Полупроводниковые ВЧ-блоки Xceive 4000/5000

12 декабря 2008, Чистяков Виктор 0

Далеко не последнюю роль в обеспечении качественного приема телевизионных программ играет электронный высокочастотный (ВЧ) блок, непосредственно подключаемый к эфирной антенне или кабельной сети. Именно в нем происходит первичная обработка сигнала, и все неточности в данном процессе негативно скажутся на последующем приеме, не позволят, несмотря на все ухищрения, добиться качественной картинки. В то же время качественно принятый сигнал сможет обеспечить необходимый комфорт при просмотре даже на относительно посредственном телеприемнике.

Подобные ВЧ-блоки часто называют также антенным тюнером или ТВ-тюнером, при этом не следует путать их с картой ТВ-тюнера или внешним телевизионным тюнером для компьютеров, в которые ВЧ-блок входит, как обязательная составляющая.

Основное назначение ВЧ-блоков – принять сигнал ТВ канала, по возможности усилить и очистить его от помех, затем преобразовать в более низкую и удобную для последующей обработки частоту, называемую промежуточной (ПЧ).

До недавнего времени высокочастотная часть схемы любого телевизионного приемника (от обычного телевизора до компьютерного ТВ-тюнера) проектировалась и выполнялась, в виде отдельного модуля, и для этого были весомые причины. Основная причина такого обособления состоит в том, что эта часть схемы наиболее чувствительна к внешним наводкам и в тоже время сама может генерировать электромагнитные волны, влияющие на работу соседних цепей. Такие помехи часто называют перекрестными, а для избавления от них используют тщательное экранирование излучающих и особо чувствительных к электромагнитным наводкам цепей.

Поэтому традиционный тюнер для приема телевизионных сигналов представляет собой электронный блок, заключенный в металлический корпус-экран, напоминающий жестяную банку.

Внутри корпуса находятся несколько транзисторов и других электронных компонентов, а также большое количество катушек индуктивности. Современная схемотехника и технологии изготовления позволяют добиваться высокого качества приема при довольно незначительной цене элементов такого комплекта. Однако подобные блоки требуют индивидуальной ручной настройки каждого экземпляра, что значительно увеличивает их конечную стоимость.

Полупроводниковые ВЧ-блоки. Модели Xceive

Вместе с тем, использование таких объемных модулей в составе современных миниатюрных и плоскопанельных телевизоров зачастую становится затруднительным или просто невозможным. Эволюция телевизионных приемников потребовала новых типов ТВ-тюнеров. И решением проблемы стала разработка полупроводниковых тюнеров в виде интегральных схем. Однако долгое время по ряду основных параметров они не могли на равных конкурировать с традиционными корпусными ВЧ блоками.

Впрочем, можно считать, что это уже не относится к самым современным интегральным тюнерам, например, моделям компании Xceive, которые позволяют получать на экранах телевизоров, мониторах компьютеров и ноутбуков изображение самого высокого качества. Имея неоспоримые преимущества в массогабаритных и ценовом параметрах, они успешно конкурируют с традиционными тюнерами по качественным параметрам, к которым относятся:

соотношение сигнал/шум;
частотный диапазон приема;
входная чувствительность;
динамический диапазон.

Полупроводниковые тюнеры много проще в производстве и настройке, что сказывается на их конечной цене. Позволяют добиваться значительно более идентичных параметров, не требуя ручной настройки. Если при использовании традиционных тюнеров, для каждого ТВ стандарта, подчас, требуется устанавливать отдельный блок, то полупроводниковые тюнеры позволяют легко переключаться между режимами приема любого ТВ стандарта, принимать радиопередачи FM диапазона. Использование в составе телевизора или другого устройства нескольких таких полупроводниковых чипов позволяет наблюдать на экране одновременно несколько каналов.

К основным преимуществам полупроводниковых тюнеров в сравнении с традиционными относятся:

несравнимо меньшие размеры;
меньшая стоимость;
меньшая потребляемая мощность;
высокая температурная стабильность;
быстрая настройка и выбор каналов.

Последние продукты компании годятся для разработки миниатюрных телевизионных приемников для персональных компьютеров и ноутбуков, позволяют легко встраивать их в плоскопанельные телевизоры, открывают возможности приема телепередач на дисплеях сотовых телефонов и карманных компьютеров. Xceive первой разработала однокристальные полупроводниковые тюнеры способные работать во всех диапазонах и стандартах телевизионного вещания.

На сегодня XC4000/5000 являются одними из наиболее высоко интегрированных полупроводниковых ТВ тюнеров, специально разработанными для использования в плоских телевизорах и панелях. Эти однокристальныe аналого-цифровые тюнеры компании Xceive объединяют в небольшом корпусе функции настройки и аналоговой демодуляции сигналов, позволяют принимать все аналоговые и цифровые ТВ форматы в диапазонах частот 42-864 МГц.

