利用高集成度的RF調(diào)諧器應(yīng)對移動電視技術(shù)

在研究移動電視技術(shù)發(fā)展趨勢時需要區(qū)分產(chǎn)品功能組合、封裝、性能、采用的半導體工藝和最重要的射頻接收器性能。目前大多數(shù)單制式解調(diào)器都采用130納米至65納米CMOS工藝制造。
多數(shù)情況下，它們與射頻接收器一同封裝在系統(tǒng)級封裝內(nèi)(SiP)，構(gòu)成移動電視前端組件。然而不同解決方案的性能不盡相同，遲早這些產(chǎn)品都只會滿足各自的傳輸標準。

在“時隙模式”下(包括適用于多業(yè)務(wù)應(yīng)用的射頻和內(nèi)存)，實現(xiàn)低于50mW的極低系統(tǒng)功耗所面臨的主要挑戰(zhàn)是較小的外形尺寸和將系統(tǒng)集成于消費電子平臺的復雜度。不過目前隨著市場的日趨成熟，所面臨的最大挑戰(zhàn)是滿足縮短開發(fā)周期和降低生產(chǎn)成本的需求。為了應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，英飛凌科技開發(fā)出OmniVia TUS9090。

系統(tǒng)特點

TUS9090是采用英飛凌RFCMOS 130納米工藝開發(fā)的創(chuàng)新型單片IC。該SOC集成了多頻帶射頻接收器(VHF、UHF和適用于歐盟與北美的L頻帶)、DVB-T解調(diào)器組件和DVB-H物理層及固件和多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)接收所需的嵌入式內(nèi)存。

TUS9090無需外部濾波器、內(nèi)存等組件，但如果TUS9090用于在VHF頻帶下接收DVB-T，就需要一個外部LNA。TUS9090集成了片上內(nèi)存和邏輯內(nèi)核，具備各種鏈路層和FEC功能。表1對DVB-H制式和其他新開發(fā)的制式進行了比較。

要開發(fā)出這種混合信號單片IC，需要大量的工程技術(shù)專長和豐富的經(jīng)驗。首先需要進行系統(tǒng)分區(qū)，分區(qū)時需分析性能需求，然后根據(jù)需求，實現(xiàn)最佳的軟硬件混合分區(qū)。隨后的設(shè)計優(yōu)化需要實現(xiàn)高級信號處理算法，但工程師需要深入了解相關(guān)的噪聲問題——高速數(shù)字組件發(fā)出的噪聲可進入靈敏的模擬射頻組件(例如LNA)。如果設(shè)計不仔細，測試不夠詳盡，就無法滿足系統(tǒng)健壯性要求，導致性能降低，最終令客戶失望。此外，由于相鄰信道干擾、信號的快速深度衰減(終端隨汽車和火車移動)和較差的室內(nèi)接收信號強度(信號功率損失)，使得移動電視的接收面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。

創(chuàng)新TUS9090單片IC完全符合MBRAI II規(guī)范。在DVB-H模式(QPSK、CR 1/2、GI=1/4、8MHz、8K FFT)下，射頻靈敏度高于-98dBm，如果不計入外部巴倫，射頻調(diào)諧器的噪聲系數(shù)為4dB。在TU6通道條件下(MPE誤幀率為5%)，假設(shè)采用QPSK調(diào)制、1/2碼率、1/4保護間隔、3/4 MPE FEC率和8K FFT，測得最小載噪比(C/N)為8.4dB。在相同條件下，相移Fd3dB@MBRAI為170Hz。在單頻網(wǎng)(SFN)條件下也可實現(xiàn)類似的性能。

TUS9090采用8.5×8.5×0.8mm SGA封裝。不過為了最大限度縮小外形尺寸，TUS9090單片芯片采用凸點封裝，以裸片形式供貨(凸點裸晶厚度小于0.4mm)，便于以較低的成本開發(fā)出外形很小的模塊。省去封裝工藝，進一步降低了制造成本。

系統(tǒng)架構(gòu)

圖1顯示了從天線輸入端至連接主機或多媒體處理器組件的SDIO接口輸出端的系統(tǒng)架構(gòu)框圖。

圖1：OmniVia TUS9090的功能架構(gòu)框圖

實現(xiàn)移動電視功能的前端的第一部分是射頻信號接收所需的小型天線。在移動環(huán)境下，移動電視信號的恢復受各種條件的限制，包括特定的系統(tǒng)集成問題?？紤]到UHF接收器的帶寬和移動終端天線的尺寸限制等因素，天線的設(shè)計面臨著巨大的挑戰(zhàn)。盡管低噪接收器設(shè)計可緩解這個問題，但天線仍然是系統(tǒng)中最好的“低噪聲放大器”。因此，我們需要尋找新穎的天線解決方案。調(diào)諧天線或諧振天線具備非常出色的性能。不過當GSM發(fā)射器發(fā)出較強信號時，由于無線組件與DVB-H天線之間的隔離度僅為10-20dB，變?nèi)荻O管等非線性調(diào)諧元件就會降低有用信號的質(zhì)量。

TUS9090采用折中配置，旨在實現(xiàn)最佳的線性度和最低的噪聲。在UHF級，射頻調(diào)諧器的噪聲系數(shù)為4dB，符合MBRAI II標準。如果某種應(yīng)用需要更高的性能，可通過增加外部LNA使噪聲系數(shù)達到2dB或更低。英飛凌可提供完整的參考設(shè)計或根據(jù)客戶的具體需求修改設(shè)計。

在TUS9090中，位于天線和輸入級之后的是嵌入式射頻接收器，它是集成了LNA、混頻器、通道濾波器、晶體振蕩器、鎖相環(huán)路(PLL)和片上環(huán)路濾波器、VCO和IF增益控制器的直接變頻接收器。從射頻到I/Q信號的差分信號通道具備出色的噪聲抑制功能。此外，集成化寬帶射頻AGC(自動增益控制)環(huán)路位于集成LNA之后。該射頻組件能夠直接接在LNA之后對信號進行檢測，它能夠響應(yīng)混頻器所能檢測到的所有信號，避免由任何相鄰信道所引起的任何線性度問題。針對寬帶AGC，TUS9090采用模擬增益控制環(huán)路、實現(xiàn)基帶增益控制的數(shù)字化，并通過專用數(shù)字AGC總線控制可編程增益步長。此外，支持多種標準晶體頻率的集成化高性能晶體振蕩器，可確保射頻組件的正常工作——不論系統(tǒng)時鐘是否可用。不過這種射頻組件也能配合優(yōu)質(zhì)的系統(tǒng)時鐘一起工作，從而降低晶振成本。

值得強調(diào)的是，零中頻直接轉(zhuǎn)換接收器由于具備最少的外部組件并且降低了功耗，從而滿足收接器的模擬和射頻規(guī)范，因此成為適用于DVB-H的主流架構(gòu)。低中頻射頻架構(gòu)是零中頻的替代方案，但需滿足N±1階干擾所導致的嚴格的鏡像抑制要求。不過采用先進的CMOS工藝可實現(xiàn)多種混合信號校準和電路技術(shù)，從而克服了零中頻直接變頻架構(gòu)的缺點，例如直流偏移。用于DVB-T和DVB-H制式的高帶寬和大量副載波，可降低幾千赫茲的直流頻譜，同時不會明顯降低性能。此外，近期進行的產(chǎn)品開發(fā)表明，可以將LNA集成于采用純CMOS工藝技術(shù)制造的射頻調(diào)諧器——盡管DVB-H需要較寬的輸入頻率范圍。在射頻參考點，系統(tǒng)噪聲系數(shù)低于3.5-4dB，可滿足靈敏度要求。

表1：移動電視制式比較

阻塞干擾是另一個設(shè)計挑戰(zhàn)。移動電視接收器需要覆蓋寬頻譜，從而會引起許多潛在的無用信號，這就需要接收器具有足夠大的動態(tài)范圍。這也需要整個系統(tǒng)具有較高的線性度和出色的噪聲性能，以及寬帶增益控制環(huán)路，以防止混頻器和后續(xù)級由強干擾所引起的飽和。前兩個需求最終決定了模擬接收器部分的功耗約束。因此，對于一些需要較低線性度的單頻應(yīng)用，具備可以在功耗和噪聲系數(shù)方面實現(xiàn)進一步優(yōu)化的優(yōu)勢。

TUS9090可對ETSI EN 300 744和ETSI EN 302 304定義的OFDM信號進行數(shù)字化解調(diào)。PHY模塊集成了所有OFDM功能，其中包括同步、FFT、通道評估、去映射器、內(nèi)部解交織器、內(nèi)解碼器、外解交織器和外解碼器。為了使功耗降至最低，它還集成了專為最大程度降低功耗、優(yōu)化同步性能而設(shè)計的功率控制組件。此外，內(nèi)部高性能多層總線，將諸如片上處理器等不同的IP塊互連在一起，從而實現(xiàn)高級并行總線功能，通過降低系統(tǒng)總延遲最終提高系統(tǒng)吞吐量?？赏ㄟ^從機SDIO接口建立主機連接。該接口可在導入過程中將FW下載至芯片，然后將IP數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)移至主機。它還可作為控制接收器配置的鏈路，并可處理高達50MHz的時鐘速率，從而使接收器在DVB-H模式下的導通時間降至最低。

該終端的移動特性可引起快速時變通道和接收的信號及其回波的多卜勒頻移。在這種條件下運行的接收器性能主要取決于使用的調(diào)制性能和標準保護性能及信號處理算法。DVB-H制式能夠消除這些隱患，提供多樣配置，調(diào)整性能，滿足實際需求。

TUS9090還包含完整的固件，這些固件可提供多種自動功能，例如信道配置文件檢測、頻率掃描和PSI/SI分析等。另外，還提供與市場上主要中間件產(chǎn)品兼容的DVB-H主機驅(qū)動程序。

圖2為英飛凌的單片集成電路TUS9090的實物圖。英飛凌已于去年開始提供TUS9090樣片，預計今年第二季度實現(xiàn)量產(chǎn)。另外，英飛凌還將射頻接收器嵌入TUS9090，開發(fā)出獨立的OmniTune TUA9000。目前已開始試供。

圖 2 ：TUS9090單片SOC內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)示意圖