用單層PCB設計超低成本混合調諧器

 杭州PCB抄板公司-緯亞電子：今天，電視機與視訊轉換盒應用中的大多數調諧器采用的都是傳統單變換MOPLL概念。這種調諧器既能處理模擬電視訊號也能處理數字電視訊號，或是同時處理這兩種電視訊號(即所謂的混合調諧器)。在設計這種調諧器時需考慮的關鍵因素包括低成本、低功耗、小尺寸以及對外部組件的選擇。

本文將介紹如何用英飛凌的MOPLL調諧芯片TUA6039-2或其影像版TUA6037實現超低成本調諧器參考設計。這種單芯片ULC調諧器整合了射頻和中頻電路，可工作在5V或3.3V，功耗可降低34%。設計采用一塊單層PCB，進一步降低了系統成本，同時能處理DVB-T/PAL /SECAM、ISDB-T/NTSC和ATSC/NTSC等混合訊號，可支持幾乎全球所有地區標準。

圖1為采用TUA6039-2/TUA6037設計單變換調諧器架構圖。該調諧器實際上不僅是一個射頻調諧器，也是一個half NIM，因為它包括了中頻模塊。射頻輸入訊號透過一個簡單的高通濾波器加上中頻與民間頻段(CB)陷波器的組合電路進行分離。該設計沒有采用PIN二極管進行頻段切換，而是采用一個非常簡單的三工電路進行頻段切換。天線阻抗透過高感抗耦合電路變換至已調諧的輸入電路。然后透過英飛凌的高增益半偏置 MOSFET BF5030W對預選訊號進行放大。BG5120K雙MOSFET可以用于兩個VHF頻段。在接下來的調諧后帶通濾波器電路中，則進行信道選擇和鄰道與影像頻率等多余訊號的抑制。前級追蹤陷波器和帶通濾波器的容性影像頻率補償電路就是專門用來抑制影像頻率。

圖1：采用TUA 6039-2/TUA 6037的單變換調諧器架構圖。

TUA6039-2是一款完整的三頻段調諧器IC，包含3個混頻器、3個振蕩器、1個SAW驅動器和1個中頻放大器等所有所需的主動組件。完整的 PLL功能包括用于頻段切換的4個PNP埠與一個NPN埠和一個作為內部調諧器AGC的寬帶AGC檢測器。配合佳化的回路濾波器、4個可編程電荷泵電流電路、平衡式晶振和壓控振蕩器(采用英飛凌的雙極技術)，這種half NIM可獲得適合所有數字設備的佳相位噪聲性能。TUA6039-2的平衡式中頻輸出訊號可以直接驅動隨后中頻電路中的SAW濾波器。然后，SAW輸出的訊號再經過增益受控的芯片上放大器進一步放大，放大后的輸出訊號可直接用于隨后的解調器。射頻到中頻的轉換也在芯片內部完成。

這種half NIM的耗電在＋5V電源電壓下不到130mA，功率不到650mW。如果采用＋3.3V電源，則總功率只有429mW。這種功耗的顯著節省對于可攜式或手持式設備而言是一項極大優勢。

采用單層PCB設計ULC調諧器已廣為客戶接受。在競爭激烈的電視調諧器市場中，任何成本上的改進都可能進一步降低生產成本。因此，單層PCB與雙層PCB之間的任何成本差異對于調諧器的整體BOM(材料清單)來說都非常重要。圖2為終的PCB設計。該half NIM設計使用厚度1.6mm的單面FR4 PCB。

圖2：采用TUA 6039-2/TUA 6037的混合調諧器的單層PCB設計。 杭州PCB|杭州smt

圖3為采用單層PCB的完整參考設計，盡管其尺寸可以進一步縮小，但該設計仍采用了標準的調諧器尺寸。

圖3：采用單層PCB的超低成本調諧器參考設計。

在對PAL/DVB-T、NTSC/ATSC、NTSC/ISDB-T等標準電視訊號的混合接收中，這款采用單層PCB開發的參考設計表現出良好性能，它能處理T-DMB、DAB、DMB-TH、DVB-C和Open Cable等其它標準。在該設計中，使用時需根據所選標準是純數字(如DVB-T)、純模擬(如PAL/SECAM)或混合(如DVB-T+PAL /SECAM)類型，對PLL回路濾波器及后置濾波器進行配置。

62.5kHz參考頻率抑制比取決于不同的回路濾波器及其后置濾波器的配置。雖然回路濾波器可以透過修改而覆蓋混合模式下的166.67kHz和 62.5kHz兩個參考頻率，但在相位噪聲、參考頻率抑制和PLL鎖定時間這幾個性能之間總會有所折衷。因此，強烈建議設計師在采用相應回路濾波器和后置濾波器配置之前先選好參考頻率(62.5kHz或166.67kHz或二者皆用)。測量結果顯示，單層PCB調諧器設計在混合接收模式下能夠達到60dB 甚至更高的參考頻率抑制性能，足以滿足模擬接收機的嚴格要求。

在開發參考設計過程中面臨的挑戰之一是如何在PCB上布置芯片的VQFN封裝。在單層PCB上進行聯機和接地降低了接地的靈活度。而接地在射頻設計中是十分重要的，這是調諧器設計師面臨的大挑戰。受接地影響的幾個關鍵的電氣參數包括：對源自晶體的寄生訊號的抑制、PLL參考頻率以及同樣整合在 ULC調諧器中的DC/DC變換器。本例設計中實現了約52dB的DC-DC頻率寄生抑制和60dB的VCO參考頻率寄生抑制。

VQFN封裝與單層PCB帶來的另一個問題就是IC的散熱問題。為了改善散熱性能，參考設計中將IC的背面暴露出來。這樣做可以提高散熱性能，例如可透過調諧器的框架散熱。另外該芯片還可以工作在3.3V，不僅進一步降低功耗，還能減少發熱。

在日常多媒體應用中，人們對射頻調諧器電子產品的需求不斷成長，制造商也要求縮小調諧器外型尺寸、減少功耗和降低成本。本文介紹的ULC調諧器設計是一種試圖在成本、性能和功耗之間尋求佳平衡的嘗試。將TUA6039-2作為調諧器的核心組件，可在節能的3.3V電源電壓下實現高性能混合調諧器。采用單層PCB則可進一步降低成本。整體而言，本文展示的ULC調諧器參考設計可大幅降低產品設計風險，并在不降低性能與質量的前提下縮短產品上市時間。

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