Οι τηλεοράσεις, οι συσκευές εγγραφής βίντεο, οι αποκωδικοποιητές και οι δέκτες καλωδίων ευρείας ζώνης έχουν όλα ένα κοινό στοιχείο: το δέκτη. Αν και όλα τα άλλα ηλεκτρονικά εξαρτήματα σε αυτές τις συσκευές συρρικνώνονται καθώς η τεχνολογία ημιαγωγών συρρικνώνεται, οι καταναλωτικές εφαρμογές συχνά χρησιμοποιούν τεράστια "δεξαμενές δέκτη" για να επιτύχουν αυτήν την κρίσιμη λειτουργία. Οι απαιτητικοί περιορισμοί στη σχεδίαση δέκτη είναι ο λόγος που αυτή η τεχνολογία επιμένει, αλλά οι δυνάμεις της αγοράς ωθούν τους δέκτες πυριτίου στο προσκήνιο.
Ο σχεδιαστής δέκτη πρέπει να ξεπεράσει πολλές προκλήσεις. Το σήμα εισόδου σε εφαρμογές τηλεοπτικής και καλωδιακής μετάδοσης βρίσκεται στη ζώνη συχνοτήτων από 48 MHz έως 861 MHz και η ισχύς του σήματος μπορεί να έχει ένα ευρύ δυναμικό εύρος. Για παράδειγμα, σε εφαρμογές τηλεοπτικής μετάδοσης, το σήμα που θα επιλεγεί μπορεί να έχει παρακείμενα ανεπιθύμητα κανάλια των οποίων η ισχύς σήματος υπερβαίνει τις 100 φορές.
Ένας τυπικός σχεδιασμός δέκτη χρησιμοποιεί μια αρχιτεκτονική δέκτη μετατροπής, αν και άλλες αρχιτεκτονικές είναι επίσης δυνατές. Η δομή ενός απλού δέκτη μετατροπής περιλαμβάνει ένα φίλτρο προεπιλογής, έναν ενισχυτή χαμηλού θορύβου (LNA), έναν μετατροπέα προς τα κάτω και έναν ενισχυτή ενδιάμεσης συχνότητας (IF).
1. Περιορισμοί στο σχεδιασμό του δέκτη πυριτίου
1) Προεπιλεγμένη παρακολούθηση φίλτρων
Το φίλτρο προεπιλογής παίρνει την πλήρη ζώνη συχνοτήτων σήματος συχνότητας και τη μειώνει σε μια μικρότερη ζώνη συχνοτήτων που περιέχει το κανάλι ενδιαφέροντος. Λαμβάνοντας υπόψη το ευρύ εύρος συχνοτήτων του καναλιού, αυτό σημαίνει ότι το φίλτρο προεπιλογής πρέπει να είναι ένα φίλτρο διέλευσης ζώνης παρακολούθησης του οποίου η κεντρική συχνότητα μπορεί να ποικίλει σε όλο το φάσμα σήματος. Τα LNA με λειτουργίες αυτόματου ελέγχου κέρδους RF ακολουθούν συνήθως ένα προεπιλεγμένο φίλτρο.
Το στάδιο downconverter είναι παραδοσιακόιοντικά ένα σύστημα ετεροδίνης. Ο μετατροπέας κάτω έχει σχεδιαστεί με επιλογή καναλιού, η οποία περιλαμβάνει την προσαρμογή του τοπικού ταλαντωτή (LO) έτσι ώστε η διαφορά μεταξύ της συχνότητάς του και του σήματος ενδιαφέροντος να εμπίπτει στο εύρος ζώνης του φίλτρου IF. Αυτό το στάδιο χρησιμοποιεί φίλτρα υψηλής απόδοσης, στενής ζώνης, σταθερής συχνότητας — συνήθως συσκευές επιφανειακού ακουστικού κύματος (SAW) — επιλέγοντας και αποκλείοντας όλες τις άλλες επιλογές. Αυτό ακολουθείται από έναν ενισχυτή IF με μεταβλητό έλεγχο κέρδους, επιτρέποντας στο σύστημα να ταιριάξει την ισχύ του επιλεγμένου σήματος με τις ανάγκες του κυκλώματος αποδιαμόρφωσης και ανίχνευσης που οδηγεί ο δέκτης.
