圖3給出了二次變頻電纜調(diào)諧器的具體框圖，這種調(diào)諧器一般用于家用網(wǎng)關的下行通路中。采用二次變頻結構可以不用跟蹤濾波器來提供必要的射頻前端鏡像抑制。大多數(shù)采用二次變頻結構的設計在高頻端比較相似，都是先讓電纜信號通過一個RF低噪聲放大器(LNA)。

　　LNA的主要功能是將輸入信號放大到期望的電平，而同時不影響載噪比。在電纜調(diào)諧器應用中，LNA不但必須具有低噪聲的特點，還應有很高的線性度和很寬的工作頻帶。具體來說，它必須能夠處理在47MHz到870MHz范圍內(nèi)，多達135個強度為15dBmV的有擾RF信道。

　　在LNA之后，緊跟著是第一中頻(IF)混頻器。它的主要功能是將RF輸入信號變到一個固定的IF頻率上，以便通過隨后的濾波進行信道選擇。第一IF混頻器必須具有很高的線性度才能很好地處理RF LNA放大后的輸出信號。在電纜調(diào)諧器中，線性度定義為復合三次差拍(CTB)和復合二次差拍(CSO)。CTB指所有落在某信道內(nèi)的三次互調(diào)干擾的功率和，而CSO指所有落在該信道內(nèi)的二次互調(diào)干擾的功率和。

　　從第一IF混頻器出來后，信號又被二次混頻器下變頻到最終需要的IF頻率上，其輸出經(jīng)第二IF SAW濾波器濾波，該濾波器的通帶寬度通常只有一個信道寬度。最后，還需要一個帶自動增益控制(AGC)功能的IF放大器來為系統(tǒng)提供一定的增益，并保證送入基帶處理器的信號處于正確的電平。

　　IC調(diào)諧器解決方案

　　傳統(tǒng)的調(diào)諧器由300多個分離元件合并入一個金屬封裝內(nèi)組成，也相當于一個射頻模塊，這種調(diào)諧器只能內(nèi)部開發(fā)或由OEM商提供。但不論是哪種情況，這種采用大量分離元件得到的設計都不可避免地具有一些缺點。

　　因此，很多IC生產(chǎn)廠商投入精力解決將調(diào)諧器集成到IC上的問題。他們生產(chǎn)的調(diào)諧器將元件數(shù)量降低到包括調(diào)諧器IC在內(nèi)不超過50個，而過去在300個以上。圖3中的虛線部分為一般調(diào)諧器中所存在的元件，不同的廠商按不同的組合方式對這些元件進行集成。

　　集成調(diào)諧器除了能夠解決上面談到的元件數(shù)量引起的諸多問題以外，還有一些其它優(yōu)點：它為接收機中的主要部分提供了一種固定的設計方案，縮短了設計周期，并且這種方案已經(jīng)通過了測試；此外，只要IC調(diào)諧器有足夠的集成度，就不再需要對元件進行人工調(diào)試，這樣減少了校準和測試所需的時間。

　　另外，采用集成調(diào)諧器還能降低原材料成本，進而降低生產(chǎn)成本。由于RF LNA 和IF AMP/AGC成本較高，將這部分集成到IC調(diào)諧器中將進一步降低成本。此外，采用集成調(diào)諧器，生產(chǎn)商還有望降低庫存成本。

　　如今，RF模塊生產(chǎn)商和家用網(wǎng)關生產(chǎn)商都開始使用集成調(diào)諧器。采用集成IC調(diào)諧器可以進一步降低成本，并提高產(chǎn)品性能。

　　增強型IC調(diào)諧器

　　引入IC調(diào)諧器為家用室外網(wǎng)關的設計帶來一些潛在的優(yōu)勢。IC調(diào)諧器在電纜調(diào)制解調(diào)器和機頂盒之類的室內(nèi)應用的一些設計困難，在家用室外網(wǎng)關中同樣存在，同時，由于提供電纜電話功能以及各種環(huán)境因素，IC調(diào)諧器在家用室外網(wǎng)關應用中將面臨更多的設計挑戰(zhàn)。