В составе чипов имеется цифровой сигнальный процессор для обработки оцифрованного ТВ сигнала. Встроенные широкополосные фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ), а также фильтры для выделения промежуточных частот звука и видеосигнала позволяют значительно уменьшить число внешних компонентов, требуемых для создания полнофункционального ТВ приемника.

Конструктивно микросхемы производятся в без выводном корпусе типа QFN с 48 контактами, размерами 7x7 мм и толщиной около 0,85 мм. Микросхемы XC4000/5000:

не требуют металлического экранирования;
не требуют подстройки синхронизации;
не требуют внешних элементов для цепей настройки на ТВ канал;
устойчиво работают с нестандартными сигналами, включая перемодулированные.

Основные характеристики этих микросхем представлены в таблице.

Xceive 4000 Xceive 5000 Диапазон частот, МГц 42-864 42-864 Время переключения каналов, мс 5 5 Коэффициент шума, дБ 5 5 Отношение сигнал/шум, дБ 50 54 Фазовый шум (10 кГц), дБ -85 -95 Входной импеданс, Ом 75 75 Напряжение питания, В 1,8 ; 3,3 1,8; 3,3 Тепловыделение,Вт 1,1 1

К основным пользовательским возможностям XC4000/5000 относятся:

поддержка всех аналоговых стандартов ТВ: NTSC, PAL, SECAM;
поддержка все цифровых ТВ стандартов: ATSC, DVB, ISDB, DMB;
поддержка режима быстрой настройки каналов;
поддержка режима кадр в кадре (ChannelVista);
внешняя шина управления типа I2C.

Долгое время недостаточный динамический диапазон полупроводниковых тюнеров не позволял им при приеме эфирного ТВ на равных конкурировать с корпусными ВЧ блоками. И лишь совсем недавно полупроводниковые тюнеры достигли высокого (более 80 дБ) уровня динамического диапазона, позволяющего уверенно и с высоким качеством принимать сигналы, как от удаленных, так и от близлежащих передатчиков.

Использование в последних моделях специальных патентованных технологий Xceive обеспечивает им необходимый динамический диапазон и широкий диапазон настройки, позволяет получать превосходное качество изображения при приеме всех частотных телеканалов.

При производстве полупроводниковых тюнеров Xсeive используются новые технологические процессы, включающие использование усовершенствованного BiCMOS-процесса, позволяющего получать кремниево-германиевые транзисторы. Такие транзисторы в сравнении с традиционными кремниевыми транзисторами имеют значительно улучшенные шумовые и усилительные характеристики, более высокую мощность рассеяния.

При разработке полупроводниковых тюнеров Xсeive применяет новые технологии для обработки оцифрованных ТВ-сигналов.

Xceive Clear Viev – технология предназначенная для повышения четкости и резкости получаемого из цифрового сигнала изображения.
QuickTune – специальная технология для ускорения процесса переключения между каналами. Уменьшает общее время сканирования каналов и делает более удобным для зрителя поиск нужного телеканала.
ChannelVista – технология, позволяющая получать на экране эффект "кадр в кадре" с использованием лишь одного тюнера. Такая возможность появилась благодаря цифровой обработке принятого сигнала и использованию технологии QuickTune.

На рисунке ниже представлена упрощенная структурная схема XC4000/5000. Сигнал с антенны или кабельной сети поступает на входы TV или FM. Перестраиваемым ВЧ фильтром выделяется нужный участок частотного диапазона (принимаемый канал), далее принятый сигнал усиливается регулируемым усилителем и через заграждающий фильтр поступает на один из входов смесителя.

На второй вход смесителя приходит частота от генератора управляемого напряжением (ГУН). Частота ГУН изменяется в соответствии с перестраиваемым напряжением настройки на канал. За счет этого при переключении между каналами частота на выходе смесителя (промежуточная частота – ПЧ) остается постоянной. Эта частота поступает для усиления на вход следующего регулируемого усилителя. Далее с выхода этого усилителя сигнал поступает уже в цифровой тракт тюнера.

Узел АЦП выполняет преобразование принятого аналогового ТВ сигнала в цифровой. С помощью цифрового сигнального процессора (ЦСП) реализуются технологии цифровой обработки сигнала. Для внешнего управления работой ЦСП и других узлов, в том числе аналоговых, имеется интерфейс на основе шины I2C.

После цифровой обработки с помощью ЦАП выполняется обратное преобразование сигнала в аналоговый композитный сигнал – CVBS, для использования в аналоговых приемниках. C отдельного выхода снимается сигнал промежуточной частоты звука – SIF (англ. Sound Intermediate Frequency). Для выравнивания уровня выходного сигнала используется внешнее регулирующее напряжение – Uagc. В режиме работы с цифровыми приемниками используются цифровые сигналы – DTV.

Для синхронизации всех цепей микросхемы имеется встроенный генератор, стабилизируемый подключаемым к выводам Х1, Х2 кварцевым резонатором. Для питания аналоговой части чипа используется напряжение 3,3 В, для цифровой 1,8 В.