用單層PCB設(shè)計(jì)超低成本混合調(diào)諧器

今天，電視機(jī)與視訊轉(zhuǎn)換盒應(yīng)用中的大多數(shù)調(diào)諧器采用的都是傳統(tǒng)單變換MOPLL概念。這種調(diào)諧器既能處理模擬電視訊號(hào)也能處理數(shù)字電視訊號(hào)，或是同時(shí)處理這兩種電視訊號(hào)(即所謂的混合調(diào)諧器)。在設(shè)計(jì)這種調(diào)諧器時(shí)需考慮的關(guān)鍵因素包括低成本、低功耗、小尺寸以及對(duì)外部組件的選擇。

本文將介紹如何用英飛凌的MOPLL調(diào)諧芯片TUA6039-2或其影像版TUA6037實(shí)現(xiàn)超低成本調(diào)諧器參考設(shè)計(jì)。這種單芯片ULC調(diào)諧器整合了射頻和中頻電路，可工作在5V或3.3V，功耗可降低34%。設(shè)計(jì)采用一塊單層PCB，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)成本，同時(shí)能處理DVB-T/PAL/SECAM、ISDB-T/NTSC和ATSC/NTSC等混合訊號(hào)，可支持幾乎全球所有地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。

圖1為采用TUA6039-2/TUA6037設(shè)計(jì)單變換調(diào)諧器架構(gòu)圖。該調(diào)諧器實(shí)際上不僅是一個(gè)射頻調(diào)諧器，也是一個(gè)half NIM，因?yàn)樗酥蓄l模塊。射頻輸入訊號(hào)透過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的高通濾波器加上中頻與民間頻段(CB)陷波器的組合電路進(jìn)行分離。該設(shè)計(jì)沒有采用PIN二極管進(jìn)行頻段切換，而是采用一個(gè)非常簡(jiǎn)單的三工電路進(jìn)行頻段切換。天線阻抗透過(guò)高感抗耦合電路變換至已調(diào)諧的輸入電路。然后透過(guò)英飛凌的高增益半偏置MOSFET BF5030W對(duì)預(yù)選訊號(hào)進(jìn)行放大。BG5120K雙MOSFET可以用于兩個(gè)VHF頻段。在接下來(lái)的調(diào)諧后帶通濾波器電路中，則進(jìn)行信道選擇和鄰道與影像頻率等多余訊號(hào)的抑制。前級(jí)追蹤陷波器和帶通濾波器的容性影像頻率補(bǔ)償電路就是專門用來(lái)抑制影像頻率。

圖1：采用TUA 6039-2/TUA 6037的單變換調(diào)諧器架構(gòu)圖。

TUA6039-2是一款完整的三頻段調(diào)諧器IC，包含3個(gè)混頻器、3個(gè)振蕩器、1個(gè)SAW驅(qū)動(dòng)器和1個(gè)中頻放大器等所有所需的主動(dòng)組件。完整的PLL功能包括用于頻段切換的4個(gè)PNP埠與一個(gè)NPN埠和一個(gè)作為內(nèi)部調(diào)諧器AGC的寬帶AGC檢測(cè)器。配合最佳化的回路濾波器、4個(gè)可編程電荷泵電流電路、平衡式晶振和壓控振蕩器(采用英飛凌的雙極技術(shù))，這種half NIM可獲得適合所有數(shù)字設(shè)備的最佳相位噪聲性能。TUA6039-2的平衡式中頻輸出訊號(hào)可以直接驅(qū)動(dòng)隨后中頻電路中的SAW濾波器。然后，SAW輸出的訊號(hào)再經(jīng)過(guò)增益受控的芯片上放大器進(jìn)一步放大，放大后的輸出訊號(hào)可直接用于隨后的解調(diào)器。射頻到中頻的轉(zhuǎn)換也在芯片內(nèi)部完成。

這種half NIM的耗電在＋5V電源電壓下不到130mA，功率不到650mW。如果采用＋3.3V電源，則總功率只有429mW。這種功耗的顯著節(jié)省對(duì)于可攜式或手持式設(shè)備而言是一項(xiàng)極大優(yōu)勢(shì)。

采用單層PCB設(shè)計(jì)ULC調(diào)諧器已廣為客戶接受。在競(jìng)爭(zhēng)激烈的電視調(diào)諧器市場(chǎng)中，任何成本上的改進(jìn)都可能進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。因此，單層PCB與雙層PCB之間的任何成本差異對(duì)于調(diào)諧器的整體BOM(材料清單)來(lái)說(shuō)都非常重要。圖2為最終的PCB設(shè)計(jì)。該half NIM設(shè)計(jì)使用厚度1.6mm的單面FR4 PCB。

圖2：采用TUA 6039-2/TUA 6037的混合調(diào)諧器的單層PCB設(shè)計(jì)。

圖3為采用單層PCB的完整參考設(shè)計(jì)，盡管其尺寸可以進(jìn)一步縮小，但該設(shè)計(jì)仍采用了標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)諧器尺寸。

圖3：采用單層PCB的超低成本調(diào)諧器參考設(shè)計(jì)。

在對(duì)PAL/DVB-T、NTSC/ATSC、NTSC/ISDB-T等標(biāo)準(zhǔn)電視訊號(hào)的混合接收中，這款采用單層PCB開發(fā)的參考設(shè)計(jì)表現(xiàn)出良好性能，它能處理T-DMB、DAB、DMB-TH、DVB-C和Open Cable等其它標(biāo)準(zhǔn)。在該設(shè)計(jì)中，使用時(shí)需根據(jù)所選標(biāo)準(zhǔn)是純數(shù)字(如DVB-T)、純模擬(如PAL/SECAM)或混合(如DVB-T+PAL/SECAM)類型，對(duì)PLL回路濾波器及后置濾波器進(jìn)行配置。

62.5kHz參考頻率抑制比取決于不同的回路濾波器及其后置濾波器的配置。雖然回路濾波器可以透過(guò)修改而覆蓋混合模式下的166.67kHz和62.5kHz兩個(gè)參考頻率，但在相位噪聲、參考頻率抑制和PLL鎖定時(shí)間這幾個(gè)性能之間總會(huì)有所折衷。因此，強(qiáng)烈建議設(shè)計(jì)師在采用相應(yīng)回路濾波器和后置濾波器配置之前先選好參考頻率(62.5kHz或166.67kHz或二者皆用)。測(cè)量結(jié)果顯示，單層PCB調(diào)諧器設(shè)計(jì)在混合接收模式下能夠達(dá)到60dB甚至更高的參考頻率抑制性能，足以滿足模擬接收機(jī)的嚴(yán)格要求。

在開發(fā)參考設(shè)計(jì)過(guò)程中面臨的挑戰(zhàn)之一是如何在PCB上布置芯片的VQFN封裝。在單層PCB上進(jìn)行聯(lián)機(jī)和接地降低了接地的靈活度。而接地在射頻設(shè)計(jì)中是十分重要的，這是調(diào)諧器設(shè)計(jì)師面臨的最大挑戰(zhàn)。受接地影響的幾個(gè)最關(guān)鍵的電氣參數(shù)包括：對(duì)源自晶體的寄生訊號(hào)的抑制、PLL參考頻率以及同樣整合在ULC調(diào)諧器中的DC/DC變換器。本例設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了約52dB的DC-DC頻率寄生抑制和60dB的VCO參考頻率寄生抑制。

VQFN封裝與單層PCB帶來(lái)的另一個(gè)問(wèn)題就是IC的散熱問(wèn)題。為了改善散熱性能，參考設(shè)計(jì)中將IC的背面暴露出來(lái)。這樣做可以提高散熱性能，例如可透過(guò)調(diào)諧器的框架散熱。另外該芯片還可以工作在3.3V，不僅進(jìn)一步降低功耗，還能減少發(fā)熱。

在日常多媒體應(yīng)用中，人們對(duì)射頻調(diào)諧器電子產(chǎn)品的需求不斷成長(zhǎng)，制造商也要求縮小調(diào)諧器外型尺寸、減少功耗和降低成本。本文介紹的ULC調(diào)諧器設(shè)計(jì)是一種試圖在成本、性能和功耗之間尋求最佳平衡的嘗試。將TUA6039-2作為調(diào)諧器的核心組件，可在節(jié)能的3.3V電源電壓下實(shí)現(xiàn)高性能混合調(diào)諧器。采用單層PCB則可進(jìn)一步降低成本。整體而言，本文展示的ULC調(diào)諧器參考設(shè)計(jì)可大幅降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，并在不降低性能與質(zhì)量的前提下縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

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