Mae gan setiau teledu, recordwyr fideo, blychau pen set a derbynyddion cebl band eang elfen gyffredin: y tiwniwr. Er bod yr holl gydrannau electronig eraill yn y dyfeisiau hyn yn crebachu wrth i dechnoleg lled-ddargludyddion grebachu, mae cymwysiadau defnyddwyr yn aml yn defnyddio "tanciau tiwniwr" enfawr i gyflawni'r swyddogaeth hanfodol hon. Cyfyngiadau heriol ar ddylunio tiwniwr yw'r rheswm y mae'r dechnoleg hon yn parhau, ond mae grymoedd y farchnad yn gwthio tiwnwyr silicon i'r amlwg.
Rhaid i'r dylunydd tiwniwr oresgyn sawl her. Mae'r signal mewnbwn mewn cymwysiadau teledu a chebl a ddarlledir yn gorwedd yn y band amledd o 48 MHz i 861 MHz, ac efallai y bydd gan gryfder y signal ystod ddeinamig eang. Er enghraifft, mewn cymwysiadau teledu a ddarlledir, gall fod gan y signal sydd i'w ddewis sianeli annisgwyl sydd â chryfder y signal yn fwy na 100 gwaith.
Mae dyluniad tiwniwr nodweddiadol yn defnyddio pensaernïaeth derbynnydd trosi sengl, er bod pensaernïaeth eraill hefyd yn bosibl. Mae strwythur tiwniwr trosi sengl yn cynnwys hidlydd dewis, mwyhadur sŵn isel (LNA), trawsnewidydd i lawr a mwyhadur amledd canolraddol (IF).
1. Cyfyngiadau ar ddyluniad tiwniwr silicon
1) Olrhain hidlwyr a ddewiswyd ymlaen llaw
Mae'r hidlydd dewis yn cymryd y band amledd signal amledd llawn ac yn ei leihau i fand amledd llai sy'n cynnwys y sianel ddiddordeb. O ystyried ystod amledd eang y sianel, mae hyn yn golygu bod yn rhaid i'r hidlydd dewis fod yn hidlydd bandpass olrhain y gall amlder ei ganolfan amrywio ar draws y sbectrwm signal. Mae LNAs sydd â swyddogaethau rheoli enillion awtomatig RF fel arfer yn dilyn hidlydd a ddewiswyd ymlaen llaw.
Y cam downconverter yw traditsystem heterodyne yn ïonig. Dyluniwyd y downconverter gyda dewis sianel, sy'n cynnwys addasu'r oscillator lleol (LO) fel bod y gwahaniaeth rhwng ei amlder a'r signal diddordeb yn dod o fewn bandpass yr hidlydd IF. Mae'r cam hwn yn defnyddio hidlwyr amledd sefydlog perfformiad uchel, band cul - fel arfer dyfeisiau tonnau acwstig arwyneb (SAW) - trwy ddewis ac eithrio pob opsiwn arall. Dilynir hyn gan fwyhadur IF gyda rheolaeth enillion amrywiol, sy'n caniatáu i'r system gyfateb cryfder y signal a ddewiswyd ag anghenion y cylched demodiwleiddio a chanfod y mae'r tiwniwr yn ei yrru.
O ystyried amlder eang ac ystod cryfder signal y signal mewnbwn, bydd defnyddio'r bensaernïaeth hon i gynhyrchu tiwniwr perfformiad da yn dod â sawl her. Un yw'r hidlydd cyn-ddethol. Er mwyn cwmpasu'r lled band signal llawn, mae gweithrediadau tiwniwr teledu darlledu nodweddiadol yn ei gwneud yn ofynnol i hidlwyr weithredu mewn tri band amledd gwahanol: VHF (amledd uchel iawn), 48 i 88 MHz; VHF canolig, 174 i 216 MHz; ac UHF (amledd uwch Uchel) ar 470 i 861 MHz. Gweithrediad cyffredin yw defnyddio hidlwyr ar wahân, un ar gyfer pob hidlydd.
2) Gweithrediad aml-fand
Mae'r hidlydd dewis yn dewis y band amledd gweithredu, ond efallai y bydd angen gweithredu hidlydd olrhain o hyd i ddarparu'r detholusrwydd gofynnol. Rhaid i'r hidlydd olrhain gynnal lled band cymharol sefydlog, er y gall amledd y ganolfan newid dros lawer o wythfedau. Mae gwireddu hidlydd o'r fath fel arfer yn gofyn am nifer fawr o gydrannau goddefol, fel anwythyddion, y mae'n rhaid eu tiwnio â llaw yn y ffatri i gael perfformiad cywir. Mae'r galw hwn am gydrannau goddefol a thiwnio â llaw yn cynyddu maint a chost y tiwniwr yn fawr. Gall tiwniwr nodweddiadol fesur 2.5 x 2 x 0.75 modfedd.
