利用新一代硅調(diào)諧器IC設(shè)計(jì)主流電視

簡介

硅電視調(diào)諧器IC正在迅速取代傳統(tǒng)的混頻振蕩器鎖相環(huán)(MOPLL)CAN調(diào)諧器技術(shù)，以降低成本縮小尺寸并提高性能。硅調(diào)諧器IC在2007年以前就已開始采用，并在2010年由于平板電視和機(jī)頂盒銷量大增而大量應(yīng)用。硅電視調(diào)諧器能否被廣泛采用，關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)出的性能水平能否媲美MOPLL，而一旦半導(dǎo)體供應(yīng)商達(dá)到了這個(gè)性能標(biāo)準(zhǔn)要求，硅電視調(diào)諧器IC加速出貨的障礙就徹底掃清了。目前一些供應(yīng)商可提供全面的硅電視調(diào)諧器IC產(chǎn)品。如何對電視調(diào)諧器IC進(jìn)行選擇將是一個(gè)復(fù)雜的過程，因?yàn)閲@他存在諸多問題，若把這些技術(shù)問題歸類總結(jié)，將有效簡化電視調(diào)諧器選擇過程。

市場現(xiàn)狀

電視市場的需求量已經(jīng)發(fā)展到驚人的2.3億臺(tái)/年，并且遍及廣大地區(qū)。廣闊的電視市場可細(xì)分為與電視調(diào)諧器IC相關(guān)的兩部分：數(shù)字電視一體機(jī) (iDTV)平臺(tái)(大約1.6億臺(tái))和模擬電視(大約0.7億臺(tái))，他們由平板電視和基于模擬處理的CRT電視組成。

基于模擬處理的CRT電視采用老式圖像處理技術(shù)。與之相反，平板電視采用由博通(Broadcom)、聯(lián)發(fā)科(MediaTek)、晨星(MStar)、Novatech和凌陽科技(Sunplus Technology)等公司提供的基于先進(jìn)DSP圖像處理器片上系統(tǒng)(SoC)，一些主流電視品牌廠商也有其半導(dǎo)體團(tuán)隊(duì)來構(gòu)建私有SoC?；谀M處理的CRT電視使用處理能力較低的微控制器，不易實(shí)現(xiàn)硅調(diào)諧器IC的編程和配置，而且通常采用老式的MOPLL CAN調(diào)諧器實(shí)現(xiàn)，需要150多個(gè)器件(見圖1)。平板平臺(tái)采用先進(jìn)的高性能處理器，能夠運(yùn)行大量固件，因此更適合配置先進(jìn)的數(shù)字裝置，如硅電視調(diào)諧器IC。

圖1：需要150多個(gè)器件的MOPLL CAN調(diào)諧器

為滿足消費(fèi)者的需求，許多電視支持模擬和數(shù)字兩種傳輸標(biāo)準(zhǔn)。模擬傳輸標(biāo)準(zhǔn)如NTSC和PAL/SECAM，在這里，“模擬”一詞是指傳輸調(diào)制格式，而不是具體的用于解碼的處理技術(shù)。許多國家正在分階段進(jìn)行模擬關(guān)閉計(jì)劃，更高質(zhì)量的數(shù)字廣播將取代地面模擬廣播。然而，即使理論上已全面轉(zhuǎn)向數(shù)字的國家，模擬傳輸依舊保持活躍，而消費(fèi)者仍然有支持模擬傳輸?shù)男枨?。日本也許是一個(gè)例外，其實(shí)現(xiàn)了真正的全數(shù)字化轉(zhuǎn)換，但在其他地區(qū)幾乎每臺(tái)出售的電視都被迫保留模擬接收能力以處理低功耗的模擬廣播、漸進(jìn)式升級(jí)有線網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)消費(fèi)類電子產(chǎn)品。除了日本，主流電視品牌廠商對于模擬傳輸調(diào)諧器的需求將至少保持5年甚至10年以上。

大多數(shù)電視平臺(tái)接收來自地面和有線廣播的內(nèi)容。實(shí)際上，只要運(yùn)營商(MSO)繼續(xù)在有線網(wǎng)絡(luò)上傳輸模擬內(nèi)容，這些平臺(tái)都必須支持模擬傳輸。有線和地面機(jī)頂盒市場每年新增1.75億套系統(tǒng)需求。

