实现更优异DTV调谐、画中画、速度和体积的硅调谐器

2009年03月12日 11:03    虞美人
关键词: DTV , 调谐 , 画中画 , 速度 , 体积
在美国数字电视的转换已经开始,并继续逐渐的过渡。归功于数字机顶盒(STBs),绝大多数有线电视和卫星用户不受影响。即便是没有STB的大多数基本有线电视用户,也有足够的时间进行调整,因为在2009年二月份的“切换”开始之后,模拟信号还将与数字信号并行提供,至少要延续3年。制造商也必须要改变调谐器架构。但问题是不再是数字或模拟。在过渡时期,模拟调谐器将让路于模拟/数字混合调谐器,并在随后的2011/2012年转换到纯数字的调谐器。目前实际的问题在于是选择CAN还是硅调谐器。
数字硅调谐器以平庸的性能而登场。一开始的性能和图像质量都无法与体积大的CAN调谐器媲美。但并非所有的硅调谐器都是这样的,性能的提升改变了人们的认知。如今,Xceive公司经过实践验证的第二代硅调谐器的性能已经超过了CAN调谐器的性能和图像质量,同时还提供了额外的优点和差异化。
性能和陡壁效应
围绕调谐器性能和信号接收质量,数字接收的引入也带来了一些新问题。使用模拟信号,电视信号随着距离增加时劣化比较缓慢。但对于数字信号却非如此。数字信号要么是可以接收到,要么是收不到。如果电视机距离广播发射机比较远,看到的只能是空白屏幕。同样,建筑物,山体和其他地理上的障碍物都将阻碍数字电视信号。这种戏剧性和突然的图像丢失就是我们所说的陡壁效应。
根据Centris的最新研究显示,由于陡壁效应,数字电视的覆盖比预期的要小很多。研究发现,居住在偏僻地区仅使用室内天线的24%的用户将无法收到数字信号。通过空中(OTA)接收的美国电视用户有超过50%都位于这类不好接收的区域。估计全国1700万只能通过空中接收的电视用户中只有920万用户才能体验到数字电视。
当OTA模拟广播停播并被数字信号取代后,这些家庭极容易遭受陡壁效应而面对空白屏幕。对这些用户来说,唯一的选择就是转用有线电视或卫星电视,但由于住地偏僻,或者是由于地理上的视距阻挡而无法接收卫星信号从而无法实现。
CAN调谐器有限的接收性能增加了陡壁效应。与领先的CAN调谐器相比,Xceive硅调谐器的灵敏度具有3dBm的优势,从而减轻了陡壁效应,从而可以安装在距离数字发射机更远的地方,且没有图像劣化的现象。实际上,配有Xceive的电视机可以安装的距离是等效CAN调谐器的2倍。
假定电视机已经买好,且用户居住在传统CAN调谐器的接受范围以外,但位于Xceive调谐器的附加覆盖范围之内。其差别在于,如今用户可以在自己的数字家庭中利用买好的电视机欣赏节目,要么就得承受麻烦的退货之苦。
这就是电视制造商所面临的即刻挑战,因为有线电视和卫星电视接入都是无法保证的。为了确保数字电视的成功,硅调谐器就必须能够在更大的覆盖范围内捕获数字信号。
上述的问题无论对于模拟还是数字都是如此。因为即使等效的CAN调谐器能够接收到信号,但Xceive硅调谐器所具有的3dBm的信号质量优势也要比CAN优越。所观看的图像将会更加清晰,鲜活,并具有更好的色彩,具有较少的重影。
CAN和硅调谐器的案例比较
Xceive硅调谐器目前已经在欧洲,亚洲和美国的一些世界上最具挑战性的应用环境中经历了现场性能验证。最新的验证都证明Xceive的硅调谐器性能都优于领先的CAN调谐器,而且还更具健壮性。最简单的验证方法是利用过调制和载波锁定。
两块完全一样的一流电视机板被用来进行并排比较。一块使用了Xceive的硅调谐器,而另一块则使用了公司下属的调谐器部门的CAN调谐器。对板子进行比较时,使用了一个能导致最大失真的过调制信号,所显现的结果是水平视频稳定性失真,导致根本无法观看。同样,使用硅调谐器方案时,通过一样的后端MPEG和视频处理器引擎,则可以接收信号并能显示同样的信号。结果是通过硅调谐器的图像即健壮,实心且稳定。比较证明了相对于CAN调谐器,硅调谐器可以处理更高的过调制信号(如过调制可以大于140%,而CAN最大为125%)。
另一些例子还证明硅调谐器还具有其他方面的优异性能,包括具有1-2dB更好的ATSC/NTSC共频道性能,更好的频道搜索性能等。由于具有较少的现场问题,灵巧的硅调谐器正在成为优选的解决方案。

调谐器体积
除了数字转换外,不断演进的用户需求还迫使电视制造商在空间利用率方面来评估硅调谐器。消费者喜欢更大尺寸的,比较轻的平板电视。笨重的CAN调谐器无法满足电视机越来越薄的趋势,即便是屏幕尺寸不断增大也是如此。有些时候,对屏幕超薄的需求实际上在设计中就排除了使用CAN调谐器的任何可能。
在目前的许多电视机设计中都用了CAN调谐器,它由许多分立元器件组成,包括多个IC,许多小型的表面贴装无源器件,可变电容器,以及多个空芯电感。由于这些模块体积大,功耗高,且比较复杂,设计师正在寻求其他解决方案。
虽然单芯片硅调谐器也已经使用了数年了,但此前它们在性能和其他方面还赶不上CAN调谐器。在电视应用中单芯片硅调谐器也还没有得到大面积的采用,原因是难以满足模拟和数字共存、地面和有线电视、以及电视机制造商所要求的调谐和解调等方面的所有需求。
然而像Xceive公司的最新硅调谐器能够同时满足以前只有CAN调谐器才能满足的性能和其他综合要求。很显然利用Xceive的单芯片硅调谐器能够节省大量的空间。CAN调谐器过于笨重,而Xceive的硅调谐器提供了能满足领先电视机制造商所有苛刻要求的性能,还集成了所有的混合电视机功能,包括模拟解调,所有功能都集成在一个7×7mm的表面封装内。其功耗小于950mW,比CAN模块的1350mW的功耗减小了许多。
CAN调谐器的厚度排除了被用在超薄电视机的可能,或者迫使重新将调谐器放置到一个独立的机盒内,这样就需要另外的电缆连接,并在用户的娱乐中心配置中增加一个盒子。
小型的硅调谐器还使一些需要小型屏幕从而需要小封装尺寸的电视应用受益。绝大多数小屏幕电视机,例如厨房或一些卧室用电视机,目前也需要现有的模拟接收上增加数字接收。该功能增加了调谐器的尺寸,从而更难以满足小电视体积的需求,解决方案就是换成硅调谐器。
降低制造复杂度
相对于印刷电路板上的其他元器件,CAN调谐器是一体的,需要一些安装材料和焊接。而目前其他板上安装的元器件趋于表面安装,对于电源器件也许需要过孔。但CAN调谐器是一体的,需要一些安装和固定材料。这种单独的子系统部件在电视板的制造过程中需要独特的处理和安装。电视制造商需要专用的设备来固定CAN调谐器,并将其焊接到板子上。许多情况下,CAN调谐器是手工焊装。这就增加了复杂度,降低了生产率,并需要专用的处理设备和安装工艺。
而硅调谐器则无需专用处理或材料。制造商可以利用与用于安装电路板上其他集成芯片所用的相同设备。从而降低了复杂度和成本,增加了生产率。
Xceive硅调谐器中所用的半导体工艺技术还具有比CAN调谐器更严格的公差。这对于CAN调谐器中的线圈来说尤为如此,因为它在调谐器的制造中需要调节。结果,CAN调谐器特别容易导致产品间的不一致。
公差和寿命
CAN调谐器通常包括多达5个大元器件,还有多达150个小型器件。这些元器件中每个都有自身的制造公差。一部分器件的公差还算合理,为+/-5%,而另一些则可能高达+/-10% ,甚至可能超过+/-20%。将这些公差加在一起,就会导致一条生产线上的产品与另一个生产线上的产品具有一定的性能差别,这种差异有时会很大。某些情况下,CAN可以超出所要求的工作范围,少有的情况下甚至导致电视产品的召回。
此外,随着CAN调谐器的寿命增加,其元器件的耗损速率不一致。例如,线圈的寿命与电阻器不同,而电阻器的寿命又与电容器不同,这导致随着时间的增加而产生接收质量和功能性的降低,在特定的环境中甚至会导致信号无法接收。随着电视机成本的增加以及功能集的扩展,消费者也会期望较长的寿命。
另一方面,硅调谐器是一个健壮的半导体器件,具有极严格的工作特性,能够经受时间的考验。电视机中的硅调谐器采用一个单芯片,没有分立的元器件,这意味着随着时间的增加,所产生的变化很小。这确保了电视机严格一致的性能,并实现更长的整体产品寿命。
另外还需注意的是,有些硅调谐器并非真正的单芯片,而是在封装里还有其他的元器件。这些器件依然会随着时间而不同程度地老化,而且还要考虑震动的问题。并非所有的硅调谐器都一样,许多并不适合于用在电视机中。
流线型的库存管理
如果没有一个全球性平台,制造商无法有效地升级来满足全球范围的广播需求。各地区的广播标准都彼此不同,数字转换的时间也不同,能够适用于全球标准的电视调谐器有助于制造商降低库存和生产成本,或者至少说为了不同的市场,可以把重新设计的需求降低到最小。随着硅电视调谐器可以用于欧洲,美国和亚洲,调谐器将不再是满足地区需求的障碍了。
Xceive的硅调谐器对全球范围的所有地区提供同一种芯片,不管是模拟传输还是数字传输。于是简化了产品设计,利用单一的设计平台满足多种市场。从而无需管理用于不同市场的不同芯片。用于欧洲的芯片也可以用于美国和亚洲。Xceive的硅调谐器可以处理全球范围内的广播标准,简化了库存管理和相应成本。
IP节目与目前行业标准的整合
迄今为止,向基于IP的音视频提供方案中增加广播电视接收功能仍将需要采用地区标准。这就无法实现IP的全球覆盖。从硬件的观点出发互联网接收是全球性的。Xceive的全球范围通用平台可以实现能整合到IP接收设备中的全球范围内统一的电视架构,从而可以实现以前无法实现的应用。
客户定制
制造商也可以从Xceive公司基于DSP的架构中获益。对硅调谐器来说这并非一般,但对于Xceive的调谐器的确如此。因为在架构中有一个DSP,可以运行决定调谐器性能、特性和行为的固件。
这样,就可以允许对调谐器的性能进行调节,即便是在生产开始之后。还可以对调谐器的性能和特性进行修改来满足不同的需求,包括消费者的不同需求。该功能甚至可以是电视制造商在现场都可以进行性能升级。
附加的画中画功能
即便是降低了制造商的制造复杂度,也还不足以促使他们扔掉CAN。最终,还是消费需求驱动这一市场。Xceive的硅调谐器在新兴的电视机品牌中获得了大量的市场。这些品牌通过采用硅调谐器的先进功能来差异化他们的产品线。
Xceive的硅调谐器能够提供高图像质量,并提供能够解决消费者需求的独特功能。ChannelVista 和QuickTune就是两个实例。
ChannelVista只利用一个调谐器就提供了多个画中画功能。这就是众所周知的“虚拟调谐器”,其能够利用一个调谐器在同一屏幕上显示多个频道的图像。从众多频道上通过时间分割,电视机SoC能够在同一时间用多个频道来刷新屏幕。于是这就在无需增加额外调谐器成本的基础上实现了画中画。
QuickTune采用Xceive调谐器的超快单个信号检测功能,在不到5秒钟的时间内实现对100多个频道的全部扫描。利用QuickTune,不再需要等待50分钟进行频道扫描配置(特别是消费者为他们的终极电视投资几千美金后)。QuickTune的5毫秒通道检测时间还能够实现快速的频道变化,使用户在进行ChannelVista图像频道切换时享受更好的体验。
画中画喜爱频道
另一个功能是提供可视的喜爱频道一览表,可以在同一屏幕上同时显示所有观众喜爱的频道。观众可以根据实时视频来选择最喜爱的频道,而无需程序描述。这可以精细调节观众的体验,还可以使观众不用在广告期间频繁地切换频道。
使用双调谐器时,ChannelVista通过同时提供4,8,12分屏或任意数量的广播频道来进一步提升观众体验。实时画中画环绕主频道显示,形成一个丰富的多媒体中心。
结论
电视制造商面临模式变换来满足数字转换的需求。传统的“切换”一词使用不当,因为现实要求的是从模拟到混合再到数字的逐步过渡。同时,消费者要求色彩更丰富的鲜活图像以及先进的广播功能。要保持领先,电视制造商要根据性能和功能集来差异化产品。这就要求高端的数字电视接收,同时还需要对成本敏感的大众市场具有吸引力。硅调谐器在费用方面处于领先地位。随着集成度最高的混合硅调谐器在当今市场上推出,Xceive为全球市场提供了高性能、高质量和丰富功能。

图1:简化的DTV方框图。

图2:混合的2合1硅调谐器。

图3:最初的服务区和利用更灵敏的调谐器所扩大的服务区域。

图4:CAN调谐器与相邻的Xceive的硅调谐器的外形比较。

图5:基于视频的喜爱频道(下)与文本的对应(上)。

图6:双调谐器环境中的ChannelVista。
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