本文介绍的是一个针对频率范围在45－865MHz间的DVB-T(COFDM)前端设计的小型单次变频调谐器，只需稍经改动，它就可以用于各种数字广播的接收。本调谐器是按真正的三波段调谐器概念，基于英飞凌三波段调谐器IC (TAIFUN)设计的，无需开关二极管。英飞凌的这款三波段调谐器IC(TAIFUN)特别适用于对邻近相位噪声有苛刻要求的COFDM应用，如DVB-T和ISDB-T。该芯片提供了一个针对SAW滤波器的平衡驱动输出，可以直接驱动SAW滤波器。

本调谐器按中频带宽7.61MHz、中频中心频率36.125MHz进行了优化。其频率范围如下所示：
其中所用的有源、无源器件除空心线圈和一个扼流线圈外均为表面贴装器件。印制电路板为双面板(1.5mm FR4)，尺寸为49.5x38.5mm。不过如果使用三层印制板，会更容易获得更好的性能。其引脚分布和外形尺寸都是依据调谐器的国际标准设计的，这也是如今市场上模拟调谐器的标准尺寸。


调谐器设计

射频输入通过带IF及CB(民用波段) 陷波的简单高通滤波器分路。使用一个相当简单的三工器替代了用于波段切换的PIN二极管。天线阻抗通过强电感耦合变换到调谐输入电路中。预选出的信号经高增益自偏置的MOSFET BF2030W放大。两个VHF波段可用一只双-MOSFET管BG3130来放大。在随后的可调带通滤波器中信道被选出，而相邻信道和镜像频率这些不需要的信号被抑制。前级的跟踪陷波及波段滤波器的容性镜像频率补偿都专对镜像频率进行了抑制。

到中频的变换是用一片Tuner-PLL IC(TAIFUN)完成的。TAIFUN是一片真正的三波段调谐器IC，它包含了下面几个模块的全部有源部件：三个混频器和振荡器，一个中频驱动级，一个含有用于波段切换的四个PNP口和一个NPN口(ADC输入)的完整的PLL功能块，一个用于内部AGC的宽带AGC探测器。再加上一个优化的环路滤波器、四个可编程电荷泵电流源、一个平衡晶振以及高性能压控振荡器(采用英飞凌的B6HF工艺)，这样构成的调谐器即可获得极好的相位噪声性能，从而可适用于各种数字应用场合。PLL模块带有相互独立的四个片选，可构成一个数字可编程的锁相环。通过使用一个4MHz的平衡参考晶振，该锁相环可以精确设定调谐器中振荡器的频率，频率值可以按六种步长上调至1024MHz。调谐过程由一个微处理器通过I2C总线来控制。通过对四个电荷泵电流编程控制的方式，调谐器的设计者可以根据其环路滤波器的设计、使用的频率、带内外相位噪声的要求等来选择一个合适的电荷泵电流。混频器的输出和中频放大器的输入是分开的，这使得插入一个带通的中频滤波器以更有效地抑制邻近信道成为可能。TAIFUN的平衡中频输出被设计成可以直接驱动后续中频级中的SAW滤波器。

该调谐器功耗低于0.45 瓦，这对手持设备而言是一个很大的优势。

图1：DVB-T调谐器概念框图

振荡器的谐振回路根据振荡频率范围、稳定性和相位噪声进行过仔细的优化。版图设计也经过优化可避免各种不希望的寄生振荡。

要设计一个良好的DVB-T调谐器，一个最重要的考虑就是如何以最小的相位噪声将输入的RF信号下行变频到中频。在单载波系统中相位噪声只占带宽的一个较小的百分比。因而相位噪声对性能的恶化程度在OFDM系统中要比在单载波系统中严重。

相位噪声会影响两个重要的系统性能：一个是通过互混频影响接收机的选择性；另一个是影响接收机的灵敏度或信噪比，这个信噪比与其他噪声源如前级噪声指数、镜像噪声等共同决定了数字系统的BER(误码率)。