Λαμβάνοντας υπόψη το ευρύ φάσμα συχνότητας και ισχύος σήματος του σήματος εισόδου, η χρήση αυτής της αρχιτεκτονικής για τη δημιουργία ενός δέκτη καλής απόδοσης θα φέρει πολλές προκλήσεις. Το ένα είναι το φίλτρο προεπιλογής. Προκειμένου να καλυφθεί το πλήρες εύρος ζώνης σήματος, οι τυπικές εφαρμογές δέκτη τηλεόρασης εκπομπής απαιτούν τη λειτουργία φίλτρων σε τρεις διαφορετικές ζώνες συχνοτήτων: VHF (πολύ υψηλή συχνότητα), 48 έως 88 MHz. μέσο VHF, 174 έως 216 MHz; και UHF (εξαιρετικά υψηλή συχνότητα) στα 470 έως 861 MHz. Μια κοινή εφαρμογή είναι η χρήση ξεχωριστών φίλτρων, ένα για κάθε φίλτρο.
2) Λειτουργία πολλαπλών ζωνών
Το φίλτρο προεπιλογής επιλέγει τη ζώνη συχνοτήτων λειτουργίας, αλλά μπορεί να είναι απαραίτητο να εφαρμοστεί ένα φίλτρο παρακολούθησης για να παρέχει την απαιτούμενη επιλεκτικότητα. Το φίλτρο παρακολούθησης πρέπει να διατηρεί σχετικά σταθερό εύρος ζώνης, αν και η κεντρική συχνότητα μπορεί να αλλάξει σε πολλές οκτάβες. Η πραγματοποίηση ενός τέτοιου φίλτρου απαιτεί συνήθως μεγάλο αριθμό παθητικών εξαρτημάτων, όπως επαγωγείς, τα οποία πρέπει να συντονιστούν χειροκίνητα στο εργοστάσιο για να επιτευχθεί η σωστή απόδοση. Αυτή η ζήτηση για παθητικά εξαρτήματα και χειροκίνητο συντονισμό αυξάνει σημαντικά το μέγεθος και το κόστος του δέκτη. Ένας τυπικός δέκτης μπορεί να μετρήσει 2.5 x 2 x 0.75 ίντσες.
Ωστόσο, το φίλτρο προεπιλογής δεν είναι το μόνο συστατικό με προκλήσεις σχεδιασμού. Το LO στο downconverter πρέπει επίσης να χειρίζεται ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων. Το φίλτρο προεπιλογής μειώνει μόνο το εύρος ζώνης του σήματος εισόδου. Το σήμα ενδιαφέροντος μπορεί ακόμη να πέσει οπουδήποτε στην περιοχή 48 έως 861 MHz, και το LO πρέπει βασικά να καλύπτει αυτό το εύρος. Επιπλέον, το LO πρέπει να εμφανίζει χαμηλό θόρυβο φάσης μικρής εμβέλειας ή η λήψη καναλιών DTV θα τεθεί σε κίνδυνο. Ο ταλαντωτής ολοκληρωμένου κυκλώματος επιτυγχάνει τόσο μεγάλο εύρος συχνοτήτων που δεν μπορεί να συντονιστεί και ταυτόχρονα εμφανίζει χαμηλό θόρυβο φάσης χρησιμοποιώντας την τυπική τάση τροφοδοσίας 3 volt των σημερινών ηλεκτρονικών συστημάτων. Ενδέχεται να απαιτείται τροφοδοσία έως και 30 V.
Για να ικανοποιήσουν όλες αυτές τις απαιτήσεις απόδοσης, οι περισσότεροι προμηθευτές επιλέγουν να διατηρήσουν τα παραδοσιακά σχέδια δέκτη τηλεόρασης και βίντεο, παρά το κόστος και το μέγεθός τους. Αλλά οι πιέσεις της αγοράς αρχίζουν να επιβάλλουν αλλαγές. Ένα από τα στοιχεία είναι η εξουσιοδότηση της Ομοσπονδιακής Επιτροπής Επικοινωνιών, δηλαδή, όλες οι τηλεοράσεις που πωλούνται στις Ηνωμένες Πολιτείες έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούν δέκτες με δυνατότητα λήψης ψηφιακών τηλεοπτικών εκπομπών. Αυτή η εργασία αναγκάζει τους προμηθευτές να αλλάξουν τη βασική δομή των προϊόντων τους, δημιουργώντας ευκαιρίες για καινοτομία στη σχεδίαση δέκτη.