Fodd bynnag, nid yr hidlydd dewis yw'r unig gydran â heriau dylunio. Rhaid i'r LO yn y downconverter hefyd drin ystod amledd eang. Mae'r hidlydd dewis yn lleihau lled band y signal mewnbwn yn unig. Efallai y bydd y signal o ddiddordeb yn dal i ddisgyn yn unrhyw le yn yr ystod 48 i 861 MHz, a rhaid i'r LO gwmpasu'r ystod hon yn y bôn. Yn ogystal, rhaid i'r LO arddangos sŵn cam agos agos neu bydd derbyniad sianel DTV yn cael ei gyfaddawdu. Mae'r oscillator cylched integredig yn cyflawni ystod amledd mor eang na ellir ei diwnio, ac ar yr un pryd mae'n arddangos sŵn cyfnod isel gan ddefnyddio foltedd cyflenwad pŵer nodweddiadol 3 folt systemau electronig heddiw. Efallai y bydd angen cyflenwad pŵer o hyd at 30 V.
Er mwyn cwrdd â'r holl ofynion perfformiad hyn, mae'r rhan fwyaf o gyflenwyr yn dewis cadw'r dyluniadau tiwniwr teledu a VCR traddodiadol, er gwaethaf eu cost a'u maint. Ond mae pwysau'r farchnad yn dechrau gorfodi newid. Un o'r elfennau yw awdurdodiad y Comisiwn Cyfathrebu Ffederal, hynny yw, mae'r holl setiau teledu a werthir yn yr Unol Daleithiau wedi dechrau defnyddio tiwnwyr sy'n gallu derbyn darllediadau teledu digidol. Mae'r dasg hon yn gorfodi cyflenwyr i newid strwythur sylfaenol eu cynhyrchion, gan greu cyfleoedd i arloesi mewn dylunio tiwniwr.
Mae'r twf yn y galw am y farchnad adloniant cludadwy hefyd wedi hyrwyddo newidiadau mewn dyluniad tiwniwr. Mae cludadwy yn golygu dyfeisiau wedi'u pweru gan fatri neu law ac mae'n gwahardd defnyddio folteddau uchel mewn gweithrediadau LO. Yn ogystal, mae angen gweithrediadau llawer llai ar ddyfeisiau cludadwy na thiwnwyr nodweddiadol. Yn y farchnad arddangos / teledu panel fflat sy'n tyfu, mae maint bach hefyd yn bwysig. Mewn dyluniad panel gwastad, gall maint y tiwniwr fod y ffactor cyfyngol ar gyfer teneuo cynnyrch.
Tuedd arall sy'n effeithio ar ofynion tiwniwr yw bod defnyddwyr eisiau derbyn sawl sianel ar yr un pryd. Mae hyn yn golygu bod angen mwy nag un tiwniwr, sy'n cymryd mwy o le, sy'n effeithio ar faint y system ac yn cynyddu cost y tiwniwr ar gyfer y cynnyrch terfynol. Mae pwysau'r farchnad i leihau maint a thueddiadau eraill wedi hyrwyddo'r defnydd o ddyluniadau tiwniwr silicon.
3) Dileu tiwnio â llaw
Mae yna lawer o nodau ar gyfer dylunio tiwniwr silicon. Un o'r prif nodau yw dileu'r angen i addasu cydrannau allanol â llaw yn yr hidlydd olrhain. Mae dwy effaith mewn silicon. Un yw bod dileu'r rhan fwyaf o gydrannau allanol hefyd yn dileu eu gallu i amsugno a gwasgaru egni RF diangen o'r band amledd sydd wedi'i eithrio. Rhaid i dunwyr silicon ddefnyddio dyluniadau cylched arloesol mewn LNAs a chymysgwyr i reoli egni diangen heb niweidio'r transistorau.
Yr ail effaith yw'r angen am bensaernïaeth RF newydd. Ceisiodd dyluniadau tiwniwr silicon cynnar fabwysiadu dull trosi dwbl, a oedd yn darparu detholusrwydd heb diwnio cydrannau allanol â llaw. Mae'r trawsnewidiad cyntaf yn symud amlder y signal mewnbwn i fyny. Mae hidlydd RF SAW yn lleihau'r lled band cyn trosi i IF am yr eildro. Mae'r ddyfais hidlo yn cynrychioli prif gost y dyluniad hwn.
Yn ddiweddar, mae technoleg hunan-raddnodi yn cael ei defnyddio i oresgyn y newidiadau mewn gweithgynhyrchu prosesau lled-ddargludyddion. Mae rhai hefyd yn dileu'r angen am gyflenwadau pŵer foltedd uchel ar gyfer yr LO a'r angen am ddyfeisiau RF SAW. Yn lle, dim ond yn y cam IF y maent yn defnyddio hidlwyr SAW, sydd ag amledd llawer is ac sy'n ddyfeisiau cost is na hidlwyr RF SAW.
Mae gweithredu'r dyluniadau hyn mewn silicon yn gofyn am dechnoleg broses lled-ddargludyddion uwch. Fel rheol, dim ond y broses o'u gweithredu VLSI digidol y mae cyflenwyr sglodion yn ei nodweddu. I weithredu tiwniwr silicon, rhaid nodweddu'r broses yn seiliedig ar berfformiad RF. Yn ogystal, rhaid i'r broses fod â ffordd i greu inductor o'r gwerth cywir a bod â Q digon uchel ar gyfer gweithredu LO sŵn cyfnod isel neu ddylunio hidlydd RF. Bellach gellir defnyddio proses o'r fath.
Yn ogystal â phrosesau lled-ddargludyddion, mae angen dylunio sglodion yn ofalus ar diwnwyr silicon. Mae gan RF lawer o gyfleoedd i ymyrraeth pelydru a chynnal. Mewn dyluniad tiwniwr silicon un sglodyn, mae agosrwydd llinellau signal ar sglodion a rhannu swbstradau cylched yn gwaethygu hyn. Er mwyn rheoli'r ymyrraeth hon, mae angen cynllun sy'n gwahanu cylchedau critigol ac sy'n cynnwys patrymau cysgodi. Mae'r dyluniad hefyd yn gofyn am greu a rheoli rhwydweithiau pŵer a dosbarthu daear ar sglodion yn ofalus. Yn ogystal, rhaid i'r dyluniad gynnwys cydrannau hidlo ar-sglodion ac oddi ar y sglodion i dorri'r llwybr signal ymyrraeth.
Mae'r holl broblemau hyn wedi'u datrys, a gyda dyfodiad dyfeisiau tiwniwr silicon, mae dylunwyr cynnyrch wedi dechrau gwneud ffyrdd i gael gwared ar yr hen diwniwr-mewn-can. Derbynyddion lloeren a chebl oedd y cyntaf i fabwysiadu'r dull hwn. Maent yn prosesu signalau sydd â'r un pŵer fwy neu lai ym mhob sianel. Mae'r unffurfiaeth sianel hon yn symleiddio'r dyluniad tiwniwr ychydig, gan alluogi offer tiwniwr silicon cynnar i fodloni'r gofynion.
Fodd bynnag, rhaid i dderbyniad darlledu daearol ddefnyddio tiwniwr a all ddarparu detholusrwydd dros ystod eang o lefelau pŵer sianel. Mae'r posibilrwydd o gyfuno signalau cryf mewn sianeli cyfagos â sianeli diddordeb gwan yn gosod cyfyngiadau llym ar ddetholusrwydd dyluniad tiwniwr. Tan yn ddiweddar, mae pensaernïaeth RF arloesol a phrosesu lled-ddargludyddion RF gwell wedi caniatáu i diwnwyr silicon gyflawni'r perfformiad gofynnol am gost isel.
Trwy ddileu'r angen am addasiadau â llaw, gall y tiwnwyr silicon hyn gynyddu cynnyrch gweithgynhyrchu a darparu perfformiad mwy dibynadwy na dyluniadau hŷn. Maent yn diwallu anghenion dyfeisiau cludadwy trwy ddileu'r angen am gyflenwadau pŵer foltedd uchel a chaniatáu gweithrediadau cryno. O ystyried dylanwad y farchnad ar y priodoleddau hyn, mae disgwyl i dunwyr silicon alinio dyluniadau derbynnydd teledu â rhannau eraill o'r diwydiant electroneg.
Ravi Shenoy ([e-bost wedi'i warchod]) yw cyfarwyddwr analog a thechnoleg RF LSI Logic (Milpitas, California).
Mae ein cynnyrch eraill:
