टीवी, वीडियो रिकॉर्डर, सेट-टॉप बॉक्स और ब्रॉडबैंड केबल रिसीवर सभी में एक समान तत्व होता है: ट्यूनर। यद्यपि इन उपकरणों में अन्य सभी इलेक्ट्रॉनिक घटक सेमीकंडक्टर प्रौद्योगिकी के सिकुड़ने के कारण सिकुड़ते हैं, उपभोक्ता अनुप्रयोग अक्सर इस महत्वपूर्ण कार्य को प्राप्त करने के लिए विशाल "ट्यूनर टैंक" का उपयोग करते हैं। ट्यूनर डिज़ाइन पर चुनौतीपूर्ण प्रतिबंध इस तकनीक के बने रहने का कारण हैं, लेकिन बाजार की ताकतें सिलिकॉन ट्यूनर को सबसे आगे बढ़ा रही हैं।
ट्यूनर डिजाइनर को कई चुनौतियों से पार पाना होगा। प्रसारण टेलीविजन और केबल अनुप्रयोगों में इनपुट सिग्नल 48 मेगाहर्ट्ज से 861 मेगाहर्ट्ज के आवृत्ति बैंड में निहित है, और सिग्नल की शक्ति में व्यापक गतिशील रेंज हो सकती है। उदाहरण के लिए, प्रसारण टेलीविजन अनुप्रयोगों में, चुने जाने वाले सिग्नल में आसन्न अवांछित चैनल हो सकते हैं जिनकी सिग्नल शक्ति 100 गुना से अधिक हो।
एक विशिष्ट ट्यूनर डिज़ाइन एकल रूपांतरण रिसीवर आर्किटेक्चर का उपयोग करता है, हालांकि अन्य आर्किटेक्चर भी संभव हैं। एकल रूपांतरण ट्यूनर की संरचना में एक पूर्व-चयन फ़िल्टर, एक कम शोर एम्पलीफायर (LNA), एक डाउन कनवर्टर और एक मध्यवर्ती आवृत्ति (IF) एम्पलीफायर शामिल हैं।
1. सिलिकॉन ट्यूनर डिजाइन की बाधाएं
1) पूर्व-चयनित फ़िल्टर ट्रैकिंग
पूर्व-चयन फ़िल्टर पूर्ण फ़्रीक्वेंसी सिग्नल फ़्रीक्वेंसी बैंड लेता है और इसे एक छोटे फ़्रीक्वेंसी बैंड में कम करता है जिसमें रुचि का चैनल होता है। चैनल की व्यापक आवृत्ति रेंज को देखते हुए, इसका मतलब है कि पूर्व-चयन फ़िल्टर एक ट्रैकिंग बैंडपास फ़िल्टर होना चाहिए, जिसकी केंद्र आवृत्ति सिग्नल स्पेक्ट्रम में भिन्न हो सकती है। आरएफ स्वचालित लाभ नियंत्रण कार्यों के साथ एलएनए आमतौर पर एक पूर्व-चयनित फ़िल्टर का पालन करते हैं।
डाउनकन्वर्टर चरण पारंपरिक हैआयनिक रूप से एक हेटेरोडाइन प्रणाली। डाउन कन्वर्टर को चैनल चयन के साथ डिज़ाइन किया गया है, जिसमें स्थानीय ऑसीलेटर (एलओ) को समायोजित करना शामिल है ताकि इसकी आवृत्ति और ब्याज के संकेत के बीच का अंतर आईएफ फिल्टर के बैंडपास के भीतर हो। यह चरण अन्य सभी विकल्पों का चयन और बहिष्करण करके उच्च-प्रदर्शन, संकीर्ण-बैंड, निश्चित-आवृत्ति फ़िल्टर-आमतौर पर सतह ध्वनिक तरंग (SAW) उपकरणों का उपयोग करता है। इसके बाद वैरिएबल गेन कंट्रोल के साथ एक आईएफ एम्पलीफायर होता है, जो सिस्टम को चयनित सिग्नल की ताकत को डिमोड्यूलेशन और डिटेक्शन सर्किट की जरूरतों से मेल खाने की इजाजत देता है जो ट्यूनर चला रहा है।
