高速车载应用中需要更具鲁棒性的电视调谐器

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在汽车内享受娱乐信息的令人激动的时代已经到来。从最初最基本的嵌入在仪表板里的收音机开始,车载功能是越来越丰富,包括消费者以往只有在家中才能享受到的流行音乐、录像和电视系统服务。新款车辆目前都会配备数字广播、汽车后座娱乐系统以及互联网接入设备,并且司机和乘客用的系统是独立的(当前排乘客听收音机时,后座乘客可以同时欣赏独立的调频广播或DVD播放)。这要感谢数字电视服务在世界各地的普及,而且能让乘客在车速高达200公里/小时(125英里/小时)的汽车内观看实时广播电视的高速电视从技术上已经可行,它能向移动中的乘客提供娱乐服务。

车载电视需要专用电视调谐器

在设计车载电视娱乐系统时,汽车制造商和他们的一级供应商发现,汽车电视调谐器不同于其他消费电子设备中的调谐器,必须采用独特的设计技术。除了要符合严格的汽车质量标准外,这些系统中的调谐器和接收机还必须满足汽车产业对尺寸和性能的要求,因为汽车产业正在向更多电子器件和更小产品尺寸方向发展。另外,对部署更先进的、高度集成的解决方案的需求也在不断增加,目的是要降低成本,但不降低电视的性能和质量。

可靠性方面的主要标准是AEC-Q100[1],这是汽车电子协会(AEC)[2]开发的一个认证测试程序。AEC-Q100将对汽车集成电路(IC)进行严格的应力测试认证,并且要求在非常高和非常低的环境温度以及急剧变化的温度和温度条件下进行测试。这种测试需要用到通常只有高端测试实验室才会用到的一些专用设备。

车载电视商机

自从液晶显示器面世以来,电视接收机已成为遍布欧洲和亚洲的豪华汽车制造商的一个重要选件。然而,电视调谐器已不再仅仅用于高端汽车。事实上,由于娱乐电子产品价格的不断降低,制造商正在全球中低价格的汽车中配备后座多媒体娱乐系统,而配件产品的多媒体功能也在进一步丰富。电子产品价格的下降也推动了人们对创新功能的需求,如在多个屏幕上显示不同的内容(例如前座屏幕用于导航,后排座椅播放电视)。

射频性能挑战

所有这些新的系统不仅为制造商、特别是电视调谐器的设计者提供了独特的商机,也带来了挑战。这是因为汽车应用中的射频(RF)要求与家庭数字电视甚至使用手持无线设备的‘移动电视’服务中的射频要求有很大的区别。这些技术挑战包括:

动态范围

汽车调谐器的接收条件范围很宽,从极低电平信号(如穿过一座桥梁时)到绝对最大峰值(如路过路边的发射机时)的各种情况都有。在第一种情况下,调谐器必须具有优异的灵敏度,或有能力拾取小功率信号。为了确保良好的灵敏度,调谐器IC可以采用性能优异的低噪声放大器(LNA) ,以弥补可能的任何损失。而在另外一种极端情况下,调谐器需要一种机制来保护输入级免于接受太强的信号,以防止发生所谓的“过载”。自动增益控制(AGC)就是一种可行的保护机制。它实际上是一个闭环电路,主要功能是检测信号强度,并在必要时对输入信号进行衰减。能够处理非常低、中等或高功率电平传输信号的调谐器可以被认为具有很好的动态范围。

出现很大的其它频道信号(例如在许多市区可能经历到的)是车载电视音视频质量面临的一个重要问题。为了避免过载和失真,这些信号可以被自动增益控制电路所衰减。但是,这种措施下想要频道的信号电平可能会低于总的噪声水平(见图1),从而完全从车载显示屏上消失。

图1:未经优化的自动增益控制有可能使想要的频道信号消失。


                                                                                           图1:未经优化的自动增益控制有可能使想要的频道信号消失。

为了避免这种缺陷,一个设计良好的接收机不应过分依赖于它的AGC电路。理想情况下,接收机的输入级设计应当能容忍和管理这些大信号,以尽量减少对AGC电路的依赖。

针对这个问题,一些硅调谐器制造商经过努力开发出了新的滤波技术,它能防止强大的其它频道信号影响到想要的频道。这一新兴技术可以帮助汽车硅调谐器明显改善信号的鲁棒性。

多径干扰

在无线环境中,无线电波会被障碍物(如大楼或山丘)反射,因此同样的信号会以不同的强度、从不同的方向、经过不同的时延到达天线。这些信号互相干扰,使得天线很难收到理想的信号。这些信号甚至可能在相反相位上发生重叠,从而完全抵消这个频率点的信号。由这种现象带来的各种信号劣化被称为多径干扰,这是汽车应用中需要重点关注的问题。

