DBS电视接收机低中频与直接转换调谐器的比较

DBS(直接广播卫星)系统包含两个主要的信号处理子系统，分别是低噪声(LNB)下变频器和DBS电视接收机。LNB下变频器位于卫星碟型天线基座，负责把卫星信号频谱从C、Ku或Ka波段降到L波段(0.9GHz～2.2GHz)。DBS电视接收机则在机顶盒内部，负责把信号降为基带，并执行信号处理功能，例如解调、MPEG译码、显示处理和模拟音／视频编码(NTSC／PAL)。
DBS接收机共有4个功能块，分别为射频调谐器、QPSK解调器／信道译码器、主机处理器和LNB电源控制器。射频调谐器把信号从L波段下变频至基带；QPSK解调器／信道译码器把位串流还原；主机处理器负责MPEG数据流译码，然后产生视频和音频输出信号，传给电视机；LNB电源控制器则会产生13V／18V直流电，并通过射频同轴缆线提供给LNB模块。接收机还会把一个交流控制信号加到该直流电源，用来选择所要的LNB极化方向。

过去十年来，DBS接收机的射频调谐器已放弃原先的高中频双转换架构，转而采用直接转换零中频(ZIF)架构，最近，市场上也出现了单芯片CMOS低中频接收机。DBS接收机有各种不同的射频调谐器架构，它们之间存在许多差异，会对设计师与最终系统造成影响。

传统卫星调谐器架构

最早出现的卫星电视调谐器芯片采用如图1所示的高中频双转换架构，它拥有良好的镜像拒斥效能。高中频双转换架构使用外接式中频表面声波滤波器(IF SAW)，作为电路级之间的滤波器，以便降低调谐器芯片所须达到的镜像拒斥要求。然而，这些超外差调谐器却需要复杂的两级式混频程序：调谐器先把信号从L波段降至高中频(例如480MHz)，再通过第二级混频电路把信号降至基带。高中频双转换架构还会消耗较多电能，因为外部电路必须使用很高的中频频率；另外，这些外部组件也会增加产品的用料成本。

直接转换DBS调谐器仅需一次混频就能将射频信号从L波段直接降至基带(见图2)。直接转换接收机并没有镜像拒斥的问题，因为镜像频率也是所用要的目标信号。它还能省下芯片外接SAW滤波器、第二组中频混频器和高中频增益电路，这可简化调谐器架构，进而缩小芯片面积、降低功耗，并减少外部元器件数目和总系统成本。

直接转换也有一些缺点，例如，I和Q通道之间可能因为三种原因出现直流偏移，分别是组件不匹配、本地振荡器(LO)信号泄漏至射频输入端，以及射频信号泄漏至混频器的本地振荡器输入端。直流偏移可能导致信号路径的放大电路饱和，故应避免。GSM等时域双工(TDD)通信系统可在通信频道关闭时测量并消除直流偏移，然而，数字卫星电视却须持续不断地传输信号，所以，只能利用回路带宽很小的直流偏移伺服回路(DC offsetservo loop)减少直流偏移。窄带确保偏移消除回路只会略微影响信号质量，而且还能通过解调器的前向纠错(FEC)电路加以修复。但这种窄带伺服回路需要很大的交流耦合电容，这类电容通常无法集成至芯片。

直接转换调谐器的另一个缺点是，信号路径组件的1／f噪声可能导致调谐器噪声指数(noise figure)大幅下降，因为1／f噪声会与零中频位置的目标(复数)信号频谱重迭。由于双极晶体管的1／f噪声远小于MOS晶体管，大多数的零中频DBS调谐器都采用双极技术。厂商曾数次试图利用CMOS工艺设计直接转换DBS调谐器，当时，他们都选择使用无源混频器，因为它的信号路径不会用到任何有源晶体管，所以，1／f噪声会变得很小。然而，无源混频器却会出现转换损耗(conversion loss)，使得基带电路噪声对接收机的整体噪声效能造成不利的影响。

半导体工艺选择及其对系统功能分割的影响

调谐器的后面是解调器，它是一种含有大量数字电路的组件，包括将零中频I和Q信号数字化的ADC前端。CMOS工艺可以减少解调器的芯片面积和功耗。接收机的第三个功能块是MPEG主机处理器，这个大型系统单芯片很适合采用130nm、90 nm或65 nm等先进CMOS工艺。

采用成熟的双极工艺和0.6μm～0.2μm微影技术的独立式调谐器不但极具成本竞争力，还可提供较高的转移频率(fT=25 GHz～50GHz)，可以设计数个GHz级的调谐器。然而，厂商虽能利用先进BiCMOS工艺开发单芯片调谐器与解调器，但它们的成本却很高，因为它需要昂贵的多光罩工艺来处理数字电路密集的CMOS部分。

系统级封装(System-in-Package，SiP)是较可行的集成方法，它会把双极调谐器、CMOS解调器和MPEG处理器集成到单一封装中。系统级封装的主要优点是上市时间较快，因为现有的调谐器和解调器裸片都可以重复使用。它的主要缺点是封装成本较高、功耗散逸很复杂，还有打线接合(bondwire)造成的寄生参数耦合问题。

另一种系统分割方式是利用双极或BiCMOS工艺设计独立的射频调谐器，再把解调器和MPEG处理器集成至另一个CMOS组件，这种做法又称为主机与解调器集成法(demod-on-host，见图3)。这种分割方式就系统而言并不理想，因为源译码器与传输媒介有关，于是有线电视、地面广播和卫星接收器都需要不同的主机组件。这使OEM厂商无法开发一套通用硬件平台(见图4)，它不仅影响产品的经济规模，还会增加厂商的认证和组装成本。通用硬件平台只需一个可连接各种传输媒介的射频前端，另外，还有一个与数字电视播送方式(卫星、有线、地面广播或IP网络)无关的主机处理器。从图4即可看出，通用硬件平台显然是较合理的系统分割方式。