵盒調諧器，其基本功能就是選臺和混頻，屬于單轉換中頻輸出架構。

　　鐵盒調諧器大多采用調諧器專用IC和許多個分立器件組成。其主芯片采用雙極（Bipolar）工藝，具有成本極低的優(yōu)勢。由于調諧器處理的是幾百MHz的高頻信號，所以鐵盒調諧器使用了微帶和分布參數(shù)的器件。其中感應線圈需生產(chǎn)時由人工調節(jié)其分布參數(shù)。早期的鐵盒調諧器都采用電壓合成方式選臺，目前大多采用頻率合成方式，其優(yōu)點是選臺簡單，調諧鎖定，不易跑臺。

　　經(jīng)過多年的技術發(fā)展，傳統(tǒng)鐵盒調諧器設計和工藝技術十分成熟，盡管其電路器件多、結構復雜，生產(chǎn)調試難度很大。但是目前其成本十分低廉，只要不到10元人民幣，這就是使其在競爭十分激烈的模擬電視機市場占有絕對優(yōu)勢，根本無法被硅調諧器取代。但其肯定會隨著模擬電視在世界各國停播，逐被硅調諧器取代。

　　2.4 調諧器的幾個關鍵技術指標

　　調諧器作為一個電子產(chǎn)品，有幾個重要的電性能指標：

　　動態(tài)范圍：動態(tài)范圍指調諧器能接收的輸入信號強度的范圍。地面電視廣播對動態(tài)范圍的要求最大，約為60~70dB，有線傳播方式約30~40dB，衛(wèi)星傳播方式動態(tài)范圍則要求最小。

　　噪聲指數(shù)：也叫噪聲系數(shù)，就是系統(tǒng)輸入輸出前后信噪比的比值，也就是輸出信號的信噪比比上輸入信號的信噪比。它決定了調諧器最小可接收的信號強度，或稱為接收靈敏度。目前數(shù)字地面電視廣播的噪聲指數(shù)要求不得高于7dB，而有線系統(tǒng)的噪聲指數(shù)則小于10dB就可以了。

　　鏡像抑制比：就是濾除鏡像頻道信號的能力?；祛l器的特點決定了比想要頻道頻率高或低兩倍中頻的頻道也會輸出到后面的中頻濾波器，這就會對想要的頻道產(chǎn)生干擾。因此，必須在混波器前加一個跟蹤濾波器（也稱鏡像抑制濾波器）來濾除鏡像頻道。通常調諧器鏡像抑制必須達到50~60dB。

　　相位噪聲：相位噪聲定義為在該頻率處1Hz帶寬內的信號功率與信號總功率的比值。調諧器本振信號易受噪聲雜波的干擾而產(chǎn)生抖動，即相位變化，這就是調諧器的相位噪聲。因數(shù)字電視信號多采用正交調幅(QAM)及四相相移鍵控調制方式，相位噪聲會直接影響到數(shù)字調諧器的輸出信噪比。而模擬電視信號多采用調幅（AM）或調頻（FM）就不易受相位噪聲干擾。通常調諧器相位噪聲必須達到50dB以上。