用單層PCB設(shè)計超低成本混合調(diào)諧器

 杭州PCB抄板公司-緯亞電子：今天，電視機與視訊轉(zhuǎn)換盒應(yīng)用中的大多數(shù)調(diào)諧器采用的都是傳統(tǒng)單變換MOPLL概念。這種調(diào)諧器既能處理模擬電視訊號也能處理數(shù)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(diào)諧器)。在設(shè)計這種調(diào)諧器時需考慮的關(guān)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(diào)諧芯片TUA6039-2或其影像版TUA6037實現(xiàn)超低成本調(diào)諧器參考設(shè)計。這種單芯片ULC調(diào)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(shè)計采用一塊單層PCB，進一步降低了系統(tǒng)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(qū)標(biāo)準(zhǔn)。

圖1為采用TUA6039-2/TUA6037設(shè)計單變換調(diào)諧器架構(gòu)圖。該調(diào)諧器實際上不僅是一個射頻調(diào)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(shè)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(diào)諧的輸入電路。然后透過英飛凌的高增益半偏置 MOSFET BF5030W對預(yù)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(diào)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(diào)諧器架構(gòu)圖。

TUA6039-2是一款完整的三頻段調(diào)諧器IC，包含3個混頻器、3個振蕩器、1個SAW驅(qū)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(nèi)部調(diào)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(shù))，這種half NIM可獲得適合所有數(shù)字設(shè)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(qū)動隨后中頻電路中的SAW濾波器。然后，SAW輸出的訊號再經(jīng)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(diào)器。射頻到中頻的轉(zhuǎn)換也在芯片內(nèi)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(jié)省對于可攜式或手持式設(shè)備而言是一項極大優(yōu)勢。

采用單層PCB設(shè)計ULC調(diào)諧器已廣為客戶接受。在競爭激烈的電視調(diào)諧器市場中，任何成本上的改進都可能進一步降低生產(chǎn)成本。因此，單層PCB與雙層PCB之間的任何成本差異對于調(diào)諧器的整體BOM(材料清單)來說都非常重要。圖2為終的PCB設(shè)計。該half NIM設(shè)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(diào)諧器的單層PCB設(shè)計。 杭州PCB|杭州smt

圖3為采用單層PCB的完整參考設(shè)計，盡管其尺寸可以進一步縮小，但該設(shè)計仍采用了標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)諧器尺寸。

圖3：采用單層PCB的超低成本調(diào)諧器參考設(shè)計。

在對PAL/DVB-T、NTSC/ATSC、NTSC/ISDB-T等標(biāo)準(zhǔn)電視訊號的混合接收中，這款采用單層PCB開發(fā)的參考設(shè)計表現(xiàn)出良好性能，它能處理T-DMB、DAB、DMB-TH、DVB-C和Open Cable等其它標(biāo)準(zhǔn)。在該設(shè)計中，使用時需根據(jù)所選標(biāo)準(zhǔn)是純數(shù)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(shè)計師在采用相應(yīng)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(jié)果顯示，單層PCB調(diào)諧器設(shè)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(fā)參考設(shè)計過程中面臨的挑戰(zhàn)之一是如何在PCB上布置芯片的VQFN封裝。在單層PCB上進行聯(lián)機和接地降低了接地的靈活度。而接地在射頻設(shè)計中是十分重要的，這是調(diào)諧器設(shè)計師面臨的大挑戰(zhàn)。受接地影響的幾個關(guān)鍵的電氣參數(shù)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(diào)諧器中的DC/DC變換器。本例設(shè)計中實現(xiàn)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(shè)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(diào)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(fā)熱。

在日常多媒體應(yīng)用中，人們對射頻調(diào)諧器電子產(chǎn)品的需求不斷成長，制造商也要求縮小調(diào)諧器外型尺寸、減少功耗和降低成本。本文介紹的ULC調(diào)諧器設(shè)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(diào)諧器的核心組件，可在節(jié)能的3.3V電源電壓下實現(xiàn)高性能混合調(diào)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(diào)諧器參考設(shè)計可大幅降低產(chǎn)品設(shè)計風(fēng)險，并在不降低性能與質(zhì)量的前提下縮短產(chǎn)品上市時間。

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