傳送視頻的硅調(diào)諧器的工作原理分析

1 引言

　　一般通過電信號近距離傳遞信息，可以直接傳送基帶信號，但遠(yuǎn)距離時(shí)必須把基帶信號調(diào)制到射頻信號上，即把低頻的信號頻譜搬移到高頻頻譜上。而接收端又必須從調(diào)制的信號中解調(diào)出基帶信號，也就是從高頻信號上把有用信號搬移到低頻。同時(shí)接收端往往會收到許多信號，我們還需選擇自己需要的信號。這個(gè)完成選擇需要的信號和信號頻譜向低搬移的器件就是調(diào)諧器（在模擬電視時(shí)代，調(diào)諧器通常用鐵盒封裝，也稱高頻頭）。

　　調(diào)諧器應(yīng)用廣泛，它可以傳送視頻、聲音、數(shù)據(jù)等等信息。在種類繁多、形狀各異的調(diào)諧器中，最常見的、也是本文要討論的就是傳送視頻內(nèi)容的調(diào)諧器（以下“調(diào)諧器”就特指這類調(diào)諧器）。

　　隨著北京奧運(yùn)會臨近和地面數(shù)字電視節(jié)目的熱播，USB電視棒在國內(nèi)熱銷起來。之所以一個(gè)小小的USB電視棒就能接收射頻電視信號，這要?dú)w功于硅調(diào)諧器技術(shù)的成熟。近幾年半導(dǎo)體工藝技術(shù)和IC設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展很快，這就促成了硅調(diào)諧器技術(shù)不斷更新?lián)Q代，形成了硅調(diào)諧器多種技術(shù)并存、多個(gè)半導(dǎo)體國際大廠參與競爭的局面。熱起來的硅調(diào)諧器技術(shù)就是本文關(guān)注的焦點(diǎn)。

　　2 調(diào)諧器介紹

　　2.1 調(diào)諧器分類

　　接收調(diào)制視頻的射頻信號的電子產(chǎn)品有許多種類，如衛(wèi)星機(jī)頂盒、有線機(jī)頂盒、電視機(jī)、手機(jī)電視、電腦電視卡、PCMCIA電視卡、USB電視棒等等。這些電子產(chǎn)品根據(jù)其特點(diǎn)使用了多種多樣的調(diào)諧器。這些調(diào)諧器可以從以下幾個(gè)角度去分類：

　　從接收信號角度調(diào)諧器分為模擬、數(shù)字、數(shù)模一體化三種，其中有些調(diào)諧器還可直接輸出基帶信號。而從接收信號的制式上看，模擬信號可以做到全制式接收，數(shù)字信號接收按地區(qū)分為DVB、ATSC、ISDB、DMB等。

　　從信號傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)不同，可區(qū)分為衛(wèi)星調(diào)諧器、有線系統(tǒng)調(diào)諧器、地面廣播調(diào)諧器及手機(jī)調(diào)諧器等。如在歐洲有線網(wǎng)絡(luò)用DVB-C、地面廣播用DVB-T、衛(wèi)星廣播用DVB-S、手持設(shè)備用DVB-H等等。

　　從調(diào)諧器處理信號的技術(shù)分為模擬和數(shù)字兩種，傳統(tǒng)的鐵盒調(diào)諧器基本是采用模擬技術(shù)，而硅調(diào)諧器則是采用數(shù)字技術(shù)。

　　從調(diào)諧器電路架構(gòu)方面，可分為下列幾類：單轉(zhuǎn)換中頻輸出、單轉(zhuǎn)換低中頻輸出、單轉(zhuǎn)換零中頻輸出、雙轉(zhuǎn)換中頻輸出、雙轉(zhuǎn)換低中頻輸出、及雙轉(zhuǎn)換零中頻輸出等等。

　　從調(diào)諧器改變調(diào)諧頻率的方式可分為電壓合成和頻率合成兩種。

　　2.2 調(diào)諧器基本工作原理

　　電路最簡單的調(diào)諧器是單轉(zhuǎn)換中頻輸出調(diào)諧器。其基本組成包括混頻器、振蕩器、鎖相環(huán)(MOPLL)和高頻放大器等。高頻放大器具有自動(dòng)增益控制（AGC）功能，跟蹤濾波器是一個(gè)中心頻率可調(diào)的帶通濾波器。中頻濾波器是一個(gè)具有特殊傳輸特性的帶通濾波器，一般為聲表面波濾波器(SAWF)。單轉(zhuǎn)換中頻輸出調(diào)諧器電路架構(gòu)如圖一所示：