इनपुट सिग्नल की व्यापक आवृत्ति और सिग्नल शक्ति सीमा को ध्यान में रखते हुए, इस आर्किटेक्चर का उपयोग एक अच्छा प्रदर्शन ट्यूनर उत्पन्न करने के लिए कई चुनौतियां लाएगा। एक है प्री-सिलेक्शन फिल्टर। पूर्ण सिग्नल बैंडविड्थ को कवर करने के लिए, विशिष्ट प्रसारण टीवी ट्यूनर कार्यान्वयन के लिए तीन अलग-अलग आवृत्ति बैंडों में काम करने के लिए फिल्टर की आवश्यकता होती है: वीएचएफ (बहुत उच्च आवृत्ति), 48 से 88 मेगाहर्ट्ज; मध्यम वीएचएफ, 174 से 216 मेगाहर्ट्ज; और यूएचएफ (सुपर हाई फ्रीक्वेंसी) 470 से 861 मेगाहर्ट्ज पर। एक सामान्य कार्यान्वयन अलग-अलग फ़िल्टर का उपयोग करना है, प्रत्येक फ़िल्टर के लिए एक।
2) मल्टी-बैंड ऑपरेशन
पूर्व-चयन फ़िल्टर ऑपरेटिंग फ़्रीक्वेंसी बैंड का चयन करता है, लेकिन आवश्यक चयनात्मकता प्रदान करने के लिए ट्रैकिंग फ़िल्टर को लागू करना अभी भी आवश्यक हो सकता है। ट्रैकिंग फ़िल्टर को अपेक्षाकृत निश्चित बैंडविड्थ बनाए रखना चाहिए, हालांकि केंद्र आवृत्ति कई सप्तक में बदल सकती है। इस तरह के एक फिल्टर की प्राप्ति के लिए आमतौर पर बड़ी संख्या में निष्क्रिय घटकों की आवश्यकता होती है, जैसे कि प्रेरक, जिन्हें उचित प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए कारखाने में मैन्युअल रूप से ट्यून किया जाना चाहिए। निष्क्रिय घटकों और मैनुअल ट्यूनिंग की यह मांग ट्यूनर के आकार और लागत को बहुत बढ़ा देती है। एक सामान्य ट्यूनर 2.5 x 2 x 0.75 इंच माप सकता है।
हालांकि, पूर्व-चयन फ़िल्टर डिज़ाइन चुनौतियों वाला एकमात्र घटक नहीं है। डाउन-कन्वर्टर में एलओ को एक विस्तृत आवृत्ति रेंज को भी संभालना चाहिए। पूर्व-चयन फ़िल्टर केवल इनपुट सिग्नल की बैंडविड्थ को कम करता है। ब्याज का संकेत अभी भी 48 से 861 मेगाहर्ट्ज रेंज में कहीं भी गिर सकता है, और एलओ को मूल रूप से इस सीमा को कवर करना चाहिए। इसके अलावा, एलओ को कम क्लोज-रेंज फेज शोर प्रदर्शित करना चाहिए या डीटीवी चैनल रिसेप्शन से समझौता किया जाएगा। एकीकृत सर्किट थरथरानवाला इतनी विस्तृत आवृत्ति रेंज प्राप्त करता है जिसे ट्यून नहीं किया जा सकता है, और साथ ही आज के इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम के विशिष्ट 3-वोल्ट बिजली आपूर्ति वोल्टेज का उपयोग करके निम्न चरण शोर प्रदर्शित करता है। 30 वी तक की बिजली आपूर्ति की आवश्यकता हो सकती है।
इन सभी प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, अधिकांश आपूर्तिकर्ता अपनी लागत और आकार के बावजूद पारंपरिक टीवी और वीसीआर ट्यूनर डिज़ाइन को बनाए रखना चुनते हैं। लेकिन बाजार का दबाव बदलाव को मजबूर करने लगा है। तत्वों में से एक संघीय संचार आयोग का प्राधिकरण है, अर्थात, संयुक्त राज्य में बेचे जाने वाले सभी टीवी ने डिजिटल टीवी प्रसारण प्राप्त करने में सक्षम ट्यूनर का उपयोग करना शुरू कर दिया है। यह कार्य आपूर्तिकर्ताओं को अपने उत्पादों की मूल संरचना को बदलने के लिए मजबूर करता है, जिससे ट्यूनर डिजाइन में नवाचार के अवसर पैदा होते हैं।
