利用新一代硅调谐器IC设计主流电视

　　简介

　　硅电视调谐器IC正在迅速取代传统的混频振荡器锁相环（MOPLL）CAN调谐器技术，以降低成本缩小尺寸并提高性能。硅调谐器IC在2007年以前就已开始采用，并在2010年由于平板电视和机顶盒销量大增而大量应用。硅电视调谐器能否被广泛采用，关键在于设计出的性能水平能否媲美MOPLL，而一旦半导体供应商达到了这个性能标准要求，硅电视调谐器IC加速出货的障碍就彻底扫清了。目前一些供应商可提供全面的硅电视调谐器IC产品。如何对电视调谐器IC进行选择将是一个复杂的过程，因为围绕他存在诸多问题，若把这些技术问题归类总结，将有效简化电视调谐器选择过程。

　　市场现状

　　电视市场的需求量已经发展到惊人的2.3亿台/年，并且遍及广大地区。广阔的电视市场可细分为与电视调谐器IC相关的两部分：数字电视一体机 （iDTV）平台（大约1.6亿台）和模拟电视（大约0.7亿台），他们由平板电视和基于模拟处理的CRT电视组成。

　　基于模拟处理的CRT电视采用老式图像处理技术。与之相反，平板电视采用由博通（Broadcom）、联发科（MediaTek）、晨星（MStar）、Novatech和凌阳科技（Sunplus Technology）等公司提供的基于先进DSP图像处理器片上系统（SoC），一些主流电视品牌厂商也有其半导体团队来构建私有SoC。基于模拟处理的CRT电视使用处理能力较低的微控制器，不易实现硅调谐器IC的编程和配置，而且通常采用老式的MOPLL CAN调谐器实现，需要150多个器件（见图1）。平板平台采用先进的高性能处理器，能够运行大量固件，因此更适合配置先进的数字装置，如硅电视调谐器IC。

　　

　　PCB顶层 PCB底层

　　图1：需要150多个器件的MOPLL CAN调谐器

　　为满足消费者的需求，许多电视支持模拟和数字两种传输标准。模拟传输标准如NTSC和PAL/SECAM，在这里，“模拟”一词是指传输调制格式，而不是具体的用于解码的处理技术。许多国家正在分阶段进行模拟关闭计划，更高质量的数字广播将取代地面模拟广播。然而，即使理论上已全面转向数字的国家，模拟传输依旧保持活跃，而消费者仍然有支持模拟传输的需求。日本也许是一个例外，其实现了真正的全数字化转换，但在其他地区几乎每台出售的电视都被迫保留模拟接收能力以处理低功耗的模拟广播、渐进式升级有线网络和传统消费类电子产品。除了日本，主流电视品牌厂商对于模拟传输调谐器的需求将至少保持5年甚至10年以上。

　　大多数电视平台接收来自地面和有线广播的内容。实际上，只要运营商（MSO）继续在有线网络上传输模拟内容，这些平台都必须支持模拟传输。有线和地面机顶盒市场每年新增1.75亿套系统需求。

　　IMS近期关于硅调谐器IC的预测研究（图2）显示了电视调谐器在电视、机顶盒、电缆调制解调器、卫星电视接收机及其他细分市场的需求增长。这些图表说明了各种应用可望产生大约7亿颗调谐器IC的市场机会。从数据中我们也可以看出硅调谐器IC迅速普及，当聚焦电视和有线机顶盒市场时硅调谐器IC的增速更为明显。

　　

　　图2：IMS调查显示硅调谐器市场需求增长

　　未来机遇

　　高速增长的中国市场正在迎来率先采用新型硅电视调谐器IC的机会。过去三年中，中国电视制造商的电视产量增长迅猛，并且采用具有成本效益的硅电视调谐器IC来生产出有竞争力价格的高质量电视产品。据DisplaySearch公司分析，2011年中国已成为世界上最大的液晶电视市场。 DisplaySearch公司还预测，中国平板电视（包括液晶和等离子电视）的出货量将从2009年的3，100万台，增长到2014年的5，900万台，增长近一倍，复合年增长率高达14%。

　　顶级电视品牌厂商正在加速采用硅调谐器，以节省成本提高可靠性，减少元件库存并支持更薄的电视外形。这些优势同样也为刚开始采用硅电视调谐器的第二和第三级电视品牌厂商带来重要机会，因为目前的硅调谐器IC必须支持全球地面和有线广播标准，规模较小的电视品牌厂商可从顶级品牌厂商已完成的工作中受益。

　　扩展与电视有关的节目源已不再仅仅局限于天线和有线电缆，同时以“应用apps”的重要形式扩展到大屏幕的电视。电视的新型通信界面，例如：Wi-Fi、以太网和LTE（蜂窝）提供了比传统广播源更丰富多样的内容。这些界面对空中广播（OTA）调谐器来说是一种特别的技术挑战。例如：需要提供干扰保护的特殊Wi-Fi抑制电路。

　　硅电视调谐器选择所面临的挑战

　　调谐器需要处理复杂的任务-在一个充满各种内容的范围里完整的接收低功耗传输，所以硅电视调谐器IC射频前端的设计压力很大，而两种不同地域的不同传输标准又增加了额外的挑战。主流数字电视和机顶盒 SoC架构复杂性的增加更清晰的表明单一硅电视调谐器IC不能满足整个市场需要。幸运的是当前有大量可用的调谐器IC架构，满足了这些多变的平台需要。现在的挑战是如何为你的应用选择合适的装置。

　　频道接收：获得清晰电视广播接收的关键是灵敏度和选择性，而这些特性又基于低噪声系数（NF）、高射频前端线性度和高质量RF前端滤波器。低噪声系数意味着RF前端仅允许输入信号中增加极微小噪音，而高灵敏度意味着有足够大的视频信号与噪声比（VSNR），甚至是微弱的输入信号也能正确的接收广播。而电视调谐器总是需要接收到一个混有其他信号的广播，这就是为什么硅调谐器IC的选择性对于清晰接收是必不可少的，亦即阻塞或排除临近干扰信道内容的能力。为了实现具有成本效益解决方案的高选择性，硅调谐器IC在RF前端需要高线性度和高品质滤波器。如图3所示，硅电视调谐器IC具有高灵敏度和优异的选择性性能，从而可在真实环境下接收到更多频道。

　　

　　图3：Si21x6电视调谐器系列产品展示出优异的VSNR性能

　　（Si21x6 VSNR用红线表示，其他产品VSNR用蓝线表示）

　　现场测试：主流电视品牌厂商提供符合官方广播标准的产品，但也必须解决许多现实中的其他问题，否则将面临消费者的投诉和昂贵的产品召回成本。意外的广播环境和异常可能比你想象的更频繁，特别是在不同区域标准之间，情况将更为复杂。例如，在欧洲许多模拟和数字标准需要能够通过一台电视跨国界接收。为了克服这些非标准的接收环境，电视调谐器和解调器必须首先进行检测，然后对非标准的传输进行补偿，这些条件需要根据现场环境以及通过特别的现场测试而优化。如果没有硅电视调谐器灵活的控制和配置能力，以上的困难将无法克服。电视制造商对电视调谐器进行严格的现场测试，强调既要满足标准性能也要符合不规则广播条件下的性能要求。针对成本敏感区域市场，可能会选择较低成本的电视调谐器，而面向更广阔出口市场的电视则需要更可靠的全球性能。

　　灵活架构降低成本 ：选择更好的电视调谐器架构对于iDTV和STB供应商来说已经成为积极的发展策略，目前已有的一些硅调谐器IC型号可以满足iDTV和STB平台特殊结构要求。先进的电视和机顶盒平台有三个主要的电路功能：硅电视调谐器（见图4），解调器和音/视频以及图形处理SoC。调谐器的输出信号驱动解调器的输入，而解调器的输出信号驱动音/视频及图像处理器SoC的输入。

　　

　　图4：先进的硅电视调谐器架构示例

　　电视和机顶盒平台对模拟和数字调谐器有多种需求。例如，简单的窄带有线机顶盒可能需要单一的数字调谐器；相反，主流的iDTV可能需要支持模拟和数字地面广播以及有线输入源，对于大电视品牌，调谐器必须支持所有模拟和数字全球传输标准。电视调谐器IC现在可支持多种架构配置，如仅数字、仅多通道数字、模拟和数字调谐器、带模拟电视解调器的模拟和数字调谐器，以及集成调谐器和解调器的多种接收器配置。

　　大多数现代电视至少支持一个调谐器，能够同时调谐模拟和数字通道，而解调器则需要单独对应模拟和数字通道。为了支持不同的数字解调器标准，甚至可以在同一平台上有多个解调器，如DVB-T和DVB-T2。DTMB（中国新的地面数字电视广播标准）和DVB-T2（第二代欧洲更高密度数字地面电视广播传输标准）比ATSC（北美）和DVB-T（欧洲和许多其他地区数字地面广播标准）更加复杂。对于DVB-S2、DVB-C2和DVB - T2标准，数字解调器都是集成在单一IC中。简单的解调器可以集成在音/视频处理和图形SoC中，也可以与其他复杂的数字解调器联合使用。

　　机顶盒支持电缆输入，并在某些情况下也支持广播天线输入。不像电视，许多机顶盒平台使用的SoC通常没有模拟电视（ATV）解调器，不适合模拟广播接收。在这种情况下，如果机顶盒需要这类解调器，模拟电视地面广播解调器可以与SoC搭配使用。

　　现实情况中，当出现许多异常传输时，NTSC、PAL和SECAM的模拟电视解调器会表现得很差。其实，模拟解调器的性能水平高度依赖于之前设计所取得的经验，现在这方面的经验被集中在运行硅电视调谐器IC和解调器的专门控制固件中。考虑到调谐器、解调器和图像处理SoC之间相互作用和影响，电视制造商必须进行特别的现场测试去验证特殊的调谐器、解调器和SoC组合。这就意味着，即使SoC集成了他自己的模拟电视解调器，具有高性能模拟电视解调器的调谐器也是首选。关键问题在于设计人员需要了解哪种解调器已经在相关的电视或机顶盒目标市场进行了足够的现场测试和使用。如果对于特定的调谐器/解调器组合现场测试还没有完成，则可能需要使用测试较为彻底的调谐器/解调器组合来满足开发时间和成本目标。

　　有线机顶盒应用面临调谐器选择的特殊挑战，多数情况下，机顶盒SoC支持解调器。通常认为，电缆传输环境比地面广播环境变化小，信号强度和其他因素可以在有线网络中得到合理控制。基于以上因素，调谐器性能指标对于机顶盒应用而言是相对宽松，然而，控制电缆稳定依赖于特定的电缆供应商或运营商（MSO）。在某些情况下，运营商有“通道倾斜”（通过通道的频谱有不同信号强度）、外部信号侵入（极有可能来自当地地面广播电台与电缆传输干扰）和混合传输模式网络（转发一组来自不同源和不同传输特性通道的数据）等问题。在这些情况下，较低性能的硅电视调谐器IC就无法胜任，为了接收完整的频道，需要采用专为地面电视广播而设计的更高性能电视调谐器。

　　我们翘首以盼

　　作为一个实际问题，什么类型的电视调谐器可供选用？ Silicon Labs公司最新一代的硅电视调谐器IC可以帮助回答这个问题。新型的电视调谐器系列产品提供了灵活的架构，易于配合主流电视和机顶盒SoC装置使用。

　　Si21x6电视调谐器系列产品包括带模拟解调器的高性能Si2176硅电视调谐器IC，以及Si2136完全模拟接收器。Si2146数字电视调谐器IC是有线机顶盒和多调谐器HDTV的理想选择。高性能Si2156电视调谐器IC提供了主流配置（仅数字和模拟调谐器），特性与具有成本效益的Si2155调谐器类似。 Si2155/56器件易于配合主流电视和机顶盒的SoC使用。这些装置也同样适用iDTV、有线电视平台和机顶盒。Silicon Labs公司目前的电视调谐器IC产品已经被世界排名前七位电视品牌中的五家大量采用，其Si21x6 电视调谐器IC全系列产品（包括Si2155电视调谐器IC）更提供了卓越的RF性能和简单的设计。

　　Si2155电视调谐器的设计旨在是降低系统成本，在高增长区域市场如中国，根据本区域和出口平台需要，对电视和机顶盒平台技术需求有很大差异性。在当今高速发展的电视市场，电视调谐器架构的灵活性对于降低成本和简化设计尤为重要。