　　射頻電視信號進(jìn)入調(diào)諧器的高頻放大器進(jìn)行放大，其增益由AGC電路自動(dòng)控制，再由跟蹤濾波器將鏡像信號去除，利用混頻器和本地振蕩器混出中頻信號，最后經(jīng)由中頻濾波器慮除雜波、選擇出想要的頻道并進(jìn)一步調(diào)整通帶特性，完成調(diào)諧器的功能。

　　2.3鐵盒調(diào)諧器現(xiàn)狀

　　目前最普及的電視機(jī)還是模擬電視，這類電視機(jī)使用的都是鐵盒調(diào)諧器，其基本功能就是選臺和混頻，屬于單轉(zhuǎn)換中頻輸出架構(gòu)。

　　鐵盒調(diào)諧器大多采用調(diào)諧器專用IC和許多個(gè)分立器件組成。其主芯片采用雙極（Bipolar）工藝，具有成本極低的優(yōu)勢。由于調(diào)諧器處理的是幾百M(fèi)Hz的高頻信號，所以鐵盒調(diào)諧器使用了微帶和分布參數(shù)的器件。其中感應(yīng)線圈需生產(chǎn)時(shí)由人工調(diào)節(jié)其分布參數(shù)。早期的鐵盒調(diào)諧器都采用電壓合成方式選臺，目前大多采用頻率合成方式，其優(yōu)點(diǎn)是選臺簡單，調(diào)諧鎖定，不易跑臺。

　　經(jīng)過多年的技術(shù)發(fā)展，傳統(tǒng)鐵盒調(diào)諧器設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)十分成熟，盡管其電路器件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)調(diào)試難度很大。但是目前其成本十分低廉，只要不到10元人民幣，這就是使其在競爭十分激烈的模擬電視機(jī)市場占有絕對優(yōu)勢，根本無法被硅調(diào)諧器取代。但其肯定會隨著模擬電視在世界各國停播，逐被硅調(diào)諧器取代。

　　2.4 調(diào)諧器的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

　　調(diào)諧器作為一個(gè)電子產(chǎn)品，有幾個(gè)重要的電性能指標(biāo)：

　　動(dòng)態(tài)范圍：動(dòng)態(tài)范圍指調(diào)諧器能接收的輸入信號強(qiáng)度的范圍。地面電視廣播對動(dòng)態(tài)范圍的要求最大，約為60~70dB，有線傳播方式約30~40dB，衛(wèi)星傳播方式動(dòng)態(tài)范圍則要求最小。

　　噪聲指數(shù)：也叫噪聲系數(shù)，就是系統(tǒng)輸入輸出前后信噪比的比值，也就是輸出信號的信噪比比上輸入信號的信噪比。它決定了調(diào)諧器最小可接收的信號強(qiáng)度，或稱為接收靈敏度。目前數(shù)字地面電視廣播的噪聲指數(shù)要求不得高于7dB，而有線系統(tǒng)的噪聲指數(shù)則小于10dB就可以了。

　　鏡像抑制比：就是濾除鏡像頻道信號的能力?；祛l器的特點(diǎn)決定了比想要頻道頻率高或低兩倍中頻的頻道也會輸出到后面的中頻濾波器，這就會對想要的頻道產(chǎn)生干擾。因此，必須在混波器前加一個(gè)跟蹤濾波器（也稱鏡像抑制濾波器）來濾除鏡像頻道。通常調(diào)諧器鏡像抑制必須達(dá)到50~60dB。

　　相位噪聲：相位噪聲定義為在該頻率處1Hz帶寬內(nèi)的信號功率與信號總功率的比值。調(diào)諧器本振信號易受噪聲雜波的干擾而產(chǎn)生抖動(dòng)，即相位變化，這就是調(diào)諧器的相位噪聲。因數(shù)字電視信號多采用正交調(diào)幅(QAM)及四相相移鍵控調(diào)制方式，相位噪聲會直接影響到數(shù)字調(diào)諧器的輸出信噪比。而模擬電視信號多采用調(diào)幅（AM）或調(diào)頻（FM）就不易受相位噪聲干擾。通常調(diào)諧器相位噪聲必須達(dá)到50dB以上。