數(shù)字電視和機(jī)頂盒這類多媒體產(chǎn)品對調(diào)諧器的需求在不斷增長，背后的驅(qū)動(dòng)力來自消費(fèi)者對這些設(shè)備提供更多功能和更高性能的期望。調(diào)諧器的發(fā)展目標(biāo)是減小體積并降低功耗。現(xiàn)在業(yè)界研發(fā)出了一系列的新型調(diào)諧器IC，通過將電源電壓從5.0V降低到3.0V來降低功耗，而且又不降低RF" target="_blank">RF性能，甚至還改善了RF性能。這種新一代的RF調(diào)諧器IC采用BiCMOS工藝，瞄準(zhǔn)高端應(yīng)用；而采用Bipolar工藝的傳統(tǒng)RF調(diào)諧器IC則用于低成本的應(yīng)用。
近年來，電視領(lǐng)域經(jīng)歷了一些巨大的變化。最明顯的就是從模擬到數(shù)字電視的變化。傳統(tǒng)的陰極射線管(CRT)電視正在被新型的LCD和等離子顯示面板所取代。不過市場表明消費(fèi)者并不愿意為新的高性能技術(shù)付出過多的費(fèi)用。因此，該領(lǐng)域的半導(dǎo)體供應(yīng)商不得不研發(fā)性能更好的新產(chǎn)品，同時(shí)還要降低生產(chǎn)成本并保持“環(huán)境友好”。
電視機(jī)中電子設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是降低功耗和成本，同時(shí)增加功能和改善性能。最終，低功率的結(jié)果是節(jié)省了用來發(fā)電所需的化學(xué)燃料，從而減少了二氧化碳的排放，進(jìn)而延緩了全球變暖的進(jìn)程，而全球變暖目前正是全球普遍討論的重要話題。除了有利于減輕這些生態(tài)問題，消費(fèi)者對降低能耗的直接感受是節(jié)約開支。目前消費(fèi)者也日益意識到電子產(chǎn)品對環(huán)境的影響以及隱性成本問題。許多國家建立了專門的機(jī)構(gòu)以確保生產(chǎn)廠商能夠滿足功率節(jié)省的要求。
一個(gè)此類的機(jī)構(gòu)是能源之星(Energy Star)協(xié)會(huì)，它是1992年由美國環(huán)境保護(hù)局(EPA)規(guī)劃發(fā)展的第一個(gè)機(jī)構(gòu)，旨在驗(yàn)證和促進(jìn)能夠節(jié)省能源的產(chǎn)品。具有能源之星標(biāo)志的產(chǎn)品具有較低的工作成本并支持環(huán)保。當(dāng)產(chǎn)品獲得10%到20%的能量節(jié)省時(shí)就能達(dá)到一定的級別。目前，能源之星協(xié)會(huì)正在推廣宣傳，如“如果有一半的美國家庭使用具有能源之星的電視機(jī)來替代原有的常規(guī)電視機(jī)，其結(jié)果相當(dāng)于關(guān)閉一座發(fā)電廠”；或者“具有能源之星標(biāo)志的電視機(jī)比常規(guī)電視機(jī)節(jié)省30%的能源”，“選擇具有能源之星標(biāo)志的產(chǎn)品，將在不影響產(chǎn)品質(zhì)量和用戶期望的性能條件下，幫助防止全球變暖和促進(jìn)空氣清新”，最后還有“如果今年銷售的每臺電視機(jī)都具有能源之星標(biāo)志，將減少90億磅的空氣污染”。
盡管RF調(diào)諧器IC的功耗與整套電視機(jī)的能耗相比還相當(dāng)小，但是即便是極小的功率節(jié)省也是極有意義的，因?yàn)槊磕暧?億套以上的電視機(jī)和機(jī)頂盒(STB)的市場需求。例如，如果每套節(jié)省僅200mW的能耗，就相當(dāng)于關(guān)閉一座10兆瓦的發(fā)電廠。
在過去幾十年中，電視機(jī)調(diào)諧器的電源電壓經(jīng)歷了從12V降到9V，又降到了7.5V。如今，大量的RF調(diào)諧器用在模擬電視機(jī)中，數(shù)字電視和機(jī)頂盒的電源電壓為5V。最近，英飛凌公司新推出了3種RF調(diào)諧器IC，即TUA6041、TUA6045和TUA6039，能夠采用5到3.3V的電源電壓正常工作。采用3.3V的電源時(shí)，經(jīng)過能源之星協(xié)會(huì)的確認(rèn)，這些新型的RF調(diào)諧器IC可節(jié)省170mW的功耗，同時(shí)性能沒有任何降低。換句話說，不論這些產(chǎn)品是工作在3.3V還是5V，都呈現(xiàn)相同的線性性能。在這些芯片內(nèi)部，具有電壓調(diào)節(jié)器，將電壓恒定保持在3.3V以下，這與傳統(tǒng)5V電源的調(diào)諧器相比，功耗降低了30%以上。如果在未來三年中，全世界所有(用于電視機(jī)和機(jī)頂盒)的調(diào)諧器模塊都采用英飛凌公司的TUA6039，就相當(dāng)于關(guān)閉兩座10兆瓦的發(fā)電廠，并且如果依據(jù)這一期間的電費(fèi)計(jì)算，將為用戶節(jié)省大約600萬美元的費(fèi)用。
圖1：新的OmniTune產(chǎn)品TUA6039/TUA6041/TUA6045在單芯片上集成了完整的射頻和中頻功能，從而使數(shù)字電視調(diào)諧器IC產(chǎn)品在不降低性能的基礎(chǔ)上向更小和更低成本有效演進(jìn)。
這些新型RF調(diào)諧器采用了兩項(xiàng)新技術(shù)。TUA6039采用了真正的雙極工藝，特別適合于低成本的固定式應(yīng)用。TUA6041和TUA6045瞄準(zhǔn)的是便攜式應(yīng)用和汽車電視，因此采用了具有更好性能和更低功耗的BiCMOS工藝。這三種調(diào)諧器都是高集成度的電視前端設(shè)備，包括一個(gè)混頻器-振蕩器-鎖相環(huán)(MOPLL)和一個(gè)AGC放大器，如圖2所示。
圖2：TUA6041方框圖和MOPLL+IF AGC應(yīng)用。
這三種最新IC都是三波段調(diào)諧器，包括了所有主要的RF頻段，如VHF-低、VHF-高、UHF以及DAB-L波段1.47GHz(L-band，僅TUA6045/1具有)。這就使得這些調(diào)諧器特別適合支持模擬、數(shù)字地面和有線電視系統(tǒng)(PAL、SECAM、NTSC、DVB-T/C、ISDB-T、ATSC等)以及音頻系統(tǒng)FM/DAB)的多制式接收機(jī)。在經(jīng)過濾波器和AGC放大器的前級之后，信號將被進(jìn)一步放大并與鎖相環(huán)振蕩器混頻，振蕩器中的四引腳UHF振蕩器槽路可確保最佳的相位噪聲性能。
目前，英飛凌公司是RF調(diào)諧器IC產(chǎn)品的市場領(lǐng)先者，提供MOPLL IC(TUA6034)以及IF AGC放大器(TDA6192)，該放大器在數(shù)字電視機(jī)中的份額已經(jīng)達(dá)到75%以上。新的系列產(chǎn)品以更低的功耗提供更好的性能，從而允許開發(fā)更小的調(diào)諧器模塊，其結(jié)果是更進(jìn)一步地降低系統(tǒng)成本。一些讀者可能會(huì)關(guān)心是如何使用低電壓實(shí)現(xiàn)更好性能的。原因是由于半導(dǎo)體工藝技術(shù)的不斷演進(jìn)，還有更精巧的電路設(shè)計(jì)技術(shù)。一個(gè)實(shí)例就是在中頻IF級的輸出端利用無源器件改善電壓降低后的性能。
TUA6041包括了3個(gè)用來校正前級濾波器的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC)。這就允許模塊設(shè)計(jì)師能夠使用純SMD器件來替代空氣線圈。而TUA6041和TUA6045都含有一個(gè)DC/DC變換器，并在混頻器前面有一個(gè)寬帶RF檢波器，這保證了最佳的線性度，并與頻率為4~16MHz的晶體一起，保證了最佳的相位噪聲性能。最后，所有這三款I(lǐng)C都集成了完整的MOPLL和中頻AGC放大器功能。英飛凌公司提供了上述三種調(diào)諧器IC的參考設(shè)計(jì)，如圖3所示。
圖3：采用英飛凌器件的調(diào)諧器參考設(shè)計(jì)。參考設(shè)計(jì)板尺寸大約20mm×20mm。
總之，傳統(tǒng)電視機(jī)和機(jī)頂盒中的調(diào)諧器往低電源電壓的轉(zhuǎn)變是可行的，在減小體積和降低系統(tǒng)成本的同時(shí)可以不犧牲性能。有幾家業(yè)界領(lǐng)先的RF模塊生產(chǎn)商已經(jīng)開始應(yīng)用3.3V電源，而且有更多的廠商期望采用，最終這將有益于消費(fèi)者，最重要的是將有益于我們生存的未來全球環(huán)境。