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采用直接变频IC 降低数字卫星接收机调谐器成本

菜鸟
2007-09-14 21:31:29    评分

数字卫星广播/讯具有可覆盖区域广,传输距离远、可利用频带宽,传输容量大,机动性好等优良特点。另外,由于通信线路稳定可靠,加之Ku 波段工业干扰和地面通信干扰较小,可获得的图像质量高、误码率低;星上发射天线和地面接收机天线体积小,如果增加卫星发射功率,地面接收机天线可进一步减少,因此成本较低,便于进入千家万户,特别是广大农村地区。

数字卫星接收机系统按分布位置不同,分为室外单元(接收天线、低噪声放大及下变频模块---LNB)和室内单元(DVB-S 机顶盒),室外单元的主要作用是把来自卫星的微弱信号(C 波段或Ku 波段)进行宽带低噪声放大,并下变频至950MHZ-2150MHZ 的L 波段,通过电缆送至室内单元---数字卫星机顶盒。其中TUNER(调谐器)是数字卫星机顶盒的一个关键部件,它关系到整机性能指标的优劣。

DBS调谐器TUNER

TUNER 完成把L 波段信号变换到一组正交输出的I/Q 基带信号。设计DBS 调谐器时需要考虑下列重要参数:

1.工作频率范围

由于卫星转发器下行频段包括C波段(3.6GHZ~4.2GHZ)和Ku波段(11.7GHZ~12.2GHZ),经过接收机天线和低噪声LNB 后下变频为950MHZ~2150MHZ 的L 波段, 因此为了保证全频段接收数字卫星广播, 通常规定TUNER 的工作频带为950MHZ~2150MHZ(中国、欧洲等), 当然各个国家有不同要求, 也有规定接收频率范围为:950MHZ~1457MHZ 或950MHZ~1750MHZ。

2.输入电平及RF AGC 范围

输入电平定义为单载波输入功率,单位为dBm,其中最小输入电平和最大输入电平是两个极限指标。最低输入电平越低,表明其接收灵敏度越高,所要求的接收天线直径越小,LNB 增益也越小,室外单元造价也越低。通常要求最低输入电平为:-70dBm。

自动增益(AGC)范围定义为:调谐器在保证变频指标前提下能够接收的最大输入电平(单载波)与最小输入电平之差,单位为:dB。对AGC 功能的需要主要基于:多种因素造成成卫星下行通道信号损耗差异很大。

卫星接收机调谐器输入端(单载波)输入电平(Pt)为:

Pt = Ps+Gr-LD-△L (dBm)

其中:Ps 为卫星转发器天线全向辐射功率,与卫星及转发频段有关,变化范围约20dB;

      Gr 为接收机天线及LNB 增益之和,与天线尺寸、效率、入射波频率及LNB 增益、电缆、连接及功率损耗有关。

      LD 为电波自由空间损耗,与电波波长、接收机天线到卫星天线距离等有关。

      △L 为雨雪、电离层等引起的损耗,与气候等因素有关。

上述各种因素造成接收机输入电平波动很大,高达数十dB 波动,因此调谐器必须具有宽范围增益调节能力才能保证可靠接收。通常要求可调节范围>40dB 以上。

3.噪声系数

数字卫星电视传输系统有一项重要指标:Eb/Nb 门限值(Eb 为二进制码元信号能量,Nb 为单位频谱噪声功率)。在此门限以上,接收端载波噪声比C/N 的变化不会影响图象的信噪比S/N,而在门限附近时,C/N 的下降将引起S/N 的急剧降低,信号误码率猛增,因此为了保证接收机图象质量应该留有足够大的门限裕量。

DBS 调谐器输出端的载波噪声比(C/N)定义为:

C/N=10lg(10-(C/N)in/10+10-(C/N)t/10)-1

其中:(C/N)in=Ps-LD-△L+Gr/10lg(Ta+Tg)-10lg(kB)(dBm)为输入端载波噪声比;

Ta ,Tg 分别代表í天线、LNB 的噪声温度,单位为K;

k 为波尔兹曼常数,=1.38X10-23J/K;

B 为接收机信号带宽

而 (C/N)t=P-NF-10lg(kT0B) 为调谐器自身的C/N(载波噪声比),

T0 环境温度=290K

由上式可见, 噪声系数与调谐器自身C/N 成线性关系, 当B 及P 一定时, NF 增加多少dB, C/N 就减少多少dB。另外,如果当(C/N)t 与(C/N)in 大小相当或比后者更小时, 调谐器的NF对系统的C/N 影响更是举足轻重。因此DBS 调谐器的噪声系数应该尽可能的小。

4. 输入IP3

IP3定义为三次谐波电平与基波电平交汇点的功率电平值,单位为dBm 如下图所示。IP3 是衡量系统线性度高低和动态范围宽窄的一个重要指标。

动态范围为:DR=2(IP3-Nf)/3=2(IP3-(-174+10lgB+NF)/3 (dB)

式中的Nf 为接收器的噪声电平,NF为其噪声系数。对于输入IP3 不高的RF 系统可通过在其前端增加衰减器和低噪声放大器加以改善。由于DBS 调谐器的工作频带很宽,高达1.2GHZ(950MHZ~2150MHZ), 而输入电平幅度变化范围很大, 可能大于50dBm, 因此需要较大的输入IP3 和较低的NF,而这在单片IC 中并不容易同时得到。

当然,DBS 调谐器还有其他一些重要参数如:相位噪声,I/Q 输出相位差,I、Q 输出幅度不平衡度等等,此外由于篇幅限制,不再一一讨论。

DBS 调谐器二次变频方式

以前由于半导体工艺、技术等因素的限制,加之上述各种苛刻指标, DBS 调谐器不得不采用二次变频方案,如图所示。

图1: 典型的二次变频DBS 调谐器

由图1可见, 二次变换方案需元件数目多,这必然导致其成本高、所占面积大,不仅如此, 由于外部ISM 频段干扰被引入系统中频级,性能指标也被降低。有鉴于此,引入了直接变频调谐(即一次变频)。

一种低成本结构直接变频型调谐器IC

MAX2108是Maxim 继MAX2102/MAX2105 之后最近推出的又一新型直接变频调谐IC(见图2),与前者相同的是,都采用宽带I/Q下变频,直接将信号从L 波段调至基带,省掉了一个IF本振、一个IF 混频器和两个昂贵的SAW(声表面波)滤波器;不同之处,MAX2108具有更高的IIP3 和更低的噪声系数,因此可直接与F 型连接器直接相连,节省了一个PIN衰减器及前级放大,外部元件数目进一步减少,另外由于其I、Q 基带采用差动输出结构,不再需要直流偏置修正,外部元件又得以减少,除此之外, MAX2108 还采用了体积更小的SSOP-24 封装。结果使得调谐器在性能提高的同时,体积、成本也大大减小和降低,可靠性也得到提高。MAX2108 的优良特性使其几乎可应用于任何

MAX2108 内部功能框图如图2 所示,它包括前级宽带低噪声及自动增益控制(AGC)放大器,宽带I/Q 下变频混频器,90°正交相移发生器、双模式预定标器、本振缓冲器、高

线性度I、Q 基带差动输出缓冲器。由于采用宽带I/Q 下变频, 系统需要对变频后的信号滤

波, 以消除A/D 变换器的混叠失真。(图3)两路5 阶或7 阶低通滤波器的元件参数见表1。

另外为了补偿滤波器带来的插入损耗,在A/D 转换器之前最好增加一级缓冲放大,MAX4216

高速视频双运放可满足此要求。




关键词: 采用     直接     变频     降低     数字     卫星接收机     调谐器         

菜鸟
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