第6期 金黎明等：一种全集成CMOS数字电视调谐器射频前端 1205 本文研究对象 VGLNA UpMixer DnMixer ADC Off-chip band limit Digital filter baseband A First LO Second LO (Quadrature) 图1单芯片电视调谐器系统架构 Fig.1 System architecture of the single-chip TV tuner 定程度的抑制，因此下变频前不再设计抑制镜像滤波 x(t)=Acosot Acosozt Acosast (3) 器，而是在数字域中再做处理)，以达到系统规定的镜 而系统的传递函数为 像抑制程度的要求。 y(1)=aix(t)+azx2(1)+asx3(t) (4) 将(3)式代入(4)式后分析可知，由于系统三阶非 3系统性能指标分析 线性的影响，会产生一些干扰量，其中以下两项会落在 信号频带内 3.1增益分析 21-w2,2w一w1,2w1-w3,2w3-w1,2w2一w3,2s一w2 (5) 由表1可知，整个系统需要70dB的动态范围.可变 1+2一3,1一2十31一2一w3(6) 增益低噪声放大器实现20dB的增益范围，降低低频模 通常频率成分(5)式作为三阶交调量(IM3)被用来定义 拟可变增益放大器的设计要求，同时根据级联系统的线 射频电路的输入参考三阶交调点(IIP3),表达式如下 性度公式 IIP3=-P。-IMs+P: (7) 1 1 GiM+GiN Gie（1） 2 Aim nrii AiP3.dnmixer 其中P:为输入信号功率；P。为输出信号功率. 可知，降低低噪声放大器增益，有利于提高系统的整体 但是事实上，系统输出频率成分中，(6)式的幅度是 线性度· (5)式的2倍.根据数理统计分析，如果信号频带内平均 3.2噪声分析 分布N个载波，在频带中心区域产生的交调干扰最多， 而且主要为频率成分(6)式，个数为3N/8.因此，频 系统的噪声系数决定了信号灵敏度.灵敏度的公式 率成分(6)式是宽带系统中最主要的三阶非线性干扰 为 假设频带内有100个channel,每个channel输入信号 Pin.min =-174dBm/Hz NF 101gB SNR.(2) 功率为P:,其中包含N个载波，每个载波的功率为P, 其中SNR。为输出信噪比的要求；B为频道(channel) 输出载波功率为P。,则复合三阶差拍(composite triple 带宽.对于典型的噪声系数值8B,信号灵敏度为 beats,CTB)功率为 -84.5dBm. CTB(dBm)=IM3 6dB 10lg(Number of CTB) 3.3线性度分析 3 =2(P。-IIP3)+P。+6dB+10lg(8(10oN)2） 输入电视信号的带宽高，由于系统的非线性因素产 =2(P:-IIP3)+P。+41.74dB (8) 生的三阶交调干扰和二阶交调干扰都可能落在信号带 要求系统的输出信噪比大于12.5dB,取3dB裕量，假设 宽之内，因此系统的线性度非常重要，这是单芯片电视 输入信号最大功率为-20dB,则 调谐器设计的一个主要难点. Pm-CTB≥12.5+3 (9) 对于宽带系统，假设输入信号包含三个频率成分， IIP3≥P:+28.6=8.6dBm (10) 可表示为第６期 金黎明等： 一种全集成 犆犕犗犛数字电视调谐器射频前端 图１ 单芯片电视调谐器系统架构 犉犻犵．１ 犛狔狊狋犲犿犪狉犮犺犻狋犲犮狋狌狉犲狅犳狋犺犲狊犻狀犵犾犲犮犺犻狆犜犞狋狌狀犲狉 定程度的抑制，因此下变频前不再设计抑制镜像滤波 器，而是在数字域中再做处理［４］，以达到系统规定的镜 像抑制程度的要求． ３ 系统性能指标分析 ３．１ 增益分析 由表１可知，整个系统需要７０犱犅的动态范围．可变 增益低噪声放大器实现２０犱犅 的增益范围，降低低频模 拟可变增益放大器的设计要求，同时根据级联系统的线 性度公式 １ 犃２ 犐犘３，狋狅狋 ＝ １ 犃２ 犐犘３，犔犖犃 ＋ 犌２ 犔犖犃 犃２ 犐犘３，狌狆犿犻狓犲狉 ＋ 犌２ 犔犖犃犌２ 狌狆犿犻狓犲狉 犃２ 犐犘３，犱狀犿犻狓犲狉 （１） 可知，降低低噪声放大器增益，有利于提高系统的整体 线性度． ３．２ 噪声分析 系统的噪声系数决定了信号灵敏度．灵敏度的公式 为 犘犻狀，犿犻狀 ＝－１７４犱犅犿／犎狕＋犖犉＋１０犾犵犅＋犛犖犚狅 （２） 其中 犛犖犚狅 为输出信噪比的要求；犅 为频道（犮犺犪狀狀犲犾） 带宽．对 于 典 型 的 噪 声 系 数 值 ８犱犅，信 号 灵 敏 度 为 －８４５犱犅犿． ３．３ 线性度分析 输入电视信号的带宽高，由于系统的非线性因素产 生的三阶交调干扰和二阶交调干扰都可能落在信号带 宽之内，因此系统的线性度非常重要，这是单芯片电视 调谐器设计的一个主要难点． 对于宽带系统，假设输入信号包含三个频率成分， 可表示为 狓（狋）＝ 犃犮狅狊ω１狋＋犃犮狅狊ω２狋＋犃犮狅狊ω３狋 （３） 而系统的传递函数为 狔（狋）＝α１狓（狋）＋α２狓２（狋）＋α３狓３（狋） （４） 将（３）式代入（４）式后分析可知，由于系统三阶非 线性的影响，会产生一些干扰量，其中以下两项会落在 信号频带内 ２ω１ －ω２，２ω２－ω１，２ω１ －ω３，２ω３ －ω１，２ω２ －ω３，２ω３ －ω２ （５） ω１ ＋ω２ －ω３，ω１ －ω２ ＋ω３，ω１ －ω２ －ω３ （６） 通常频率成分（５）式作为三阶交调量（犐犕３）被用来定义 射频电路的输入参考三阶交调点（犐犐犘３），表达式如下 犐犐犘３＝ 犘狅 －犐犕３ ２ ＋犘犻 （７） 其中 犘犻 为输入信号功率；犘狅 为输出信号功率． 但是事实上，系统输出频率成分中，（６）式的幅度是 （５）式的２倍．根据数理统计分析，如果信号频带内平均 分布 犖 个载波，在频带中心区域产生的交调干扰最多， 而且主要为频率成分（６）式，个数为３犖２／８［５］ ．因此，频 率成分（６）式是宽带系统中最主要的三阶非线性干扰． 假设频带内有１００个犮犺犪狀狀犲犾，每个犮犺犪狀狀犲犾输入信号 功率为 犘犻，其中包含 犖 个载波，每个载波的功率为 犘犮犻， 输出载波功率为犘犮狅，则复合三阶差拍（犮狅犿狆狅狊犻狋犲狋狉犻狆犾犲 犫犲犪狋狊，犆犜犅）功率为 犆犜犅（犱犅犿）＝犐犕３＋６犱犅＋１０犾犵（犖狌犿犫犲狉狅犳犆犜犅） ＝２（犘犮犻－犐犐犘３）＋犘犮狅 ＋６犱犅＋１０犾犵 ３ ８（ （１００犖））２ ＝２（犘犻－犐犐犘３）＋犘犮狅 ＋４１．７４犱犅 （８） 要求系统的输出信噪比大于１２５犱犅，取３犱犅裕量，假设 输入信号最大功率为－２０犱犅，则 犘犮狅 －犆犜犅≥１２．５＋３ （９） 犐犐犘３≥ 犘犻＋２８．６＝８．６犱犅犿 （１０） １２０５