Teleritel, videomakkidel, digiboksidel ja lairibakaabli vastuvõtjatel on ühine element: tuuner. Kuigi kõik muud nende seadmete elektroonilised komponendid kahanevad pooljuhttehnoloogia kahanedes, kasutavad tarbijarakendused selle kriitilise funktsiooni saavutamiseks sageli tohutuid "tuunerimahuteid". Tuuneri disaini keerulised piirangud on põhjuseks, miks see tehnoloogia püsib, kuid turujõud tõstavad räni tuunerid esiplaanile.
Tuuneri disainer peab ületama paljusid väljakutseid. Ringhäälingu televisiooni- ja kaabelrakenduste sisendsignaal asub sagedusalas 48 MHz kuni 861 MHz ning signaali tugevusel võib olla lai dünaamiline ulatus. Näiteks ringhäälingu televisioonirakendustes võib valitud signaalil olla kõrvuti soovimatud kanalid, mille signaali tugevus ületab 100 korda.
Tüüpiline tuuneri disain kasutab ühe konversiooni vastuvõtja arhitektuuri, kuigi võimalikud on ka muud arhitektuurid. Ühe konversioonituuneri struktuur sisaldab eelvaliku filtrit, madala müratasemega võimendit (LNA), allamuundurit ja vahesagedusvõimendit (IF).
1. Piirangud räni tuuneri disain
1) Eelvalitud filtri jälgimine
Eelvaliku filter võtab kogu sagedussignaali sagedusala ja vähendab selle väiksemaks sagedusribaks, mis sisaldab huvipakkuvat kanalit. Kanali laia sagedusvahemikku silmas pidades tähendab see, et eelvaliku filter peab olema jälgiv ribalaiuse filter, mille kesksagedus võib signaali spektris varieeruda. RF automaatse võimenduse juhtimisfunktsiooniga LNA -d järgivad tavaliselt eelnevalt valitud filtrit.
Allakonverteri etapp on traditsioonilineiooniliselt heterodüünisüsteem. Allakonverter on konstrueeritud kanalivalikuga, mis hõlmab kohaliku ostsillaatori (LO) reguleerimist nii, et selle sageduse ja huvipakkuva signaali vahe jääb IF -filtri ribalaiuse sisse. Selles etapis kasutatakse suure jõudlusega kitsaribalisi fikseeritud sagedusega filtreid-tavaliselt pinnaakustiliste lainete (SAW) seadmeid-, valides ja välistades kõik muud valikud. Sellele järgneb muutuva võimendusega juhtimisvõimendi IF, mis võimaldab süsteemil sobitada valitud signaali tugevuse tuuneri juhitava demodulatsiooni- ja tuvastusahela vajadustega.
Arvestades sisendsignaali laia sagedus- ja signaalitugevuse vahemikku, toob selle arhitektuuri kasutamine hea jõudlusega tuuneri genereerimiseks kaasa palju väljakutseid. Üks neist on eelvaliku filter. Täieliku signaali ribalaiuse katmiseks vajavad tüüpilised ringhäälingu TV -tuuneri rakendused filtreid, mis töötavad kolmes erinevas sagedusribas: VHF (väga kõrge sagedus), 48 kuni 88 MHz; keskmine VHF, 174 kuni 216 MHz; ja UHF (ülikõrge sagedus) sagedusel 470–861 MHz. Tavaline rakendus on kasutada eraldi filtreid, üks iga filtri jaoks.
2) Mitmerealine töö
Eelvaliku filter valib töösagedusriba, kuid vajaliku selektiivsuse tagamiseks võib siiski olla vaja rakendada jälgimisfiltrit. Jälgimisfilter peab säilitama suhteliselt fikseeritud ribalaiuse, kuigi kesksagedus võib paljude oktavide jooksul muutuda. Sellise filtri teostamiseks on tavaliselt vaja suurt hulka passiivseid komponente, näiteks induktiivpoolid, mis tuleb nõuetekohase jõudluse saavutamiseks tehases käsitsi häälestada. See nõudlus passiivsete komponentide ja käsitsi häälestamise järele suurendab tuuneri suurust ja maksumust oluliselt. Tavaline tuuner võib mõõta 2.5 x 2 x 0.75 tolli.
Eelvaliku filter ei ole aga ainus komponent, millel on disainiprobleeme. Allavoolu muunduri LO peab hakkama saama ka laia sagedusvahemikuga. Eelvaliku filter vähendab ainult sisendsignaali ribalaiust. Huvitav signaal võib siiski langeda kõikjale vahemikus 48 kuni 861 MHz ja LO peab selle vahemiku põhimõtteliselt katma. Lisaks peab LO-l olema madal lähedase faasi müra või DTV-kanali vastuvõtt on ohus. Integreeritud vooluahela ostsillaator saavutab sellise laia sagedusvahemiku, mida ei saa häälestada, ja samal ajal avaldab see madalat faasimüra, kasutades tänapäevaste elektrooniliste süsteemide tüüpilist 3-voldist toitepinget. Vajalik võib olla toiteallikas kuni 30 V.
Kõigi nende jõudlusnõuete täitmiseks valib enamik tarnijaid vaatamata nende maksumusele ja suurusele traditsioonilise teleri- ja videomagnetofoni tuuneri kujunduse. Kuid turusurve hakkab muutusi sundima. Üks elemente on föderaalse kommunikatsioonikomisjoni luba, see tähendab, et kõik Ameerika Ühendriikides müüdavad telerid on hakanud kasutama digitaaltelevisiooni vastuvõtmiseks sobivaid tuunereid. See ülesanne sunnib tarnijaid muutma oma toodete põhistruktuuri, luues võimalusi tuuneri disaini uuendamiseks.
