基于SN761668的数模一体化调谐器设计
2010-12-17 17:24:52
来源：《半导体器件应用》2010年4月刊
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1 研发背景
随着中国地面数字电视传输标准的颁布，在广电总局国标强制转换的部署和要求下，各个省市都在积极建立所管辖区域的国标地面数字电视信号的覆盖工作。但目前还处于数字电视发展的初级阶段，模拟电视信号的关闭尚需时日。电视信号的发射传输的形式多种并存，既有模拟电视信号，又有数字电视信号。为了满足地面数字电视信号和现有模拟电视信号的双重接收使用，数模一体化电视机悄然兴起，国内OEM龙头企业创维、康佳、长虹、TCL等电视机生产厂家纷纷抓住这次机遇推出带地面数字电视接收功能的数模一体电视机。作为接收选择信号的关键部件调谐器也要适应这种细分市场需求，各电视调谐器厂家都在适时同步研发生产数模一体化调谐器。
2 工作原理
数模一体电视机不需要外接地面数字电视机顶盒，只需分别接入模拟有线电视天线和地面数字电视天线套件（随机提供）就可以同时接收模拟和地面数字电视信号。数模一体电视机的调谐器是一种数模一体化的电子调谐器，它可以根据收视者的需求接收处理有线模拟电视信号，或者接收处理地面数字电视信号。
2.1 接收信号方式的切换
通过电视机主控MCU软件程序提供切换开关电平信号，控制调谐器的开关选择芯片和调谐器芯片选择相应的信号处理通道，可以很容易的实现数字和模拟之间的转换。
2.2 数字信号的处理
对于要处理的数字信号，外置天线接收到的开路地面数字电视信号通过数模一体化调谐器的数字信号输入端，进行数字信号的调谐选台。调谐器宽带中频信号进入声表SAW选择，然后再进行中频信号的放大，输出平衡式的窄带数字中频信号，然后进入电视机的数字信号处理。
2.3 模拟信号的处理
对于要处理的模拟信号，模拟有线信号通过数模一体化调谐器的模拟信号输入端，进行模拟信号的调谐选台。调谐器的宽带中频信号通过模拟图像声表、伴音声表，然后进行解调处理输出复合视频信号CVBS 与第二伴音信号SIF供电视机的模拟信号处理。
2.4 调谐选台过程
调谐选台是作为调谐器的最基本的功能。调谐器（俗称高频头）就是把接收到的高频调制电视信号进行选择，选出需要的频道（台）信号（即有用信号），并且把有用信号变频到可以处理的中频信号。调谐器基本工作原理可以阅读参考文献1，这里不加阐述。
3 方案确定
数模一体化调谐器，将数字电子调谐器、模拟电子调谐器与模拟中频解调处理电路集成在一个壳体中，形成一个独立的产品，电气性能、可靠性、电磁兼容性高于国家、行业标准，可实现地面数字电视信号与闭路有线电视信号两种路径的电视信号接收；可实现模拟多种制式彩色电视信号的调谐滤波、混频处理、中频解调处理。主要用于大屏幕、多功能、多制式、高清晰度的数模一体电视机，包括LCD、LED、PDP电视接收机等。
所述数模一体化调谐器的电子调谐电路为频率合成方式，包括射频输入开关选择电路、低噪声射频放大电路、调谐放大电路、本振混频电路、数字中频放大电路；模拟中频解调信号处理电路由模拟中频滤波回路和模拟解调信号处理回路组成。其中数模射频信号输入选择IC为PE4280、HMC349MS8GE等，调谐器IC为SN761668，模拟中频信号处理IC 为TDA9881/TDA9886、LA75521等。
选择SN761668是因为它是一种低相位噪声的调谐器芯片，而且集成了数字中频放大器，具有RF AGC功能，适用于TV、CATV、STB。
4 关键技术指标
调谐器接收信号不但要完成频谱搬移功能，而且要完成信号的有效还原，有几十个相关技术指标同时满足要求才行。模拟调谐器从上世纪八十年代技术引进发展至今，设计技术已经非常成熟，在设计和生产方面不存在任何问题。数字调谐器从模拟调谐器演化而来，在技术和工艺上有许多不同于模拟调谐器的特点，主要是处理好相位噪声、非线性、锁定时间、信号干扰问题等数字调谐器特有的技术指标。而数模一体化调谐器则要同时满足模拟调谐器与数字调谐器的所有技术指标。
不管是处理模拟信号，还是处理数字信号，其带宽都是不变的，而且，模拟波形的图像中频P点和彩色中频C点的中心点基本上就是数字波形的中频频率点，这就使得数模一体化调谐器性能指标调试保证变得相对简单化。通过调试宽带（模拟）输出波形，使波形的峰点正好在中心频率点，P、C点跌落不超过30%，检查窄带（数字）输出波形带内跌落不超过60%来保证技术指标的要求。
关键技术指标主要有动态范围、噪声系数、相位噪声、镜像干扰抑制比、中频干扰抑制比、本振泄漏、隔离度等。具体确定如下：
(1) 动态范围：指调谐器能接收的输入信号强度的范围，要求为80dB左右。动态范围主要取决于RF AGC控制深度和IF AGC控制深度，高放(MOS FET)电路设计。
(2) 噪声系数：就是调谐器输入端信噪比与输出端信噪比的比值。它决定了调谐器最小可接收的信号强度，或称为接收灵敏度。要求不得高于8dB。
(3) 相位噪声：定义为在某一偏移频率处1Hz带宽内的信号功率与信号总功率的比值。调谐器本振信号易受噪声杂波的干扰而产生抖动，即相位变化，这就是调谐器的相位噪声。因数字电视信号多采用正交调幅(QAM)及四相相移键控调制方式，相位噪声会直接影响到数字调谐器的输出信噪比。而模拟电视信号多采用调幅(AM)或调频(FM)就不易受相位噪声干扰。所以，通常谈的都是数字调谐器的相位噪声。要求相位噪声：@1kHz≤-50dBc/Hz；@10kHz≤-80dBc/Hz；@100kHz≤-100dBc/Hz。
(4) 镜像干扰抑制比：调谐器对镜像频率干扰信号的抑制能力。要求VHF≥55dB，UHF≥46dB。
(5) 中频干扰抑制比：调谐器对中频干扰信号的抑制能力。要求≥50dB。在设计高放电路前的中频陷波电路和高放级选通电路是必须充分考虑。
(6) 辐射抗干扰抑制比：调谐器本振信号泄漏和抗干扰的能力。指标越来越严格，必须满足相关标准要求，要求≤30dBμV。
(7) 隔离度：指数字/模拟选择开关开或关的情况下，两种输入端口信号之间的隔离能力。要求≥60dB。
5 实际设计
5.1 结构示意图
随着电视产品的轻薄化发展，要求数模一体化调谐器在设计上更要考虑小型化，特别是调谐器厚度限制，天线插座的安装方式要背出或侧出，完全取决于数模一体电视机的设计要求。图1为我们设计的一种侧出结构示意图。
5.2 电路方框图
基于SN761668的独立的三段OSC/MIX设计，在调谐通道设计上，也使用相互独立的三通道设计，使得性能指标容易保证，且各波段不相互影响。图2为我们实际设计产品的电路方框图，供参考。
6 结束语
数字电视无论在中国还是在世界各地已经风起云涌。具有地面数字电视接收功能的数模一体电视机，是数模多种电视信号并存条件下的产物，已经得到了细分市场消费者的认可。相信，数模一体化调谐器将随着数模一体电视机的广泛使用而迎来春天。抓住时机研发生产，将会给调谐器厂家带来收获。
参考文献
[1] 李鼎新 高葆新主编 电子调谐器原理与设计 清华大学出版社1990年
[2] 李建，吴久清，陈宁 大屏幕液晶数模一体电视机的设计实践 电视技术2009年11期
作者简介
魏富选，男，生于1969年，籍贯陕西周至。1990年毕业于华北航天工业学院无线电技术专业，工程师。本人长期从事于家用消费类高频电视组件的工程研发、生产、配套工作。现供职于陕西凌云电器有限公司（中文名），Shaanxi Lingyun Electronics CO.，LTD.（英文名）。
随着中国地面数字电视传输标准的颁布，在广电总局国标强制转换的部署和要求下，各个省市都在积极建立所管辖区域的国标地面数字电视信号的覆盖工作。但目前还处于数字电视发展的初级阶段，模拟电视信号的关闭尚需时日。电视信号的发射传输的形式多种并存，既有模拟电视信号，又有数字电视信号。为了满足地面数字电视信号和现有模拟电视信号的双重接收使用，数模一体化电视机悄然兴起，国内OEM龙头企业创维、康佳、长虹、TCL等电视机生产厂家纷纷抓住这次机遇推出带地面数字电视接收功能的数模一体电视机。作为接收选择信号的关键部件调谐器也要适应这种细分市场需求，各电视调谐器厂家都在适时同步研发生产数模一体化调谐器。
2 工作原理
数模一体电视机不需要外接地面数字电视机顶盒，只需分别接入模拟有线电视天线和地面数字电视天线套件（随机提供）就可以同时接收模拟和地面数字电视信号。数模一体电视机的调谐器是一种数模一体化的电子调谐器，它可以根据收视者的需求接收处理有线模拟电视信号，或者接收处理地面数字电视信号。
2.1 接收信号方式的切换
通过电视机主控MCU软件程序提供切换开关电平信号，控制调谐器的开关选择芯片和调谐器芯片选择相应的信号处理通道，可以很容易的实现数字和模拟之间的转换。
2.2 数字信号的处理
对于要处理的数字信号，外置天线接收到的开路地面数字电视信号通过数模一体化调谐器的数字信号输入端，进行数字信号的调谐选台。调谐器宽带中频信号进入声表SAW选择，然后再进行中频信号的放大，输出平衡式的窄带数字中频信号，然后进入电视机的数字信号处理。
2.3 模拟信号的处理
对于要处理的模拟信号，模拟有线信号通过数模一体化调谐器的模拟信号输入端，进行模拟信号的调谐选台。调谐器的宽带中频信号通过模拟图像声表、伴音声表，然后进行解调处理输出复合视频信号C
2.4 调谐选台过程
调谐选台是作为调谐器的最基本的功能。调谐器（俗称高频头）就是把接收到的高频调制电视信号进行选择，选出需要的频道（台）信号（即有用信号），并且把有用信号变频到可以处理的中频信号。调谐器基本工作原理可以阅读参考文献1，这里不加阐述。
3 方案确定
数模一体化调谐器，将数字电子调谐器、模拟电子调谐器与模拟中频解调处理电路集成在一个壳体中，形成一个独立的产品，电气性能、可靠性、电磁兼容性高于国家、行业标准，可实现地面数字电视信号与闭路有线电视信号两种路径的电视信号接收；可实现模拟多种制式彩色电视信号的调谐滤波、混频处理、中频解调处理。主要用于大屏幕、多功能、多制式、高清晰度的数模一体电视机，包括LCD、LED、PDP电视接收机等。
所述数模一体化调谐器的电子调谐电路为频率合成方式，包括射频输入开关选择电路、低噪声射频放大电路、调谐放大电路、本振混频电路、数字中频放大电路；模拟中频解调信号处理电路由模拟中频滤波回路和模拟解调信号处理回路组成。其中数模射频信号输入选择IC为PE4280、HMC349MS8GE等，调谐器IC为SN761668，模拟中频信号处理IC 为TDA9881/TDA9886、LA75521等。
选择SN761668是因为它是一种低相位噪声的调谐器芯片，而且集成了数字中频放大器，具有RF AGC功能，适用于TV、CATV、STB。
4 关键技术指标
调谐器接收信号不但要完成频谱搬移功能，而且要完成信号的有效还原，有几十个相关技术指标同时满足要求才行。模拟调谐器从上世纪八十年代技术引进发展至今，设计技术已经非常成熟，在设计和生产方面不存在任何问题。数字调谐器从模拟调谐器演化而来，在技术和工艺上有许多不同于模拟调谐器的特点，主要是处理好相位噪声、非线性、锁定时间、信号干扰问题等数字调谐器特有的技术指标。而数模一体化调谐器则要同时满足模拟调谐器与数字调谐器的所有技术指标。