要为这片调谐器IC设计最优的谐振回路，需要仔细考虑著名的Leeson方程。L(fm)=10log[2[(\frac{fo}{2Q_{I}fm})^{2}+1[(\frac{fc}{fm}+1)(\frac{F_{k}T}{Ps})] (1)

英飞凌的B6HF双极工艺的特征频率(fT)为25GHz，这使得TAIFUN具有很低的固有因子F，可以满足振荡器的要求。振荡器的外部电路需要仔细设计以保证有足够的Q值而不影响振荡的稳定性。

图2：DVB-T调谐器RF部分的一个仿真结果
图3：用MathCad计算得到的环路滤波器的三维闭环分析图

环路滤波器的主要作用是去除鉴相过程中产生的参考平率，鉴相电路基本上是一个用数字电路实现的采样系统。由于调制电压直接调制着VCO的频率，因而调制电压上的任何交流分量都会导致振荡器输出的频率调制。如果这些分量是周期的，它们会造成象参考平率一样的稳定边带。由于调谐器的调谐范围很宽，调谐灵敏度可高至35MHz/V，因而调谐回路中几个毫伏的噪声就会造成明显的频谱干扰。

得益于相位锁定，振荡器的输出可有较好的稳定性和相噪性能，这也是锁相环的另一关键作用。通过选择合适的环路带宽，参考振荡器和本振的相位噪声特性可以定为最合适的值。对给定的环路带宽，更高阶的滤波器可将带外频谱分量更大程度地抑制掉。但是阶数越高，极点越多，要让环路稳定就越困难。为达到最佳的相噪性能、更大程度抑制参考杂散，需要对环路带宽和环路滤波部件进行仔细的选择。四个扩展模式的电荷泵电流也要经过仔细选择，以便在不同的频率范围内都能获得最好的相噪性能。在本调谐器中，所有环路滤波器的计算和测量都采用了DVB-T推荐的fref=166.667 KHz。

本调谐器中采用一个二阶有源环路滤波器另加一个无源RC-后滤波器的方案，其特性经滤波器仿真工具计算过。

典型情况下，用做参考频率的晶体振荡器具有很好的相噪性能，其相位噪声大约在10KHz的频偏处平稳在-150dBc/Hz左右。被锁定相位的自由振荡器一般邻近相位噪声要高得多，但其相位噪声会持续下降，在1MHz的频偏处将降至-120dBc/Hz左右。在某个频偏处，被混频到输出频率上的参考晶振的噪声将大于自由振荡器的噪声。通常环路带宽就应该设定在这个频率上。这样振荡器的带内噪声因参考晶振而得到改善，而带外也不会因参考晶振而恶化。由于调谐器中振荡器的调谐范围相当宽，所以需要在对噪声贡献机制深入考虑的基础上仔细选择环路带宽。

图4：处于很强的模拟PAL信号之间的DVB-T信号的频谱

环路带宽内的相噪水平可由下面的式子来近似：
邻近相位噪声=按1Hz归一化的相噪基底+20logN+10logfref (6)

TAIFUN将混频器的输出和SAW驱动器的输入分开，使得可以插入带通的中频滤波器以实现更好的邻近信道抑制。这一特点再加上TAIFUN的内部AGC为有效地抑制较强的邻近PAL信号提供了很大的便利，这在图4所示的同步广播的信号环境中尤为明显。该调谐器提供了一个可直接驱动SAW滤波器的平衡的中频输出。


调谐器的测量结果

图5、图6是在标准的调谐器测量条件下，AGC满程时测得的。

图5：调谐器整体性能
图6：宽环路带宽下DVB-T调谐器的相位噪声
图7：简化的DVB-T测试板配置

DVB-T 接收测试

使用TUA6034的DVB-T调谐器的参考设计是在英飞凌的其他几个芯片共同参与下被测试的。
一些信道的C/N 性能及输入灵敏度是在宽PLL环路带宽的条件下测得的。
若解调器为直接中频采样，则用TDA 6192代替TDA 6190。