　　通常，要找到在特定溫度條件下能正常工作的元件并不困難，但真正困難的是如何設計出能在很大的溫度范圍內(nèi)都能保持優(yōu)良性能并且性能穩(wěn)定的產(chǎn)品。

　　供電問題

　　如果在已有的用戶基礎上提供電視、因特網(wǎng)和電話等業(yè)務，那么電纜運營商每年創(chuàng)造的收入將更為可觀。電話業(yè)務是一項重要的業(yè)務，但MSO要想提供電話業(yè)務會遇到供電的問題。因為要提供電話業(yè)務，家用網(wǎng)關必須能讓用戶在停電時也能打電話和接電話。

　　要達到這個目標必須由一塊本地電池供電，或者通過電纜供電(即遠程供電)，而一般傾向于使用電纜遠程供電。對于運營商而言，采用低功耗設備很重要，因為這樣可以降低其遠程供電或本地電池供電的成本。在不增加供電基礎設施的投資條件下，采用這些節(jié)能設備使運營商還能為更多的用戶提供服務。

　　此外，采用低功耗元件還簡化散熱設計問題。否則，如果某個單元的功耗太大，網(wǎng)關就可能無法及時將內(nèi)部產(chǎn)生的熱能散掉，使環(huán)境溫度增加，降低網(wǎng)絡接口設備(NIU)的性能，并可能產(chǎn)生潛在的可靠性問題。

　　在整個家用網(wǎng)關的功耗中，調(diào)諧器的功耗占了很大一部分，因此降低調(diào)諧器的功耗十分關鍵。IC調(diào)諧器功耗在1W到3W之間，CMOS工藝的IC調(diào)諧器通常工作在這個范圍的高端，而采用SiGe工藝則可以工作在更高的頻率下，而功耗更低。隨著移動電話和無線通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，將進一步推動芯片的低功率趨勢，生產(chǎn)商必須順應這種趨勢開發(fā)出低功率的調(diào)諧器。

　　調(diào)諧器集成的另一個好處是使關機模式更易實現(xiàn)，這進一步降低了功耗。這一功能被整合到了芯片的數(shù)字邏輯部分，數(shù)字邏輯通過串行接口控制基帶處理器。而基帶處理器通常能控制芯片中所有的子功能模塊，于是整個系統(tǒng)的功耗和性能都可以得到優(yōu)化。這種關機功能更常用于專用方案中，因為DOCSIS標準的協(xié)議中并沒有充分支持關機功能。

　　在決定了使用集成IC調(diào)諧器之后，應采用哪種工藝技術來生產(chǎn)芯片呢？市場上已有的IC調(diào)諧器中，只有很少的一部分能在惡劣的室外環(huán)境中工作，這在很大程度上是由所選的IC制造工藝和調(diào)諧器模塊內(nèi)元件的集成度決定。在這些已有的IC調(diào)諧器中，那些采用CMOS工藝的芯片只能在0℃到70℃的溫度下工作，因而只能用于室內(nèi)環(huán)境。

　　這種工作溫度的限制使IC調(diào)諧器的制造面臨挑戰(zhàn)，即如何能不用BiCMOS技術而達到設計極限，拓寬設備可工作的溫度范圍?；贐iCMOS的純硅IC具有比BiCMOS IC更好的設計富余度，但通常比SiGe BiCMOS這樣*********的技術落后一到兩代。

　　另外，基于SiGe的異質(zhì)結(heterojunction)技術將提高產(chǎn)品的一些重要性能，如線性度、溫度穩(wěn)定性和增益帶寬。還有一些工藝，如硅絕緣體技術(SoI)和GaAs也能在所要求的溫度范圍下工作，但采用這些技術的IC通常在該范圍的高端性能不佳。

　　芯片制造中工藝也決定了芯片內(nèi)部的集成度水平。像GaAs這類工藝技術很難集成IF放大器/AGC和必要的數(shù)字控制電路。因而大部分IC調(diào)諧器生產(chǎn)商在其制造的芯片中要么沒有集成RF LNA，要么沒有集成IF放大器，這些元件必須單獨安裝，增加了成本和整個設備的板面空間。

　　噪聲特性和增益

　　在調(diào)諧器的性能中，噪聲特性非常關鍵，因為如果噪聲特性不好或處于可以使用的臨界噪聲特性上，那么信噪比(SNR)會受到嚴重影響，從而嚴重影響整個家用網(wǎng)關的誤碼率(BER)，而誤碼率若過高將降低NIU的數(shù)據(jù)吞吐量。但由于誤碼率性能具有指數(shù)特性，所以即使噪聲特性只有很小的改善，整個網(wǎng)關的數(shù)據(jù)吞吐量都會有很大提高。

　　在惡劣的環(huán)境下，調(diào)諧器的噪聲性能尤其重要，因為噪聲特性與絕對溫度有直接的關系。如果一個調(diào)諧器的噪聲特性較差，那么在其可工作溫度范圍的高端性能將會明顯降低。硅異質(zhì)結技術(如SiGe)可以在不損害增益帶寬的前提下降低晶體管的基極阻抗，而基極阻抗正是晶體管噪聲的一個主要來源。因而將SiGe BiCMOS工藝制造的元件用于IC調(diào)諧器中，可以改善其噪聲特性。

　　DOCSIS標準規(guī)定在電纜系統(tǒng)中采用正交幅度調(diào)制(QAM)，以不同的載波相位對信息進行編碼。因此，調(diào)諧器的噪聲性能在很大程度上決定了所使用的調(diào)制方案的******密度和復雜度，從而決定了整個NIU所能支持的******數(shù)據(jù)率。對用戶來說，支持256QAM調(diào)制方案的家用網(wǎng)關能達到36Mbps的數(shù)據(jù)率，而64QAM調(diào)制方案只能達到27Mbps的數(shù)據(jù)率。這種數(shù)據(jù)率的差別是用戶很關注的指標。

　　因此，用作網(wǎng)關濾波器的SAW濾波器必須具有很小的帶內(nèi)紋波、很低的增益抖動以及很小的群延時變化，這樣，調(diào)諧器才能采用256QAM這類頻譜效率很高的調(diào)制方案。否則，帶內(nèi)紋波、增益抖動或群延時變化等都會導致誤碼。當設備工作的環(huán)境溫度范圍達到－40℃到＋85℃時，增益抖動和群延時變化就會變得更難控制。這時，選用溫度系數(shù)較低的SAW可以減小這種由溫度引起的性能變化。

　　在調(diào)諧器中，增益隨溫度的變化主要由三個原因造成：集成有源電路的增益變化；外部SAW濾波器的增益變化；由溫度變化造成的集成有源電路和外部SAW濾波器間的匹配情況改變，從而引發(fā)的增益變化。

　　對于第一種情況，由有效電路引起的增益變化，可以通過溫度補償技術來改善。而由于溫度補償IC上元件間的參數(shù)匹配更好，因實現(xiàn)溫度補償比過去的分離元件更容易實現(xiàn)。

　　對于第二種情況，由SAW濾波器引起的增益抖動，可以通過采用溫度系數(shù)較低的SAW濾波器基底來改善。

　　對于最后一種情況，可以通過設計，使有效電路的阻抗與SAW濾波器阻抗隨溫度成比例變化，從而使抖動情況得到改善，但這種抖動不能徹底消除。

　　總之，加強型IC調(diào)諧器在家用室外網(wǎng)關市場上的出現(xiàn)，為設備生產(chǎn)商帶來更多利益，不僅降低了功耗、縮短設計周期、減小開發(fā)風險，而且提高了運行性能并可以簡化供應鏈管理。