IMS近期關(guān)于硅調(diào)諧器IC的預(yù)測研究(圖2)顯示了電視調(diào)諧器在電視、機(jī)頂盒、電纜調(diào)制解調(diào)器、衛(wèi)星電視接收機(jī)及其他細(xì)分市場的需求增長。這些圖表說明了各種應(yīng)用可望產(chǎn)生大約7億顆調(diào)諧器IC的市場機(jī)會(huì)。從數(shù)據(jù)中我們也可以看出硅調(diào)諧器IC迅速普及，當(dāng)聚焦電視和有線機(jī)頂盒市場時(shí)硅調(diào)諧器IC的增速更為明顯。

圖2：IMS調(diào)查顯示硅調(diào)諧器市場需求增長

未來機(jī)遇

高速增長的中國市場正在迎來率先采用新型硅電視調(diào)諧器IC的機(jī)會(huì)。過去三年中，中國電視制造商的電視產(chǎn)量增長迅猛，并且采用具有成本效益的硅電視調(diào)諧器IC來生產(chǎn)出有競爭力價(jià)格的高質(zhì)量電視產(chǎn)品。據(jù)DisplaySearch公司分析，2011年中國已成為世界上最大的液晶電視市場。 DisplaySearch公司還預(yù)測，中國平板電視(包括液晶和等離子電視)的出貨量將從2009年的3，100萬臺(tái)，增長到2014年的5，900萬臺(tái)，增長近一倍，復(fù)合年增長率高達(dá)14%。

頂級(jí)電視品牌廠商正在加速采用硅調(diào)諧器，以節(jié)省成本提高可靠性，減少元件庫存并支持更薄的電視外形。這些優(yōu)勢同樣也為剛開始采用硅電視調(diào)諧器的第二和第三級(jí)電視品牌廠商帶來重要機(jī)會(huì)，因?yàn)槟壳暗墓枵{(diào)諧器IC必須支持全球地面和有線廣播標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)模較小的電視品牌廠商可從頂級(jí)品牌廠商已完成的工作中受益。

擴(kuò)展與電視有關(guān)的節(jié)目源已不再僅僅局限于天線和有線電纜，同時(shí)以“應(yīng)用apps”的重要形式擴(kuò)展到大屏幕的電視。電視的新型通信界面，例如：Wi-Fi、以太網(wǎng)和LTE(蜂窩)提供了比傳統(tǒng)廣播源更豐富多樣的內(nèi)容。這些界面對空中廣播(OTA)調(diào)諧器來說是一種特別的技術(shù)挑戰(zhàn)。例如：需要提供干擾保護(hù)的特殊Wi-Fi抑制電路。

硅電視調(diào)諧器選擇所面臨的挑戰(zhàn)

調(diào)諧器需要處理復(fù)雜的任務(wù)-在一個(gè)充滿各種內(nèi)容的范圍里完整的接收低功耗傳輸，所以硅電視調(diào)諧器IC射頻前端的設(shè)計(jì)壓力很大，而兩種不同地域的不同傳輸標(biāo)準(zhǔn)又增加了額外的挑戰(zhàn)。主流數(shù)字電視和機(jī)頂盒 SoC架構(gòu)復(fù)雜性的增加更清晰的表明單一硅電視調(diào)諧器IC不能滿足整個(gè)市場需要。幸運(yùn)的是當(dāng)前有大量可用的調(diào)諧器IC架構(gòu)，滿足了這些多變的平臺(tái)需要?，F(xiàn)在的挑戰(zhàn)是如何為你的應(yīng)用選擇合適的裝置。

頻道接收：獲得清晰電視廣播接收的關(guān)鍵是靈敏度和選擇性，而這些特性又基于低噪聲系數(shù)(NF)、高射頻前端線性度和高質(zhì)量RF前端濾波器。低噪聲系數(shù)意味著RF前端僅允許輸入信號(hào)中增加極微小噪音，而高靈敏度意味著有足夠大的視頻信號(hào)與噪聲比(VSNR)，甚至是微弱的輸入信號(hào)也能正確的接收廣播。而電視調(diào)諧器總是需要接收到一個(gè)混有其他信號(hào)的廣播，這就是為什么硅調(diào)諧器IC的選擇性對于清晰接收是必不可少的，亦即阻塞或排除臨近干擾信道內(nèi)容的能力。為了實(shí)現(xiàn)具有成本效益解決方案的高選擇性，硅調(diào)諧器IC在RF前端需要高線性度和高品質(zhì)濾波器。如圖3所示，硅電視調(diào)諧器IC具有高靈敏度和優(yōu)異的選擇性性能，從而可在真實(shí)環(huán)境下接收到更多頻道。

圖3：Si21x6電視調(diào)諧器系列產(chǎn)品展示出優(yōu)異的VSNR性能

(Si21x6 VSNR用紅線表示，其他產(chǎn)品VSNR用藍(lán)線表示)

現(xiàn)場測試：主流電視品牌廠商提供符合官方廣播標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，但也必須解決許多現(xiàn)實(shí)中的其他問題，否則將面臨消費(fèi)者的投訴和昂貴的產(chǎn)品召回成本。意外的廣播環(huán)境和異常可能比你想象的更頻繁，特別是在不同區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)之間，情況將更為復(fù)雜。例如，在歐洲許多模擬和數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)需要能夠通過一臺(tái)電視跨國界接收。為了克服這些非標(biāo)準(zhǔn)的接收環(huán)境，電視調(diào)諧器和解調(diào)器必須首先進(jìn)行檢測，然后對非標(biāo)準(zhǔn)的傳輸進(jìn)行補(bǔ)償，這些條件需要根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境以及通過特別的現(xiàn)場測試而優(yōu)化。如果沒有硅電視調(diào)諧器靈活的控制和配置能力，以上的困難將無法克服。電視制造商對電視調(diào)諧器進(jìn)行嚴(yán)格的現(xiàn)場測試，強(qiáng)調(diào)既要滿足標(biāo)準(zhǔn)性能也要符合不規(guī)則廣播條件下的性能要求。針對成本敏感區(qū)域市場，可能會(huì)選擇較低成本的電視調(diào)諧器，而面向更廣闊出口市場的電視則需要更可靠的全球性能。

靈活架構(gòu)降低成本 ：選擇更好的電視調(diào)諧器架構(gòu)對于iDTV和STB供應(yīng)商來說已經(jīng)成為積極的發(fā)展策略，目前已有的一些硅調(diào)諧器IC型號(hào)可以滿足iDTV和STB平臺(tái)特殊結(jié)構(gòu)要求。先進(jìn)的電視和機(jī)頂盒平臺(tái)有三個(gè)主要的電路功能：硅電視調(diào)諧器(見圖4)，解調(diào)器和音/視頻以及圖形處理SoC。調(diào)諧器的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)解調(diào)器的輸入，而解調(diào)器的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)音/視頻及圖像處理器SoC的輸入。

圖4：先進(jìn)的硅電視調(diào)諧器架構(gòu)示例

電視和機(jī)頂盒平臺(tái)對模擬和數(shù)字調(diào)諧器有多種需求。例如，簡單的窄帶有線機(jī)頂盒可能需要單一的數(shù)字調(diào)諧器;相反，主流的iDTV可能需要支持模擬和數(shù)字地面廣播以及有線輸入源，對于大電視品牌，調(diào)諧器必須支持所有模擬和數(shù)字全球傳輸標(biāo)準(zhǔn)。電視調(diào)諧器IC現(xiàn)在可支持多種架構(gòu)配置，如僅數(shù)字、僅多通道數(shù)字、模擬和數(shù)字調(diào)諧器、帶模擬電視解調(diào)器的模擬和數(shù)字調(diào)諧器，以及集成調(diào)諧器和解調(diào)器的多種接收器配置。

大多數(shù)現(xiàn)代電視至少支持一個(gè)調(diào)諧器，能夠同時(shí)調(diào)諧模擬和數(shù)字通道，而解調(diào)器則需要單獨(dú)對應(yīng)模擬和數(shù)字通道。為了支持不同的數(shù)字解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)，甚至可以在同一平臺(tái)上有多個(gè)解調(diào)器，如DVB-T和DVB-T2。DTMB(中國新的地面數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn))和DVB-T2(第二代歐洲更高密度數(shù)字地面電視廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn))比ATSC(北美)和DVB-T(歐洲和許多其他地區(qū)數(shù)字地面廣播標(biāo)準(zhǔn))更加復(fù)雜。對于DVB-S2、DVB-C2和DVB - T2標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字解調(diào)器都是集成在單一IC中。簡單的解調(diào)器可以集成在音/視頻處理和圖形SoC中，也可以與其他復(fù)雜的數(shù)字解調(diào)器聯(lián)合使用。

機(jī)頂盒支持電纜輸入，并在某些情況下也支持廣播天線輸入。不像電視，許多機(jī)頂盒平臺(tái)使用的SoC通常沒有模擬電視(ATV)解調(diào)器，不適合模擬廣播接收。在這種情況下，如果機(jī)頂盒需要這類解調(diào)器，模擬電視地面廣播解調(diào)器可以與SoC搭配使用。

現(xiàn)實(shí)情況中，當(dāng)出現(xiàn)許多異常傳輸時(shí)，NTSC、PAL和SECAM的模擬電視解調(diào)器會(huì)表現(xiàn)得很差。其實(shí)，模擬解調(diào)器的性能水平高度依賴于之前設(shè)計(jì)所取得的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)在這方面的經(jīng)驗(yàn)被集中在運(yùn)行硅電視調(diào)諧器IC和解調(diào)器的專門控制固件中?？紤]到調(diào)諧器、解調(diào)器和圖像處理SoC之間相互作用和影響，電視制造商必須進(jìn)行特別的現(xiàn)場測試去驗(yàn)證特殊的調(diào)諧器、解調(diào)器和SoC組合。這就意味著，即使SoC集成了他自己的模擬電視解調(diào)器，具有高性能模擬電視解調(diào)器的調(diào)諧器也是首選。關(guān)鍵問題在于設(shè)計(jì)人員需要了解哪種解調(diào)器已經(jīng)在相關(guān)的電視或機(jī)頂盒目標(biāo)市場進(jìn)行了足夠的現(xiàn)場測試和使用。如果對于特定的調(diào)諧器/解調(diào)器組合現(xiàn)場測試還沒有完成，則可能需要使用測試較為徹底的調(diào)諧器/解調(diào)器組合來滿足開發(fā)時(shí)間和成本目標(biāo)。

有線機(jī)頂盒應(yīng)用面臨調(diào)諧器選擇的特殊挑戰(zhàn)，多數(shù)情況下，機(jī)頂盒SoC支持解調(diào)器。通常認(rèn)為，電纜傳輸環(huán)境比地面廣播環(huán)境變化小，信號(hào)強(qiáng)度和其他因素可以在有線網(wǎng)絡(luò)中得到合理控制?；谝陨弦蛩?，調(diào)諧器性能指標(biāo)對于機(jī)頂盒應(yīng)用而言是相對寬松，然而，控制電纜穩(wěn)定依賴于特定的電纜供應(yīng)商或運(yùn)營商(MSO)。在某些情況下，運(yùn)營商有“通道傾斜”(通過通道的頻譜有不同信號(hào)強(qiáng)度)、外部信號(hào)侵入(極有可能來自當(dāng)?shù)氐孛鎻V播電臺(tái)與電纜傳輸干擾)和混合傳輸模式網(wǎng)絡(luò)(轉(zhuǎn)發(fā)一組來自不同源和不同傳輸特性通道的數(shù)據(jù))等問題。在這些情況下，較低性能的硅電視調(diào)諧器IC就無法勝任，為了接收完整的頻道，需要采用專為地面電視廣播而設(shè)計(jì)的更高性能電視調(diào)諧器。

我們翹首以盼

作為一個(gè)實(shí)際問題，什么類型的電視調(diào)諧器可供選用? Silicon Labs公司最新一代的硅電視調(diào)諧器IC可以幫助回答這個(gè)問題。新型的電視調(diào)諧器系列產(chǎn)品提供了靈活的架構(gòu)，易于配合主流電視和機(jī)頂盒SoC裝置使用。

Si21x6電視調(diào)諧器系列產(chǎn)品包括帶模擬解調(diào)器的高性能Si2176硅電視調(diào)諧器IC，以及Si2136完全模擬接收器。Si2146數(shù)字電視調(diào)諧器IC是有線機(jī)頂盒和多調(diào)諧器HDTV的理想選擇。高性能Si2156電視調(diào)諧器IC提供了主流配置(僅數(shù)字和模擬調(diào)諧器)，特性與具有成本效益的Si2155調(diào)諧器類似。 Si2155/56器件易于配合主流電視和機(jī)頂盒的SoC使用。這些裝置也同樣適用iDTV、有線電視平臺(tái)和機(jī)頂盒。Silicon Labs公司目前的電視調(diào)諧器IC產(chǎn)品已經(jīng)被世界排名前七位電視品牌中的五家大量采用，其Si21x6 電視調(diào)諧器IC全系列產(chǎn)品(包括Si2155電視調(diào)諧器IC)更提供了卓越的RF性能和簡單的設(shè)計(jì)。

Si2155電視調(diào)諧器的設(shè)計(jì)旨在是降低系統(tǒng)成本，在高增長區(qū)域市場如中國，根據(jù)本區(qū)域和出口平臺(tái)需要，對電視和機(jī)頂盒平臺(tái)技術(shù)需求有很大差異性。在當(dāng)今高速發(fā)展的電視市場，電視調(diào)諧器架構(gòu)的靈活性對于降低成本和簡化設(shè)計(jì)尤為重要。