Η αύξηση της ζήτησης για τη φορητή αγορά ψυχαγωγίας έχει επίσης προωθήσει αλλαγές στον σχεδιασμό δέκτη. Φορητό σημαίνει συσκευές με μπαταρία ή φορητές συσκευές και απαγορεύει τη χρήση υψηλών τάσεων σε εφαρμογές LO. Επιπλέον, οι φορητές συσκευές απαιτούν πολύ μικρότερες εφαρμογές από τους τυπικούς δέκτες. Στην αναπτυσσόμενη αγορά επίπεδης οθόνης / τηλεόρασης, το μικρό μέγεθος είναι επίσης σημαντικό. Σε επίπεδη σχεδίαση, το μέγεθος του δέκτη μπορεί να είναι ο περιοριστικός παράγοντας για την αραίωση του προϊόντος.
Μια άλλη τάση που επηρεάζει τις απαιτήσεις δέκτη είναι ότι οι καταναλωτές θέλουν να λαμβάνουν ταυτόχρονα πολλά κανάλια. Αυτό σημαίνει ότι απαιτούνται περισσότεροι από ένας δέκτες, ο οποίος καταλαμβάνει περισσότερο χώρο, ο οποίος επηρεάζει το μέγεθος του συστήματος και αυξάνει το κόστος του δέκτη για το τελικό προϊόν. Η πίεση της αγοράς για μείωση του μεγέθους και άλλων τάσεων έχει προωθήσει τη χρήση των σχεδίων δέκτη πυριτίου.
3) Εξαλείψτε το χειροκίνητο συντονισμό
Υπάρχουν πολλοί στόχοι για το σχεδιασμό του δέκτη πυριτίου. Ένας από τους κύριους στόχους είναι να εξαλειφθεί η ανάγκη χειροκίνητης προσαρμογής εξωτερικών εξαρτημάτων στο φίλτρο παρακολούθησης. Υπάρχουν δύο αποτελέσματα στο πυρίτιο. Το ένα είναι ότι η εξάλειψη των περισσότερων εξωτερικών εξαρτημάτων εξαλείφει επίσης την ικανότητά τους να απορροφούν και να διαλύουν την ανεπιθύμητη ενέργεια RF από την αποκλεισμένη ζώνη συχνοτήτων. Οι δέκτες πυριτίου πρέπει να χρησιμοποιούν καινοτόμα σχέδια κυκλωμάτων σε LNA και μίξερ για τη διαχείριση της ανεπιθύμητης ενέργειας χωρίς να καταστρέφουν τα τρανζίστορ.
Ο δεύτερος αντίκτυπος είναι η ανάγκη για μια νέα αρχιτεκτονική RF. Τα πρώτα σχέδια δέκτη πυριτίου προσπάθησαν να υιοθετήσουν μια μέθοδο διπλής μετατροπής, η οποία παρείχε επιλεκτικότητα χωρίς χειροκίνητο συντονισμό εξωτερικών εξαρτημάτων. Η πρώτη μετατροπή μετατοπίζει τη συχνότητα του σήματος εισόδου προς τα πάνω. Το φίλτρο RF SAW μειώνει το εύρος ζώνης πριν από τη μετατροπή σε IF για δεύτερη φορά. Η συσκευή φίλτρου αντιπροσωπεύει το κύριο κόστος αυτού του σχεδιασμού.
Πρόσφατα, η τεχνολογία αυτορύθμισης χρησιμοποιείται για να ξεπεραστούν οι αλλαγές στην κατασκευή της διαδικασίας ημιαγωγών. Μερικοί εξαλείφουν επίσης την ανάγκη για τροφοδοτικά υψηλής τάσης για το LO και την ανάγκη για συσκευές RF SAW. Αντ 'αυτού, χρησιμοποιούν μόνο φίλτρα SAW στο στάδιο IF, τα οποία έχουν πολύ χαμηλότερη συχνότητα και συσκευές χαμηλότερου κόστους από τα φίλτρα RF SAW.