Kaasaskantava meelelahutusturu nõudluse kasv on soodustanud ka tuuneri disaini muutusi. Kaasaskantav tähendab patareitoitega või käeshoitavaid seadmeid ja keelab kõrgepinge kasutamise LO rakendustes. Lisaks vajavad kaasaskantavad seadmed palju väiksemaid rakendusi kui tüüpilised tuunerid. Kasvaval lameekraan-/teleriturul on väiksus samuti oluline. Lamedate paneelide puhul võib tuuneri suurus olla toote hõrenemist piirav tegur.
Teine suund, mis mõjutab tuuneri nõudeid, on see, et tarbijad soovivad korraga vastu võtta mitut kanalit. See tähendab, et vaja on rohkem kui ühte tuunerit, mis võtab rohkem ruumi, mis mõjutab süsteemi suurust ja suurendab tuuneri maksumust lõpptoote jaoks. Turusurve suuruse vähendamiseks ja muud suundumused on soodustanud räni tuunerite disaini kasutamist.
3) Kõrvaldage käsitsi häälestamine
Räni tuuneri kujundamisel on palju eesmärke. Üks peamisi eesmärke on kõrvaldada jälgimisfiltri väliste komponentide käsitsi reguleerimise vajadus. Ränil on kaks efekti. Üks on see, et enamiku väliste komponentide kõrvaldamine kõrvaldab ka nende võime neelata ja hajutada soovimatut raadiosageduslikku energiat välistatud sagedusribalt. Ränituunerid peavad LNA -des ja segistites kasutama uuenduslikke vooluahela konstruktsioone, et hallata soovimatut energiat ilma transistore kahjustamata.
Teine mõju on vajadus uue RF -arhitektuuri järele. Varased ränituuneri kujundused püüdsid kasutada kahekordse teisendamise meetodit, mis andis selektiivsuse ilma väliseid komponente käsitsi häälestamata. Esimene teisendus nihutab sisendsignaali sagedust ülespoole. RF SAW filter vähendab ribalaiust enne teist korda IF -ks teisendamist. Filtriseade kujutab endast selle disaini peamist maksumust.
Viimasel ajal kasutatakse pooljuhtprotsesside tootmise muutuste ületamiseks enesekalibreerimistehnoloogiat. Mõned kõrvaldavad ka vajaduse kõrgepinge toiteallikate järele LO jaoks ja vajaduse RF SAW seadmete järele. Selle asemel kasutavad nad IF -etapis ainult SAW -filtreid, millel on palju madalam sagedus ja odavamad seadmed kui RF -SAW -filtritel.
Nende disainide rakendamiseks räni jaoks on vaja täiustatud pooljuhtprotsessitehnoloogiat. Kiipide tarnijad iseloomustavad tavaliselt ainult nende digitaalse VLSI rakendamise protsessi. Ränituuneri rakendamiseks tuleb protsessi iseloomustada raadiosagedusliku jõudluse alusel. Lisaks peab protsessil olema võimalus luua õige väärtusega induktiivpool ja sellel peab olema piisavalt kõrge Q madala faasimüraga LO rakendamiseks või RF -filtri kujundamiseks. Sellist protsessi saab nüüd kasutada.
Lisaks pooljuhtprotsessidele nõuavad ränituunerid kiibi hoolikat kujundamist. Raadiosagedusel on palju võimalusi kiirguseks ja juhtimiseks. Ühe kiibiga ränituuneri konstruktsioonis süvendavad seda kiibil olevate signaaliliinide lähedus ja ahela substraatide jagamine. Selle häire kontrollimiseks on vaja paigutust, mis eraldab kriitilised ahelad ja sisaldab varjestusmustreid. Disain nõuab ka kiibil olevate toite- ja maapealsete jaotusvõrkude hoolikat loomist ja haldamist. Lisaks peab disain sisaldama kiibisiseseid ja -väliseid filtreerimiskomponente, et häirimissignaali rada katkestada.
Kõik need probleemid on lahendatud ja ränituunerite tulekuga on tootekujundajad hakanud leidma viise vanast tuuner-in-a-can vabanemiseks. Esimesena võtsid selle meetodi kasutusele satelliit- ja kaabelvastuvõtjad. Nad töötlevad igas kanalis ligikaudu sama võimsusega signaale. See kanali ühtsus lihtsustab tuuneri disaini veidi, võimaldades varajastel ränituuneri seadmetel nõudeid täita.
Maapealse ringhäälingu vastuvõtmisel tuleb aga kasutada tuunerit, mis suudab tagada selektiivsuse laias valikus kanalite võimsustasemeid. Võimalus kombineerida tugevaid signaale kõrvalasuvates kanalites nõrkade huvikanalitega seab tuuneri disaini selektiivsusele ranged piirangud. Kuni viimase ajani on uuenduslikud raadiosagedusarhitektuurid ja täiustatud raadiosageduslike pooljuhtide töötlemine võimaldanud räni -tuuneritel saavutada vajaliku jõudluse madalate kuludega.
Kaotades käsitsi reguleerimise vajaduse, võivad need ränituunerid suurendada tootmist ja pakkuda töökindlamat tulemust kui vanemad mudelid. Need vastavad kaasaskantavate seadmete vajadustele, kõrvaldades vajaduse kõrgepinge toiteallikate järele ja võimaldades kompaktseid rakendusi. Arvestades turu mõju nendele atribuutidele, peaksid ränituunerid eeldatavasti ühtlustama teleri vastuvõtjate disainilahendused elektroonikatööstuse teiste osadega.
Ravi Shenoy ([meiliga kaitstud]) on LSI Logic (Milpitas, California) analoogjuht ja raadiosagedustehnoloogia.
Meie teise tootega:
