单芯片数字电视调谐器射频前端系统分析与设计

论文摘要

近年来,数字电视飞速发展,正在逐步取代传统的模拟电视而成为主流传播方式。调谐器作为信号接收链路中的关键环节,其性能对输出图像和声音的质量有至关重要的影响。因此,作为整个数字电视产业链中的重要部份,调谐器的设计和研发受到业界的广泛关注,尤其是CMOS单芯片解决方案,因其具备低成本、低功耗和小体积的优点,市场前景被普遍看好。本论文针对单芯片数字电视调谐器的设计难点,从系统架构和性能到射频前端各组成模块,详细展开研究和设计。首先,简要介绍了目前数字电视的发展概况以及电视调谐器的研究现状,提出了单芯片方案相比较于传统铁盒形方案的优势,以及实现此方案的难点。然后以欧洲国家普遍采用的DVB-T数字电视地面广播标准为例,详细分析计算了调谐器系统在增益,噪声,线性度等方面需要达到的性能指标。为实现设计目标,总结和概括了目前广泛采用的几种典型系统架构,分析和比较了他们各自的优缺点,提出了适合单芯片集成的二次变频低中频方案,并且明确了其中各个电路模块的功能,以及需要达到的性能指标。通过合理分配,使得各模块易于设计实现。在此基础之上,对射频前端电路中的可变增益低噪声放大器,上变频混频器和正交下变频混频器进行电路设计。通过采用创新性的电路结构,优化性能,使其满足系统应用的要求。之后进行流片实现,并且通过测试得到射频前端整体的各项性能参数,基本能够满足应用,同时也对理论分析作了有力验证。总结测试结果后,对系统架构进行改进设计,着力于在输入信号功率增大时继续提高线性度,以此实现扩大接收动态范围的目的。通过引入无源衰减器模块,打破限制线性度提高的瓶颈,并且对衰减器的接管点和增益变化范围进行了详细的理论分析。此外,还对上变频混频器模块进行改进设计,通过流片验证,并对该模块进行单独测试,得到各项性能指标,基本满足系统要求。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 概述
• 1.1 数字电视发展概况
• 1.1.1 数字电视和模拟电视的区别
• 1.1.2 全球数字电视发展概况
• 1.1.3 中国数字电视发展概况
• 1.2 电视调谐器的发展与研究现状
• 1.3 论文的研究内容及贡献
• 1.4 论文的组织结构
• 参考文献
• 第二章 数字电视调谐器系统性能分析
• 2.1 DVB-T标准
• 2.2 增益分析
• 2.3 噪声分析
• 2.4 线性度分析
• 2.4.1 三阶非线性
• 2.4.2 二阶非线性
• 2.5 镜像抑制
• 参考文献
• 第三章 数字电视调谐器系统架构
• 3.1 现存架构比较
• 3.1.1 一次变频和二次变频
• 3.1.2 零中频和低中频
• 3.2 二次变频低中频架构分析
• 3.2.1 系统架构
• 3.2.2 性能指标分配
• 参考文献
• 第四章 射频前端电路设计
• 4.1 可变增益低噪声放大器设计
• 4.1.1 设计目标
• 4.1.2 电容交叉耦合原理
• 4.1.3 电路设计
• 4.2 上变频混频器设计
• 4.2.1 Multi-tanh跨导线性化技术
• 4.2.2 差分电感设计
• 4.2.3 电路设计
• 4.3 正交下变频混频器设计
• 4.3.1 多栅跨导结构
• 4.3.2 电路设计
• 参考文献
• 第五章 芯片实现及测试
• 5.1 芯片实现
• 5.2 测试PCB板设计
• 5.3 芯片测试结果
• 参考文献
• 第六章 系统改进设计
• 6.1 系统线性度提高
• 6.2 衰减器对系统信噪比的影响
• 6.3 噪声性能优化
• 6.4 上变频混频器改进设计
• 6.4.1 差分源极退化
• 6.4.2 电路设计
• 6.4.3 芯片实现和测试
• 参考文献
• 第七章 总结与展望
• 7.1 成果总结
• 7.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