处理多径干扰(也称为频率选择性衰落)的一种好办法是为系统添加分集功能。在天线分集接收系统中,信号被多路天线系统所接收,这样就增加了至少有一个天线收到准确信号的概率。

车辆高速移动时的接收

由于多普勒效应,在高速移动的汽车中接收信号可能会发生信号丢失现象。简言之,如果发射机是固定的,移动的接收机将‘看到’取决于其速度的频率偏移。(当一辆救护车驶过一条街道时,可以从它的警笛声变化中体会到多普勒效应)

为了避免汽车高速行驶中接收的图像由于多普勒效应而消失,有必要采用多调谐器设计方法。这种方法利用两条或多条独立的调谐器-天线路径来接收相同的频道,然后在后端使用一种被称为最大比合并(MRC)分集的方法合并这些独立的信号来改善整体信号质量,同时在无信号丢失的条件下提高车辆能达到的最高速度。MRC方法将对来自天线和调谐器的数据进行不断地监测,错误接收的数据将被另一条通路接收的数据块所替换。

先进的汽车调谐器:MT2067

由于独特的性能要求,原始设备制造商发现,高性能的硅调谐器是汽车应用的最佳解决方案。MicroTuner公司的MT2067就是一款专业的车用等级硅电视调谐器,它拥有卓越的动态范围、灵敏度和大信号表现,支持移动速度高达200公里/小时(125英里/小时)时信号的稳定接收。满足全球地面数字电视标准要求的MT2067能提供强大的性能,即使是在富有挑战性的接收条件下,如高密度的城市信号环境。

由于集成度很高,MT2067芯片可以比模块使用更少的外部器件,从而提高了使用寿命期间的可靠性。此外,由于硅调谐器的尺寸比模块还小,因此可以直接放置在对机械应力不太敏感的系统主板上。

为了提供极佳的动态范围,MT2067采用了业界领先的AGC电路。不同于传统的固定电路,MT2067的动态AGC允许系统设计师改变和调整参数,以满足不同的接收条件。MT2067还得益于MicroTune公司的ClearTune专利技术,这种专门的滤波技术能使调谐器抑制不想要的相邻频道信号。

性能固然重要,但并不是汽车电视调谐器唯一的考虑因素。在实现车载娱乐系统时,汽车设计师除了要解决高速电视娱乐所特有的技术问题外,还必须考虑系统设计约束,包括体积、功耗和成本等。

为了增加可靠的电视功能并解决高速接收等性能问题,车载娱乐系统的产业趋势是采用多接收路径。业界专家估计,至少需要2至4个调谐器才能满足将来OEM汽车客户的需求。对这些多调谐器系统来说,器件尺寸变得至关重要。随着越来越多的电子元件被添加到新的汽车设计中,多接收器部件可用的空间是越来越小,因此微型硅调谐器越来越有必要。例如MT2067,它的尺寸仅为7x7mm,非常方便在多调谐器应用中的使用。

价格/性能

汽车调谐器设计的另一个制约因素是成本,因为OEM厂商往往施重压于其一级供应商来实现成本节约。通过一个日益扩大的市场产生的规模经济可以实现一些成本降低。然而,这不太可能使成本有显著下降,因此制造商需要考虑新的技术来保持竞争力。通过部署在消费市场业已实用的硅IC调谐器,系统设计人员可以充分发挥硅片低廉的价格以及高度集成的优势。

作为汽车市场中始终保持领先的企业,MicroTune是第一家满足所有上述规格、并且其汽车硅调谐器经过AEC-Q100标准认证的公司。硅调谐器MT2067为汽车市场提供了最高等级的性能和质量。

汽车电视调谐器需求小结

硅调谐器要想取得成功,必须经过严格的汽车等级测试,并符合以下条件:

在-40°至+85°C温度范围内要保证性能

能容忍极端环境和机械应力,如变化的温度、湿度和振动等

在中等功率消耗下提供高线性度

提供优异的灵敏度、选择性与大信号表现

符合严格的AEC-Q100质量标准

与消费产品相比,汽车市场有更严格的性能和可靠性标准、特殊的认证过程以及温度、震动以及更长产品寿命等挑战。对于车载娱乐系统而言,还面临着独特的在快速移动的车辆中完成移动接收的挑战。汽车制造商及供应商们发现,消费级调谐器已无法满足这些要求。而硅调谐器,如MicroTuner公司专门设计并经认证适合汽车音频/视频/数据接收机使用的MT2067,正被迅速证明是车载娱乐系统的正确选择。

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