पोर्टेबल मनोरंजन बाजार की मांग में वृद्धि ने ट्यूनर डिजाइन में बदलाव को भी बढ़ावा दिया है। पोर्टेबल का मतलब बैटरी से चलने वाला या हाथ में पकड़ने वाला उपकरण है और एलओ कार्यान्वयन में उच्च वोल्टेज के उपयोग को प्रतिबंधित करता है। इसके अलावा, पोर्टेबल उपकरणों को विशिष्ट ट्यूनर की तुलना में बहुत छोटे कार्यान्वयन की आवश्यकता होती है। बढ़ते फ्लैट पैनल डिस्प्ले/टीवी बाजार में छोटे आकार का भी महत्व है। एक फ्लैट पैनल डिजाइन में, ट्यूनर का आकार उत्पाद के पतले होने के लिए सीमित कारक हो सकता है।
ट्यूनर आवश्यकताओं को प्रभावित करने वाली एक अन्य प्रवृत्ति यह है कि उपभोक्ता एक ही समय में कई चैनल प्राप्त करना चाहते हैं। इसका मतलब है कि एक से अधिक ट्यूनर की आवश्यकता होती है, जो अधिक स्थान लेता है, जो सिस्टम के आकार को प्रभावित करता है और अंतिम उत्पाद के लिए ट्यूनर की लागत को बढ़ाता है। आकार और अन्य प्रवृत्तियों को कम करने के लिए बाजार के दबाव ने सिलिकॉन ट्यूनर डिजाइनों के उपयोग को बढ़ावा दिया है।
3) मैनुअल ट्यूनिंग को हटा दें
सिलिकॉन ट्यूनर डिजाइन के लिए कई लक्ष्य हैं। मुख्य लक्ष्यों में से एक ट्रैकिंग फ़िल्टर में बाहरी घटकों को मैन्युअल रूप से समायोजित करने की आवश्यकता को समाप्त करना है। सिलिकॉन में दो प्रभाव होते हैं। एक यह है कि अधिकांश बाहरी घटकों को समाप्त करने से अपवर्जित आवृत्ति बैंड से अवांछित आरएफ ऊर्जा को अवशोषित और नष्ट करने की उनकी क्षमता भी समाप्त हो जाती है। ट्रांजिस्टर को नुकसान पहुंचाए बिना अवांछित ऊर्जा का प्रबंधन करने के लिए सिलिकॉन ट्यूनर को एलएनए और मिक्सर में अभिनव सर्किट डिजाइन का उपयोग करना चाहिए।
दूसरा प्रभाव एक नए आरएफ आर्किटेक्चर की आवश्यकता है। प्रारंभिक सिलिकॉन ट्यूनर डिज़ाइन ने एक डबल रूपांतरण विधि अपनाने की कोशिश की, जो बाहरी घटकों को मैन्युअल रूप से ट्यून किए बिना चयनात्मकता प्रदान करती है। पहला रूपांतरण इनपुट सिग्नल की आवृत्ति को ऊपर की ओर ले जाता है। RF SAW फ़िल्टर दूसरी बार IF में कनवर्ट करने से पहले बैंडविड्थ को कम कर देता है। फ़िल्टर डिवाइस इस डिज़ाइन की मुख्य लागत का प्रतिनिधित्व करता है।
हाल ही में, सेमीकंडक्टर प्रक्रिया निर्माण में परिवर्तन को दूर करने के लिए स्व-अंशांकन तकनीक का उपयोग किया जा रहा है। कुछ LO के लिए उच्च-वोल्टेज बिजली आपूर्ति की आवश्यकता और RF SAW उपकरणों की आवश्यकता को भी समाप्त कर देते हैं। इसके बजाय, वे केवल IF चरण में SAW फ़िल्टर का उपयोग करते हैं, जिनकी आवृत्ति बहुत कम होती है और RF SAW फ़िल्टर की तुलना में कम लागत वाले उपकरण होते हैं।
सिलिकॉन में इन डिजाइनों को लागू करने के लिए उन्नत अर्धचालक प्रक्रिया प्रौद्योगिकी की आवश्यकता होती है। चिप आपूर्तिकर्ता आमतौर पर केवल अपने डिजिटल वीएलएसआई कार्यान्वयन की प्रक्रिया की विशेषता रखते हैं। एक सिलिकॉन ट्यूनर को लागू करने के लिए, प्रक्रिया को आरएफ प्रदर्शन के आधार पर चित्रित किया जाना चाहिए। इसके अलावा, प्रक्रिया में सही मान का प्रारंभ करनेवाला बनाने का एक तरीका होना चाहिए और निम्न चरण शोर LO कार्यान्वयन या RF फ़िल्टर डिज़ाइन के लिए पर्याप्त रूप से उच्च Q होना चाहिए। अब ऐसी प्रक्रिया का उपयोग किया जा सकता है।
सेमीकंडक्टर प्रक्रियाओं के अलावा, सिलिकॉन ट्यूनर को सावधानीपूर्वक चिप डिजाइन की आवश्यकता होती है। आरएफ में विकिरणित और संचालित हस्तक्षेप के कई अवसर हैं। सिंगल-चिप सिलिकॉन ट्यूनर डिज़ाइन में, ऑन-चिप सिग्नल लाइनों की निकटता और सर्किट सबस्ट्रेट्स का साझाकरण इसे बढ़ा देता है। इस हस्तक्षेप को नियंत्रित करने के लिए एक लेआउट की आवश्यकता होती है जो महत्वपूर्ण सर्किट को अलग करता है और इसमें परिरक्षण पैटर्न शामिल होता है। डिजाइन को ऑन-चिप पावर और ग्राउंड डिस्ट्रीब्यूशन नेटवर्क के सावधानीपूर्वक निर्माण और प्रबंधन की भी आवश्यकता होती है। इसके अलावा, डिजाइन में हस्तक्षेप संकेत पथ को तोड़ने के लिए ऑन-चिप और ऑफ-चिप फ़िल्टरिंग घटकों को शामिल करना चाहिए।
इन सभी समस्याओं का समाधान हो गया है, और सिलिकॉन ट्यूनर उपकरणों के आगमन के साथ, उत्पाद डिजाइनरों ने पुराने ट्यूनर-इन-ए-कैन से छुटकारा पाने के तरीके बनाने शुरू कर दिए हैं। इस पद्धति को अपनाने वाले पहले उपग्रह और केबल रिसीवर थे। वे प्रत्येक चैनल में लगभग समान शक्ति वाले संकेतों को संसाधित करते हैं। यह चैनल एकरूपता ट्यूनर डिज़ाइन को थोड़ा सरल करता है, जिससे शुरुआती सिलिकॉन ट्यूनर उपकरण आवश्यकताओं को पूरा करने में सक्षम होते हैं।
हालांकि, स्थलीय प्रसारण रिसेप्शन को एक ट्यूनर का उपयोग करना चाहिए जो चैनल पावर स्तरों की एक विस्तृत श्रृंखला पर चयनात्मकता प्रदान कर सके। रुचि के कमजोर चैनलों के साथ आसन्न चैनलों में मजबूत संकेतों के संयोजन की संभावना ट्यूनर डिजाइन की चयनात्मकता पर सख्त प्रतिबंध लगाती है। कुछ समय पहले तक, अभिनव आरएफ आर्किटेक्चर और बेहतर आरएफ सेमीकंडक्टर प्रसंस्करण ने सिलिकॉन ट्यूनर को कम लागत पर आवश्यक प्रदर्शन प्राप्त करने की अनुमति दी थी।
मैनुअल समायोजन की आवश्यकता को समाप्त करके, ये सिलिकॉन ट्यूनर विनिर्माण पैदावार बढ़ा सकते हैं और पुराने डिजाइनों की तुलना में अधिक विश्वसनीय प्रदर्शन प्रदान कर सकते हैं। वे उच्च-वोल्टेज बिजली आपूर्ति की आवश्यकता को समाप्त करके और कॉम्पैक्ट कार्यान्वयन की अनुमति देकर पोर्टेबल उपकरणों की जरूरतों को पूरा करते हैं। इन विशेषताओं पर बाजार के प्रभाव को देखते हुए, सिलिकॉन ट्यूनर से टीवी रिसीवर डिजाइन को इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग के अन्य भागों के साथ संरेखित करने की उम्मीद की जाती है।
रवि शेनॉय ([ईमेल संरक्षित]) एलएसआई लॉजिक (मिलपिटास, कैलिफोर्निया) का एनालॉग निदेशक और आरएफ प्रौद्योगिकी है।
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