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调谐器技术正向更高集成度的硅片方向发展

记者:胥京宇



调谐器是数字电视中的核心部分,它接收来自卫星、天线、有线电缆中输送来的信号,并进行滤波、放大后传递给解调器模块,解调器对信号进行信道解调,将TS流传输给下一级,即语音和视像解码器。解码器进行信源解码后,信号经过数模转换传递给音视频播放终端,比如电视机或便携式媒体播放器。

小小的调谐器技术的进步对数字电视产业的发展起着至关重要的作用,尤其是在目前全世界的数字电视和移动电视市场的蓬勃发展形势下,调谐器技术的发展更是为业内所关注。在调谐器技术提供商里面,英飞凌是名列前茅的一个。在数字电视市场,英飞凌的调谐器在电子固定接收产品里在全球占据70%以上的市场份额。前不久,英飞凌公司调谐器系统部的总经理Giuseppe Calarco先生跟我们分享了对调谐器技术发展的看法和观点。


调谐器技术发展趋势

从调谐器的发展历史来看,模拟电视采用的都是模拟的调谐器产品。随着模拟电视逐渐被取代,模拟调谐器技术的市场也在逐渐衰落。目前正在大规模使用的是数字混频技术的调谐器,也就是最流行的CAN调谐器。但它的市场也开始呈现下降的趋势,而下一代产品--硅调谐器将成为未来几年的发展主流。

图1 调谐器技术发展趋势(略)

CAN调谐器技术非常成熟,性能和功耗达到了最佳结合点,很适合液晶电视应用。CAN调谐器的功耗在300mW左右,整个CAN模块的功耗在600-700mW,而硅调谐器目 前的功耗是1W左右,是CAN的3倍,但它集成度很高,集成了200个元件,其技术也在不断进步,功耗也在逐渐降低。2010年左右,硅调谐器的功耗将 降到600 -700mW左右,与CAN模块相当了。

CAN调谐器主要由很多无源元件和调整线圈组成,大部分为模拟电 路,而模拟电路的功耗本身就比数字电路小。而硅调谐器属于数字电路,将原来CAN调谐器的很多外围元件都集成到一个硅芯片里,这种集成不是完全照抄模拟电路,而是按照功能、用数字电路的算法集成。除了拥有之前CAN调谐器的功能,硅调谐器还集成了许多CAN调谐器之外的分立器件的功能。硅调谐器很适合USB外接设备等对尺寸要求很高的应用,这是CAN做不到的。在美国市场上,美国的机顶盒生产商大都已采用硅调谐器。

硅调谐器价格比CAN更贵,但差距在逐渐缩小,取代CAN是大势所趋。但对于高清电视, CAN还是最好的选择。对于移动电视应用,就性能、功耗、尺寸而言,硅调谐器自然是最佳的选择。

图2 移动电视市场发展趋势(略)

硅调谐器的出现,很可能会改变传统的电视产业的价值链。在传统的价值链中,生产CAN调谐器的厂商的下一个环节是CAN代工厂,他们将CAN调谐器组建成CAN调谐器模块后供应给电视机厂商,如果采用硅调谐器,代工厂环节就可以省去,电视机厂商可以直接将高集成度的硅调谐器嵌入到电视机主板上。

英飞凌最新的调谐器产品是TUA6039和TUA6037,从结构上来说,仍属于数字混频式的CAN类型。TUA6039在一颗芯片上集成了射频和中频功能,相当于将英飞凌上一代产品TUA6034(射频多媒体调谐器)和TDA6192(中频放大器)两颗芯片的功能集成在一起。因此,对于目前仍在使用由TUA6034和TDA6192构成的双片解决方案的客户是一种理想的升级产品。TUA6039采用Bipolar半导体工艺制造,是一款三波段射频调谐器IC,带有中频AGC(自动增益控制)放大器和锁相环(PLL)。这种低功率调谐器IC的工作电压为3-5V,功耗仅为330mW(典型值),不仅提高了调谐器的经济性,而且缩短了开发周期,加快了产品上市时间。TUA6039支持地面与有线电视中采用的所有模拟与数字制式,例如PAL、SECAM、NTSC、DVB-C、DVB-T、T-DMB、DAB、ISDB-T和ATSC等等。

Gartner预测,在2007-2009年间将会有超过4亿台数字电视和机顶盒出产。在这个市场中,英飞凌的市场份额是70%-80%,目前已经有很多客户采用了英飞凌的TUA6039,使他们工作电压从原来的5V降到了3.3V,而这个转变的过程虽然需要试验、测试等,但 成本是很低的。能耗的降低给客户带来巨大的利益。如果每一台电视机都使用英飞凌的TUA6039调谐器在3.3V工作,这意味着每台都能节省170mW的电力。假设每天使用6小时,那我们就能达到如下目标:电源节省=1700万瓦,这几乎相当于两座1000万瓦特的电厂一整年天天工作24小时所供的电,而且消费者大概节省了560万美元的花费。

预计英飞凌下一代产品的能耗目标是2.8V。实现3.3V的目标,英飞凌花费了大量的心血。目前中国有很多客户都在采用这个产品,他们感谢英飞凌在提供优质技术和服务的同时给他们带来了有利于环保的附加值。

英飞凌的定点电视射频产品规划中的第一款硅调谐器产 品以TUA8010为 代表。TUA8010支持DVB-T、DMB-T,采用130nm工艺。规划中的TUA8100支持地面多标准。TUA8010将于2 008年年底前上市,将可以实现2.8V的电压。根据预测,硅调谐器应用市场将于2009年到2010年间开始成熟。


移动电视市场发展趋势

整个移动电视市场,除了日本和韩国之外,都经历了一个曲折的发展过程。发展初期,人们的期望很高,但是运营商、内容商、开发商等各方面一直没有形成良好的产业合作模式,导致市场从高期望值滑落下来,目前正处于开始回升的阶段。但日本和韩国市场一直发展迅速。有预测表明,2009至2010年间,日本将有75%的手机具备电视功能。另外,在移动电视市场中,手机电视并没有占据绝对比例,仅有41%。数码相机、笔记本、移动娱乐设备、车载设备等占据了另外的60%。

在移动电视标准方面,DVB-H主导了欧洲市场,美国、亚洲、南非一些地区也在采用。日本的标准是ISDB-T,中国采用T-DMB、DAB、DMB-T/H等。

英 飞凌的TUA6041/45系列是已经上市的移动电视用调谐器,采用BiCMOS工艺,体积小,从技术方面而言可以取代CAN模块。OmniTune TUA9000是专门针对移动电视市场研发的硅调谐器,采用130nm CMOS射频工艺技术,是一个直接转换的射频接收器,针对移动电话、PDA、移动媒体播放器以及携带式计算机等等。它完全支持多频段接收,符合DVB-H和DVB-T标准。市场对解调器、射频、内存三部分集成在一起的需求已经成为趋势,很多公司都有集成解调器功能的芯片,但真正集成了射频功能的公司很少。

OmniViaTUS9090是英飞凌的第二代面向移动电视的硅调谐器产品,在一个硅芯片中集成了DVB-H和DVB-T解调器、射频、内存三大功能。TUS9090将于2007年圣诞节时出样板设计,明年年中时开始量产。它是真正的单芯片设计,而非三个芯片的封装。同系列规划中的TUS9095支持多标准,计划采用65nm技术,也可能会采用45nm技术。从技术上而言,厂商都可以集成所有功能,支持多种标准,但这会导致功耗和成本问题,需要在灵活性和可行性之间进行妥协。如果采用低纳米的技术,就可以对此加以改良,降低功效和成本。

车载电视是当今很热门的一个应用,在日本和中国尤为流行。日本车载电视市场已经开始应用英飞凌的产品TUA6041和6045。

对工程师而言,从BiPolar转到BiCMOS技术是很艰难的一个过程。这个过程也将有利于下一步转移到硅调谐器的过程。利用以往的经验,加快研发和演进的过程,英飞凌计划在2009年至2010年间开始进军硅调谐器市场。

《世界电子元器件》2007.11
         
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