不管是处理模拟信号，还是处理数字信号，其带宽都是不变的，而且，模拟波形的图像中频P点和彩色中频C点的中心点基本上就是数字波形的中频频率点，这就使得数模一体化调谐器性能指标调试保证变得相对简单化。通过调试宽带（模拟）输出波形，使波形的峰点正好在中心频率点，P、C点跌落不超过30%，检查窄带（数字）输出波形带内跌落不超过60%来保证技术指标的要求。
关键技术指标主要有动态范围、噪声系数、相位噪声、镜像干扰抑制比、中频干扰抑制比、本振泄漏、隔离度等。具体确定如下：
(1) 动态范围：指调谐器能接收的输入信号强度的范围，要求为80dB左右。动态范围主要取决于RF AGC控制深度和IF AGC控制深度，高放(MOS FET)电路设计。
(2) 噪声系数：就是调谐器输入端信噪比与输出端信噪比的比值。它决定了调谐器最小可接收的信号强度，或称为接收灵敏度。要求不得高于8dB。
(3) 相位噪声：定义为在某一偏移频率处1Hz带宽内的信号功率与信号总功率的比值。调谐器本振信号易受噪声杂波的干扰而产生抖动，即相位变化，这就是调谐器的相位噪声。因数字电视信号多采用正交调幅(QAM)及四相相移键控调制方式，相位噪声会直接影响到数字调谐器的输出信噪比。而模拟电视信号多采用调幅(AM)或调频(FM)就不易受相位噪声干扰。所以，通常谈的都是数字调谐器的相位噪声。要求相位噪声：@1kHz≤-50dBc/Hz；@10kHz≤-80dBc/Hz；@100kHz≤-100dBc/Hz。
(4) 镜像干扰抑制比：调谐器对镜像频率干扰信号的抑制能力。要求VHF≥55dB，UHF≥46dB。
(5) 中频干扰抑制比：调谐器对中频干扰信号的抑制能力。要求≥50dB。在设计高放电路前的中频陷波电路和高放级选通电路是必须充分考虑。
(6) 辐射抗干扰抑制比：调谐器本振信号泄漏和抗干扰的能力。指标越来越严格，必须满足相关标准要求，要求≤30dBμV。
(7) 隔离度：指数字/模拟选择开关开或关的情况下，两种输入端口信号之间的隔离能力。要求≥60dB。
5 实际设计
5.1 结构示意图
随着电视产品的轻薄化发展，要求数模一体化调谐器在设计上更要考虑小型化，特别是调谐器厚度限制，天线插座的安装方式要背出或侧出，完全取决于数模一体电视机的设计要求。图1为我们设计的一种侧出结构示意图。
5.2 电路方框图
基于SN761668的独立的三段OSC/MIX设计，在调谐通道设计上，也使用相互独立的三通道设计，使得性能指标容易保证，且各波段不相互影响。图2为我们实际设计产品的电路方框图，供参考。
6 结束语
数字电视无论在中国还是在世界各地已经风起云涌。具有地面数字电视接收功能的数模一体电视机，是数模多种电视信号并存条件下的产物，已经得到了细分市场消费者的认可。相信，数模一体化调谐器将随着数模一体电视机的广泛使用而迎来春天。抓住时机研发生产，将会给调谐器厂家带来收获。
参考文献
[1] 李鼎新 高葆新主编 电子调谐器原理与设计 清华大学出版社1990年
[2] 李建，吴久清，陈宁 大屏幕液晶数模一体电视机的设计实践 电视技术2009年11期
作者简介
魏富选，男，生于1969年，籍贯陕西周至。1990年毕业于华北航天工业学院无线电技术专业，工程师。本人长期从事于家用消费类高频电视组件的工程研发、生产、配套工作。现供职于陕西凌云电器有限公司（中文名），Shaanxi Lingyun Electronics CO.，LTD.（英文名）。
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