移动数字电视调谐器射频芯片关键技术研究与系统实现

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移动数字电视调谐器射频芯片的设计通常面临以下几点挑战:(1)输入信号动态范围大,需要复杂的信号检测和增益控制;(2)模拟电视信号干扰强,基带滤波器需要很高的带外抑制;另外,移动数字电视调谐器射频芯片倾向于采用零中频架构来降低系统成本和提高系统集成度,这就需要解决零中频架构中存在的直流失调问题。本文针对这些挑战对移动数字电视调谐器射频芯片展开研究,提出三个创新的关键技术,并在此基础上实现了一款支持DVB-H/CMMB标准的移动数字电视调谐器射频芯片。  首先,为了接收大动态范围的移动数字电视信号,调谐器射频芯片至少采用2个自动增益控制(Automatic Gain Control,AGC)环路来分配整个接收通路的增益,其中包括射频自动增益控制(RF AGC)和基带自动增益控制(BB AGC)环路。在RF AGC环路中,射频功率检测器的精度直接影响射频前端的增益分配。本文提出一种数字辅助校准方法用来提高传统均方根(RMS)功率检测器的精度,该方法可以消除工艺、电压和温度(Process,Voltage and Temperature,PVT)变化以及器件失配引起的检测误差。在BB AGC环路中,本文提出一种不使用大电容的新型全集成可配置模拟基带峰值检测器,它面积小却可以检测kHz~MHz频率范围内的信号。此外,为了检测高峰均比(Peak to Average Power Ratio,PAPR)移动数字电视信号,本文还提出一种不使用电容的基于互补累计分布函数(Complementary Cumulative Distribution Function,CCDF)的数字峰值检测器,它利用异步逻辑对信号峰值进行采样,同样占用很小的芯片面积。  其次,为了有效地滤除强模拟电视干扰,本文提出了一种新型的低通滤波器(Low Pass Filter,LPF),即在传统低阶LPF过渡带引入零点以获得高阶LPF的邻道抑制效果,从而节省了芯片面积和功耗。另外,本文结合BB AGC环路提出一种最优增益分配算法来分配这个新型LPF各级模块的增益,保证了该LPF在弱有用信号伴随强干扰情况下仍然保持高增益而不饱和,使基带通路同时实现低噪声系数(Noise Figure,NF)和高线性度。  再次,为了解决零中频架构中的直流失调问题,本文提出了一种全集成数字辅助可配置的实时直流失调校准(DC Offset Calibration,DCOC)技术,它利用差分信号正负电压时间差检测直流失调。相比其他DCOC技术,它不使用电容,占用芯片面积小,可以实现非常低并且可配置的3dB截止频率。  最后,在上述关键技术研究的基础上,本文采用TSMC0.18μm CMOS工艺设计并流片验证了一款同时满足DVB-H/CMMB标准的移动数字电视调谐器射频芯片。本款芯片采用零中频架构,芯片面积为4.2mm2(不计频率综合器),在1.8V电源电压下消耗50mA的电流(不计频率综合器)。测试结果表明在470~870MHz的输入频率范围内,系统最小NF为3.6~4.6dB;不同频率下的最大转换增益为110~117dB,AGC控制范围超过130dB;系统对邻道模拟/数字电视干扰信号的抑制超过49/38dB;当模拟基带通路处于最高增益(62dB)时,DCOC的3dB截止频率为520Hz,输出直流失调电压小于5mV。本款芯片在面积、功耗和测试性能等各方面均可比肩同时期国际上已发表或发布的最好移动数字电视调谐器射频芯片。
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