Thông tin PCB - Bộ chỉnh trộn chi phí cực thấp cho thiết kế bảng mạch PCB đơn

Ngày nay, hầu hết các bộ chỉnh hỗn hợp chi phí cực thấp cho thiết kế bảng mạch PCB một lớp và trong các ứng dụng hộp chuyển đổi TV và video đều sử dụng khái niệm MOPLL đơn chuyển đổi truyền thống. Một bộ chỉnh như vậy có thể xử lý cả tín hiệu TV analog và kỹ thuật số hoặc cả hai (cái gọi là bộ chỉnh lai). Các yếu tố chính cần xem xét khi thiết kế bộ chỉnh này bao gồm chi phí thấp, tiêu thụ điện năng thấp, kích thước nhỏ và lựa chọn các thành phần bên ngoài. Bộ chỉnh ULC một mảnh này tích hợp mạch RF và IF và có thể hoạt động ở 5V hoặc 3.3V với mức tiêu thụ điện năng thấp hơn 34%. Thiết kế sử dụng bảng mạch PCB một lớp, tiếp tục giảm chi phí hệ thống và có thể xử lý các tín hiệu hỗn hợp như DVB-T/PAL/SECAM, ISDB-T/NTSC và ATSC/NNSC, có thể hỗ trợ hầu hết các tiêu chuẩn khu vực. Bộ chỉnh thực sự không chỉ là bộ chỉnh RF mà còn là một nửa NIM vì nó bao gồm một mô-đun IF. Tín hiệu đầu vào RF được tách ra bằng một bộ lọc thông cao đơn giản cộng với sự kết hợp của IF và bộ lọc chìm băng tần dân dụng (CB). Thiết kế này sử dụng một mạch ba rất đơn giản để chuyển đổi băng tần thay vì sử dụng điốt PIN để chuyển đổi băng tần. Trở kháng ăng-ten được chuyển đổi sang mạch đầu vào điều chỉnh thông qua các mạch ghép nối điện cảm cao. BG5120K Dual MOSFET có thể được sử dụng trên hai băng tần VHF. Trong mạch lọc băng điều chỉnh bên dưới, thực hiện lựa chọn kênh và ức chế các tín hiệu không mong muốn như các kênh lân cận và tần số video. Bộ lọc bẫy theo dõi phía trước và mạch bù tần số hình ảnh điện dung với bộ lọc Pass được thiết kế đặc biệt để ức chế tần số hình ảnh.

TUA6039-2 là một IC điều chỉnh ba băng tần hoàn chỉnh bao gồm tất cả các thành phần hoạt động cần thiết như 3 bộ trộn, 3 bộ dao động, 1 trình điều khiển SAW và 1 bộ khuếch đại IF. Các tính năng PLL đầy đủ bao gồm 4 cổng PNP và một cổng NPN để chuyển đổi băng tần, cũng như đầu dò AGC băng thông rộng hoạt động như bộ chỉnh bên trong AGC. Kết hợp với bộ lọc vòng lặp, 4 mạch bơm điện tích có thể lập trình, bộ dao động tinh thể cân bằng và bộ dao động điều khiển áp suất, bán NIM này đạt được hiệu suất tiếng ồn pha phù hợp với tất cả các thiết bị kỹ thuật số. Tín hiệu đầu ra trung bình cân bằng của TUA6039-2 có thể trực tiếp điều khiển bộ lọc SAW trong các mạch trung bình tiếp theo. Tín hiệu đầu ra SAW sau đó được khuếch đại hơn nữa bởi bộ khuếch đại trên chip được điều khiển bởi khuếch đại và tín hiệu đầu ra khuếch đại có thể được sử dụng trực tiếp cho bộ giải điều chế tiếp theo. Việc chuyển đổi RF sang IF cũng được thực hiện bên trong chip. Nửa NIM này tiêu thụ ít hơn 130mA và ít hơn 650mW ở điện áp nguồn 5V. Nếu sử dụng nguồn điện+3.3V, tổng công suất chỉ 429mW. Tiết kiệm năng lượng đáng kể này là một lợi thế lớn cho các thiết bị cầm tay hoặc di động. Thiết kế của bộ chỉnh ULC với PCB một lớp đã được khách hàng chấp nhận rộng rãi. Trong thị trường TV tuner cạnh tranh cao, bất kỳ sự gia tăng chi phí nào cũng có thể làm giảm chi phí sản xuất hơn nữa. Do đó, bất kỳ sự khác biệt nào về chi phí giữa bảng mạch PCB một lớp và bảng mạch PCB hai lớp đều rất quan trọng đối với BOM tổng thể (danh sách vật liệu) của bộ điều chỉnh. Thiết kế bán NIM này sử dụng PCB FR4 một mặt có độ dày 1,6mm.

Trong việc tiếp nhận hỗn hợp các tín hiệu truyền hình tiêu chuẩn như PAL/DVB-T, NTSC/ATSC, NTSC/ISDB-T, v.v., thiết kế tham chiếu này được phát triển trên bảng mạch PCB một lớp cho thấy hiệu suất tốt, nó có thể xử lý các tiêu chuẩn như T-DMB, DAB, DMB-TH, DVB-C và Open Cable. Trong thiết kế này, cần phải sử dụng bộ lọc vòng lặp PLL và cấu hình bộ lọc phía sau. Tỷ lệ triệt tiêu tần số tham chiếu 62,5kHz phụ thuộc vào cấu hình của các bộ lọc vòng lặp khác nhau và bộ lọc phía sau của chúng. Mặc dù bộ lọc vòng lặp có thể được sửa đổi để bao gồm hai tần số tham chiếu 166,67kHz và 62,5kHz ở chế độ hỗn hợp, luôn có sự thỏa hiệp giữa nhiễu pha, triệt tiêu tần số tham chiếu và thời gian khóa PLL. Do đó, các nhà thiết kế nên chọn tần số tham chiếu (62,5kHz hoặc 166,67kHz hoặc cả hai) trước khi áp dụng cấu hình bộ lọc vòng lặp và bộ lọc phía sau tương ứng. Kết quả đo lường cho thấy thiết kế bộ điều chỉnh bảng mạch PCB một lớp có thể đạt được hiệu suất ức chế tần số tham chiếu 60dB hoặc thậm chí cao hơn ở chế độ tiếp nhận hỗn hợp, đủ để đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của máy thu analog.

Một trong những thách thức trong việc phát triển thiết kế tham chiếu là làm thế nào để đặt gói VQFN của chip trên PCB. Kết nối và nối đất trên PCB một lớp làm giảm hoạt động nối đất. Việc nối đất rất quan trọng trong thiết kế RF, đây là một thách thức đối với các nhà thiết kế bộ chỉnh. Một số thông số điện chính bị ảnh hưởng bởi mặt đất bao gồm: ức chế tín hiệu đi lạc có nguồn gốc từ tinh thể, tần số tham chiếu PLL và bộ chuyển đổi DC/DC cũng được tích hợp trong bộ điều chỉnh ULC. Thiết kế mẫu này thực hiện triệt tiêu tán tần số DC-DC khoảng 52dB và triệt tiêu tán tần số tham chiếu VCO 60dB. Một vấn đề khác được đặt ra bởi gói VQFN và bảng mạch PCB một lớp là tản nhiệt của IC. Để cải thiện hiệu suất nhiệt, mặt sau của IC được phơi bày trong thiết kế tham chiếu. Làm như vậy có thể cải thiện hiệu suất nhiệt, chẳng hạn như thông qua khung của bộ chỉnh. Ngoài ra, chip cũng có thể hoạt động ở 3,3V, không chỉ giảm tiêu thụ điện năng mà còn giảm sản xuất nhiệt. Trong các ứng dụng đa phương tiện hàng ngày, nhu cầu ngày càng tăng đối với các thiết bị điện tử chỉnh RF đã thúc đẩy nhu cầu của các nhà sản xuất để giảm các yếu tố hình thức chỉnh, tiêu thụ điện năng và chi phí. Thiết kế bộ chỉnh ULC được trình bày trong bài viết này cố gắng tìm sự cân bằng giữa chi phí, hiệu suất và tiêu thụ điện năng. Sử dụng TUA6039-2 làm thành phần của bộ chỉnh, bộ chỉnh hỗn hợp hiệu suất cao có thể đạt được ở điện áp nguồn 3.3V tiết kiệm năng lượng. Chi phí có thể được giảm hơn nữa bằng cách sử dụng một lớp PCB board. Nhìn chung, thiết kế tham chiếu bộ chỉnh ULC được giới thiệu ở đây làm giảm đáng kể rủi ro thiết kế sản phẩm và giảm thời gian tiếp thị mà không làm giảm hiệu suất và chất lượng của bảng mạch PCB.