Η εφαρμογή αυτών των σχεδίων σε πυρίτιο απαιτεί προηγμένη τεχνολογία επεξεργασίας ημιαγωγών. Οι προμηθευτές τσιπ συνήθως χαρακτηρίζουν μόνο τη διαδικασία της ψηφιακής τους εφαρμογής VLSI. Για την εφαρμογή ενός δέκτη πυριτίου, η διαδικασία πρέπει να χαρακτηρίζεται με βάση την απόδοση RF. Επιπλέον, η διαδικασία πρέπει να έχει έναν τρόπο να δημιουργήσει έναν επαγωγέα της σωστής τιμής και να έχει ένα αρκετά υψηλό Q για εφαρμογή LO θορύβου χαμηλής φάσης ή σχεδιασμό φίλτρου RF. Μια τέτοια διαδικασία μπορεί τώρα να χρησιμοποιηθεί.
Εκτός από τις διαδικασίες ημιαγωγών, οι δέκτες πυριτίου απαιτούν προσεκτικό σχεδιασμό τσιπ. Το RF έχει πολλές ευκαιρίες για παρεμβολές που εκπέμπονται και ακτινοβολούνται. Σε ένα σχέδιο δέκτη σιλικόνης με ένα τσιπ, η εγγύτητα των γραμμών σήματος on-chip και η κοινή χρήση υποστρωμάτων κυκλώματος επιδεινώνουν αυτό. Ο έλεγχος αυτής της παρέμβασης απαιτεί διάταξη που διαχωρίζει κρίσιμα κυκλώματα και περιλαμβάνει μοτίβα θωράκισης. Ο σχεδιασμός απαιτεί επίσης προσεκτική δημιουργία και διαχείριση δικτύων διανομής ισχύος και γείωσης. Επιπλέον, ο σχεδιασμός πρέπει να περιλαμβάνει στοιχεία φιλτραρίσματος on-chip και off-chip για να σπάσει τη διαδρομή σήματος παρεμβολών.
Όλα αυτά τα προβλήματα έχουν επιλυθεί και με την έλευση των συσκευών δέκτη πυριτίου, οι σχεδιαστές προϊόντων έχουν αρχίσει να κάνουν τρόπους για να απαλλαγούν από τον παλιό δέκτη-σε-ένα-δοχείο. Δορυφορικοί και καλωδιακοί δέκτες ήταν οι πρώτοι που υιοθέτησαν αυτήν τη μέθοδο. Επεξεργάζονται σήματα με σχεδόν την ίδια ισχύ σε κάθε κανάλι. Αυτή η ομοιομορφία καναλιού απλοποιεί ελαφρώς το σχεδιασμό του δέκτη, επιτρέποντας στον εξοπλισμό του πρώτου δέκτη πυριτίου να πληροί τις απαιτήσεις.
Ωστόσο, η επίγεια λήψη εκπομπών πρέπει να χρησιμοποιεί έναν δέκτη που μπορεί να παρέχει επιλεκτικότητα σε ένα ευρύ φάσμα επιπέδων ισχύος καναλιού. Η δυνατότητα συνδυασμού ισχυρών σημάτων σε παρακείμενα κανάλια με αδύναμα κανάλια ενδιαφέροντος επιβάλλει αυστηρούς περιορισμούς στην επιλεκτικότητα του σχεδιασμού δέκτη. Μέχρι πρόσφατα, καινοτόμες αρχιτεκτονικές RF και βελτιωμένη επεξεργασία ημιαγωγών RF επέτρεψαν στους δέκτες πυριτίου να επιτύχουν την απαιτούμενη απόδοση με χαμηλό κόστος.
Με την εξάλειψη της ανάγκης για χειροκίνητες ρυθμίσεις, αυτοί οι δέκτες πυριτίου μπορούν να αυξήσουν τις παραγωγικές αποδόσεις και να προσφέρουν πιο αξιόπιστη απόδοση από τα παλαιότερα σχέδια. Καλύπτουν τις ανάγκες φορητών συσκευών εξαλείφοντας την ανάγκη για τροφοδοτικά υψηλής τάσης και επιτρέποντας συμπαγείς εφαρμογές. Δεδομένης της επιρροής της αγοράς σε αυτά τα χαρακτηριστικά, οι δέκτες πυριτίου αναμένεται να ευθυγραμμίσουν τα σχέδια των τηλεοπτικών δεκτών με άλλα μέρη της βιομηχανίας ηλεκτρονικών.
Ράβι Σενόι ([προστασία μέσω email]) είναι ο αναλογικός διευθυντής και η τεχνολογία RF της LSI Logic (Milpitas, Καλιφόρνια).
άλλο προϊόν μας:
