消費(fèi)類影音傳輸方法的標(biāo)準(zhǔn)化已產(chǎn)生幾項(xiàng)影響，其中之一是全球廣播業(yè)者只需選擇一種直播衛(wèi)星 （Direct Broadcast Satellite，DBS） 電視標(biāo)準(zhǔn)。世界各地的模擬和數(shù)字地面廣播或有線電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)各不相同，衛(wèi)星廣播則與它們完全不同，DVB-S標(biāo)準(zhǔn)獲得全球采用后，帶動(dòng)了數(shù)字衛(wèi)星機(jī)頂盒市場(chǎng)的發(fā)展，其接收器銷售量增長(zhǎng)超過(guò)6，000萬(wàn)個(gè)，其中大多數(shù)是符合DVB-S標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

圖1 載波噪聲比與輸入功率的關(guān)系 （22.5 MBaud，編碼率3/4）

現(xiàn)在，OEM廠商只要選擇套裝射頻模塊就可以忽略衛(wèi)星射頻前端的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。接收器碟型天線內(nèi)的低噪聲轉(zhuǎn)換器 （LNB Converter） 會(huì)先將C或Ku頻帶的接收信號(hào)下變頻為950-2150MHz的L頻帶信號(hào)，再由射頻模塊將這些中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為MPEG-2傳輸流 （transport stream）。

機(jī)頂盒制造商始終都要面對(duì)降低系統(tǒng)成本的壓力，功能整合度更高的硅晶調(diào)諧器已在市場(chǎng)上出現(xiàn)，這些因素使得OEM廠商不再需要套裝射頻模塊，他們可以通過(guò)主電路板直接提供這項(xiàng)功能。多種因素使射頻前端設(shè)計(jì)相當(dāng)困難，如射頻輸入的頻率很高、衛(wèi)星轉(zhuǎn)頻器的信號(hào)帶寬很大 （通常為27MHz或36MHz）、復(fù)合輸入功率的范圍很廣 （-80dBm“0dBm） 以及低噪聲下變頻轉(zhuǎn)換器和多路開(kāi)關(guān)（multi-switch） 等其它衛(wèi)星外圍設(shè)備都需要直流電源和交流控制信號(hào)反饋，這些電源和控制信號(hào)必須通過(guò)同軸線纜與接收信號(hào)一起上傳。

除此之外，處于競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)當(dāng)中，OEM廠商必須將設(shè)計(jì)資源集中于個(gè)人錄像 （PVR）、互動(dòng)性和家用網(wǎng)絡(luò)等具有較高附加值功能的產(chǎn)品。因此，需要元器件供應(yīng)商提供射頻前端解決方案，以便將研發(fā)投資減至最少，同時(shí)確認(rèn)其產(chǎn)品達(dá)到所需的接收器性能標(biāo)準(zhǔn)或付費(fèi)電視運(yùn)營(yíng)商的認(rèn)證要求。

本文將探討衛(wèi)星射頻前端的性能和功能要求，OEM廠商可利用文中列出的檢查項(xiàng)目比較不同廠商的衛(wèi)星射頻前端解決方案。

單芯片射頻前端的目標(biāo)

符合DVB標(biāo)準(zhǔn)的衛(wèi)星、有線電視、地面廣播和新出現(xiàn)的便攜式應(yīng)用環(huán)境現(xiàn)都采用比特流格式相同的MPEG-2傳輸流，因此，考慮到規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，OEM廠商通常會(huì)采用單一平臺(tái)。這表示不同的媒體接收器會(huì)使用相同的MPEG譯碼器和主機(jī)IC，然后由有線電視、地面廣播、衛(wèi)星或IP等媒體的前端電路將傳輸流提供給主機(jī)。

射頻電路前端包含調(diào)諧器和解調(diào)器功能，兩者會(huì)通過(guò)從解調(diào)器到調(diào)諧器的專用模擬控制信號(hào)進(jìn)行各種互動(dòng)，如自動(dòng)增益控制、射頻調(diào)諧和濾波器帶寬選擇等，這使得想要取代套裝射頻模塊的OEM廠商必須解決電路板層的信號(hào)完整性問(wèn)題，以保持系統(tǒng)操作的一致性，同時(shí)將電路板布局和元器件誤差等外部因素對(duì)接收器性能的影響減至最少。就此角度而言，將調(diào)諧器和解調(diào)器集成至同一個(gè)芯片當(dāng)中具有極大優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員不必在電路板上費(fèi)心安排這些反饋信號(hào)。

實(shí)現(xiàn)損耗

實(shí)現(xiàn)損耗（ImplementationLoss）是DVB-S前端最重要的參數(shù)，它代表接收器實(shí)際性能與理論最佳值的差距。實(shí)現(xiàn)損耗是在特定符碼率 （symbol rate）、Viterbi編碼率，輸入功率和射頻頻率等傳輸參數(shù)下，將輸出誤碼率降到可接受水平的實(shí)際所需載波噪聲比 （Carrier-to-Noise） 與理想解調(diào)器的載波噪聲比之間的差值 （以dB表示）。DVB-S標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，Viterbi譯碼器輸出測(cè)量所得的實(shí)現(xiàn)損耗在2×10-4誤碼率下不能超過(guò)0.8dB，無(wú)論接收器的傳輸參數(shù)如何設(shè)定，都必須達(dá)到這項(xiàng)要求。實(shí)現(xiàn)損耗越低，接收器就越能將噪聲影響減至最小。

測(cè)量不同輸入功率和無(wú)線頻率下的實(shí)現(xiàn)損耗非常有用。例如，當(dāng)功率很大時(shí)，接收器的互調(diào)分量就可能造成實(shí)現(xiàn)損耗惡化；同樣的，本振源在某一頻率上的雜散信號(hào)也可能導(dǎo)致某些通道性能下降。

圖1是在不同輸入功率下提供3/4卷積編碼率和22.5Mbaud？肼實(shí)腝EF操作時(shí) （定義為Viterbi譯碼后的誤碼率為2×10-4） 所需的載波噪聲比 （Eb/No）。

靈敏度、選擇性、互調(diào)和本地振蕩信號(hào)的泄漏現(xiàn)象

除了解調(diào)器實(shí)現(xiàn)損耗外，調(diào)諧器噪聲指數(shù)也會(huì)影響接收器的靈敏度。此外，總輸入功率的變動(dòng)范圍也可能超過(guò)80 dB，這是因?yàn)樵S多設(shè)備都使用L頻帶通道 （可能包括UHF），另外，還有雨衰和線纜損耗等效應(yīng)，它們對(duì)射頻輸入范圍的高頻部分影響特別嚴(yán)重 （集膚效應(yīng)）。

另一方面，衛(wèi)星廣播對(duì)信道選擇性的要求也比較寬松，這是因?yàn)橥晃恢玫乃行l(wèi)星轉(zhuǎn)頻器都會(huì)在接收器輸入端產(chǎn)生大致相同的相鄰信道輸入功率，這與地面?zhèn)鬏斢泻艽蟛煌Ａ硗猓邮掌鬟€須提供具備帶寬設(shè)定能力的匹配濾波器，以滿足不同通道的符碼率 （1”45 MBaud） 和信號(hào)帶寬要求，這與地面廣播或有線電視傳輸也有極大區(qū)別。低噪聲放大器和混頻器也要具備良好的線性操作能力 （IP2， IP3） 才能應(yīng)付可能出現(xiàn)的高復(fù)合功率輸入。

為了滿足這些要求，衛(wèi)星調(diào)諧器已開(kāi)始采用零中頻直接轉(zhuǎn)換架構(gòu)。尤其是在目標(biāo)信號(hào)很弱而相鄰信道信號(hào)又很強(qiáng)的系統(tǒng)中，零中頻接收器更能提供所要求的選擇性和鏡像抑制，這是因?yàn)殓R像信道實(shí)際上就是目標(biāo)信道，而不是信號(hào)可能更強(qiáng)的相鄰信道。然而，這些優(yōu)勢(shì)在衛(wèi)星廣播系統(tǒng)中就沒(méi)有那么明顯，因?yàn)楦鱾€(gè)信道在接收器輸入端的功率都非常相近。

零中頻架構(gòu)的本振頻率就是所要接收的射頻通道，所以本振信號(hào)有可能混入接收信號(hào)。這種本振信號(hào)泄漏現(xiàn)象是零中頻架構(gòu)的主要缺點(diǎn)之一，它會(huì)導(dǎo)致下變頻/混頻后出現(xiàn)直流偏移，所以，調(diào)諧器和解調(diào)器之間必須使用大電容作為零中頻模擬I/Q信號(hào)的交流耦合電容。

除此之外，由于本振頻率等于目標(biāo)射頻信道的中心頻率，零中頻接收器架構(gòu)特別容易受到振蕩器的近載波相位噪聲 （close-in phase noise） 影響。CMOS的1/f噪聲特性使其近載波相位噪聲會(huì)高于采用BiCMOS或硅鍺工藝的振蕩器，所以，CMOS工藝很難用來(lái)實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)換衛(wèi)星調(diào)諧器。

這兩種效應(yīng)都可通過(guò)本振頻率與目標(biāo)頻帶相差約一個(gè)通道的低中頻架構(gòu)來(lái)避免。這種架構(gòu)把射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成中頻信號(hào)后進(jìn)行數(shù)字化處理，然后用第二個(gè)數(shù)字混頻器將它轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)。Silicon Laboratories已將低中頻架構(gòu)用于寬帶衛(wèi)星調(diào)諧器，把調(diào)諧器和解調(diào)器集成到同一個(gè)CMOS IC中，而不是使用成本較高的SIP技術(shù)把BiCMOS調(diào)諧器以及CMOS解調(diào)器整合至單一封裝中。

LNB電源與控制

DVB-S系統(tǒng)接收器天線的低噪聲 （LNB） 下變頻器需要射頻前端提供13V/18V可切換式直流電源和重迭于直流電源上的22kHz交流音頻脈沖 （tone burst） 控制信號(hào)。有些傳統(tǒng)的分立式解決方案僅提供接收器到LNB外設(shè)的單向通信，但OEM廠商仍希望LNB解決方案支持最新的DiSEqC 2.x雙向通信協(xié)議。另外，考慮到與舊外設(shè)的兼容，除了DiSEqC兼容信息外，這些解決方案還應(yīng)支持早期產(chǎn)品所需的音頻／脈沖以及音頻／電壓等信號(hào)傳送方式。

除了解調(diào)器應(yīng)同時(shí)支持單向和雙向LNB控制信號(hào)外，LNB電源穩(wěn)壓器也需要一個(gè)專用IC。LNB電源穩(wěn)壓器不但要提供普通穩(wěn)壓器功能，還要包含可靠的故障保護(hù)機(jī)制，以應(yīng)付接收器啟動(dòng)或?yàn)樵黾咏涣鱈NB控制信號(hào)而安裝額外電路時(shí)可能出現(xiàn)的電流過(guò)載或短路現(xiàn)象。

電源效率的重要性不斷增加，這在包含多組LNB和多組調(diào)諧器（如PVR）等機(jī)頂盒產(chǎn)品中尤其明顯。OEM廠商傾向于使用由升壓轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的高效率、交換式電源解決方案，而不是傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓架構(gòu)。

解調(diào)器供貨商通常不會(huì)提供采用高電壓工藝的LNB電源IC，但它們卻又需要與電源器件互動(dòng)，這使得OEM廠商必須承受更大的系統(tǒng)整合風(fēng)險(xiǎn)，尤其是LNB電源電路和射頻輸入信號(hào)會(huì)使用同樣的線路，因此可能造成接收器性能下降。

面對(duì)這些問(wèn)題，最理想的解決方法是由一家廠商提供包含LNB電源穩(wěn)壓器和信號(hào)控制器在內(nèi)的完整功能的射頻前端解決方案。

環(huán)境因素

接收器應(yīng)將外部因素的影響減至最小。衛(wèi)星接收器特別容易受到GSM或無(wú)線DECT電話的電磁信號(hào)干擾，因?yàn)檫@些裝置使用的頻帶與衛(wèi)星接收器非常接近；另外，麥克風(fēng)等裝置產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)也可能造成影響。OEM廠商評(píng)估不同解決方案時(shí)，應(yīng)注意壓控振蕩器儲(chǔ)能電路和鎖相環(huán)濾波器是否集成至調(diào)諧器中，若解決方案仍需在設(shè)計(jì)中增加LC （壓控振蕩器儲(chǔ)能器件） 或RC （回路濾波器） 電路，就表示這些解決方案僅集成了壓控振蕩器，而不是完整的鎖相環(huán)。器件若未集成這些外圍電路，則比較容易受到外界影響，電磁干擾測(cè)試通常也表現(xiàn)不佳。

為將LNB所受的影響減至最少，調(diào)諧器廠商應(yīng)注明接收器輸入端的阻抗匹配電路規(guī)格，同時(shí)說(shuō)明最惡劣條件下的返回?fù)p耗 （return loss） 或等效的VSWR參數(shù)。半導(dǎo)體廠商應(yīng)在所建議的電路板布局中提供輸入電路范例。

芯片集成度不斷增加已讓器件散熱成為潛在問(wèn)題。這類器件最好采用含有外露散熱墊的散熱加強(qiáng)型封裝，因?yàn)楹附拥浇拥孛娴耐饴渡釅|可作為額外的電氣連接。

此外，隨著消費(fèi)類電子產(chǎn)品的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)苛，元器件應(yīng)采用符合RoHS的無(wú)鉛封裝。

附加功能

有人可能認(rèn)為消費(fèi)者并不關(guān)心本文提到的許多要求，但至少有兩項(xiàng)功能會(huì)直接影響客戶對(duì)于產(chǎn)品的使用感受。

首先，為了讓消費(fèi)者了解接收器天線的安裝效果以及接收信號(hào)強(qiáng)度，機(jī)頂盒制造商通常會(huì)根據(jù)通道譯碼器的糾錯(cuò)數(shù)目來(lái)評(píng)估信號(hào)質(zhì)量，并將結(jié)果顯示給使用者。由于DVB-S采用不同的內(nèi)部 （Viterbi） 和外部 （Reed-Solomon） FEC糾錯(cuò)算法，系統(tǒng)若想提供最精確的信號(hào)質(zhì)量，就必須從信道譯碼器的這兩個(gè)器件讀取已糾錯(cuò)和未糾錯(cuò)的數(shù)目。器件甚至還能提供PRBS等多種測(cè)試模式，以協(xié)助OEM廠商利用實(shí)驗(yàn)室測(cè)試設(shè)備進(jìn)行特性測(cè)試。

其次，通道設(shè)定過(guò)程應(yīng)該越快越好。這對(duì)專門接收免費(fèi)頻道的機(jī)頂盒并不簡(jiǎn)單，因?yàn)檫@類產(chǎn)品出廠時(shí)并未包含許多DVB-S廣播定義參數(shù)和通道參數(shù)；相比之下，普通機(jī)頂盒則是為特定的付費(fèi)電視服務(wù)所設(shè)計(jì)，因此，所有必要參數(shù)都已存儲(chǔ)其中。

完整的信道掃描必須涵蓋超過(guò)1 GHz的帶寬和兩種偏極性射頻信號(hào)。接收器在掃描信道和尋找DVB-S信道時(shí)必須處理各種符碼率 （1-45 MBaud）、卷積編碼率 （1/2，2/3，3/4，…）、頻譜轉(zhuǎn)換 （spectral inversion） 的可能性以及LNB混頻器偏移可能造成的多個(gè)MHz射頻信號(hào)偏移。

東南亞和中東地區(qū)的廣播業(yè)者會(huì)利用一種稱為“單載波多通道”（Multiple Channels Per Carrier，MCPC） 的頻分復(fù)用技術(shù)，分別上行鏈接到同一個(gè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)頻器的不同通道 （共享式轉(zhuǎn)頻器）。此時(shí)，所有上行鏈路MPEG-2傳輸流的位速率都會(huì)減少，使得調(diào)制后的通道符碼率下降。除非解調(diào)器配備硬件式盲掃描 （blindscan） 加速器，否則接收器在面對(duì)這類符碼率很低的通道時(shí)，通常需要一小時(shí)以上的時(shí)間才能掃描完頻帶范圍內(nèi)的所有通道。芯片內(nèi)嵌盲掃描功能則可將這個(gè)過(guò)程縮短為幾分鐘。有些專門為免費(fèi)頻道應(yīng)用生產(chǎn)機(jī)頂盒的廠商甚至認(rèn)為解調(diào)器的盲掃描功能比射頻性能更重要。

結(jié)語(yǔ)

在成熟的DVB-S市場(chǎng)上，許多廠商都已提供包含上述射頻前端功能的器件。本文還特別介紹了終端設(shè)備制造商應(yīng)考慮的許多系統(tǒng)級(jí)問(wèn)題、重要性能要求以及衛(wèi)星廣播應(yīng)用獨(dú)有的問(wèn)題。這對(duì)工程資源有限或射頻經(jīng)驗(yàn)不足的套裝射頻模塊OEM廠商是極為艱巨的工作，降低系統(tǒng)成本和縮小產(chǎn)品體積的壓力進(jìn)一步迫使他們必須采用集成度更高的解決方案。

Silicon Laboratories針對(duì)DVB-S和DirecTV專用DSS衛(wèi)星傳輸標(biāo)準(zhǔn)提供的SiRX系列射頻前端器件集成了所有衛(wèi)星傳輸射頻前端功能，其中包括調(diào)諧器、解調(diào)器、LNB信號(hào)控制器和LNB電源穩(wěn)壓器，這套解決方案可以協(xié)助衛(wèi)星前端系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員克服他們所面臨的許多系統(tǒng)問(wèn)題。

責(zé)任編輯：gt