矽晶電視調諧器IC正在迅速取代傳統的混頻器振盪器鎖相迴路式(MOPLL)鐵殼(CAN)調諧器技術，以降低成本縮小尺寸並提高效能。矽晶調諧器IC於2007年以前就已開始受到採用，並隨著2010年平面電視和機上盒(STB)銷售量大增而大量應用。
矽晶電視調諧器能否被廣泛採用，關鍵在於設計的效能水準能否媲美MOPLL，而一旦半導體供應商達到這個效能標準要求，矽晶電視調諧器IC加速出貨的障礙就徹底消失。目前，一些供應商已可提供全面的矽晶電視調諧器IC產品。
如何對電視調諧器IC進行選擇將是一個複雜的過程，因為圍繞它的問題很多，若把這些技術問題歸類總結，將有效簡化電視調諧器選擇過程。
電視市場面臨汰舊換新
電視市場的需求量已經發展到驚人的每年二億三千萬台，並且遍及廣大地區。龐大的電視市場可將電視調諧器IC相關部分區分為整合式數位電視(iDTV)(約一億六千萬台)和類比電視(大約七千萬台)，它們由平面電視和基於類比處理的陰極射線管(CRT)電視組成。
基於類比處理的CRT電視採用老式影像處理技術。與之相反，平面電視採用由博通(Broadcom)、聯發科、晨星、聯詠和凌陽等公司提供的基於先進數位訊號處理(DSP)影像處理器系統單晶片(SoC)，一些主流電視品牌廠商也有其半導體團隊來建構私有SoC。
基於類比處理的CRT電視使用處理能力較低的微控制器，不易實現矽晶調諧器IC的編程和配置，而且通常採用老式的MOPLL CAN調諧器實現，需要一百五十多個元件(圖1)。
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| 圖1 需要一百五十多個元件的MOPLL CAN調諧器 |
平面電視採用先進的高效能處理器，能夠運行大量韌體，因此更適合配置先進的數位元件，如矽晶電視調諧器IC。
為滿足消費者的需求，許多電視支援類比和數位兩種傳輸標準。類比傳輸標準如NTSC和PAL/SECAM，在這裡，「類比」一詞是指傳輸調變格式，而不是具體地用於解碼的處理技術。許多國家正分段進行類比轉換計畫，更高品質的數位廣播將取代地面類比廣播。
然而，即使理論上已全面轉向數位的國家，類比傳輸依舊活躍，而消費者仍然有採用類比傳輸的需求。日本也許是一個例外，其實現真正的全數位化轉換，但在其他地區幾乎每台出售的電視都被迫保留類比接收能力以處理低功耗的類比廣播、漸進式升級有線網路和傳統消費性電子產品。除了日本，主流電視品牌廠商對於類比傳輸調諧器的需求將至少保持5年甚至10年以上。
大多數電視平台接收來自地面和有線廣播的內容。實際上，只要系統業者(MSO)繼續在有線網路上傳輸類比內容，這些平台都必須支援類比傳輸。有線和地面機上盒市場每年新增一億七千五百萬套系統需求。
IMS Research近期關於矽晶調諧器IC的預測研究(圖2)顯示，電視調諧器在電視、機上盒、纜線數據機、衛星電視接收機及其他區分市場的需求成長。這些圖表說明各種應用可望產生大約七億顆調諧器IC的市場機會。從資料中也可以看出矽晶調諧器IC迅速普及，當聚焦電視和有線機上盒市場時，矽晶調諧器IC的成長速度更為明顯。
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資料來源：IMS Research
圖2 2007～2014年矽晶與MOPLL調諧器出貨量分析 |
矽晶電視調諧器IC具成本效益
快速成長的台灣等大中華區市場正在引領率先採用新型矽晶電視調諧器IC的機會。過去3年中，大中華區電視製造商的電視生產量成長迅速，並且採用具有成本效益的矽晶電視調諧器IC生產出具備價格競爭力的高畫質電視產品。
據DisplaySearch分析，2011年中國大陸已成為世界上最大的液晶電視市場。
DisplaySearch還預測，中國大陸平面電視(包括液晶和電漿電視)的出貨量將從2009年的三千一百萬台成長到2014年的五千九百萬台，成長近一倍，複合年成長率高達14%。
一線電視品牌廠商正在加速採用矽晶調諧器，以節省成本提高可靠性，減少元件庫存並支援更薄的電視外形。這些優勢同樣也為剛開始採用矽晶電視調諧器的二、三線電視品牌廠商帶來重要機會，因為目前的矽晶調諧器IC必須支援全球地面和有線廣播標準，規模較小的電視品牌廠商可從一線品牌廠商已完成的成果中受益。
擴展與電視有關的節目來源已不再僅僅局限於天線和有線電纜，同時以應用程式(Application)的重要形式擴展到大螢幕的電視。電視的新型通訊介面，例如無線區域網路(Wi-Fi)、乙太網路和長程演進計畫(LTE)提供了比傳統廣播源更豐富多樣的內容。這些介面對空中廣播(OTA)調諧器來說，是一種特別的技術挑戰，例如須要提供干擾保護的特殊Wi-Fi抑制電路。
矽晶電視調諧器面臨諸多挑戰
調諧器須要處理複雜的任務，例如在一個充滿各種內容的範圍裡完整地接收低功耗傳輸，所以矽晶電視調諧器IC射頻前端的設計面臨極大壓力，而兩種不同地域的不同傳輸標準又增加了額外的挑戰。
主流數位電視和機上盒SoC架構複雜性的增加更清楚地說明單一矽晶電視調諧器IC不能滿足整個市場需要。幸運的是，當前有大量可用的調諧器IC架構，滿足這些多變的平台需要。現在的挑戰是如何為自身的應用選擇合適的元件。
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獲得清晰電視廣播接收的關鍵是靈敏度和選擇性，而這些特性又基於低雜訊指數(NF)、高射頻前端線性度和高品質射頻(RF)前端濾波器。低雜訊指數意味著RF前端僅允許輸入訊號中增加極微小噪音，而高靈敏度意味著有足夠大的視訊訊號與雜訊比(VSNR)，甚至是微弱的輸入訊號也能正確的接收廣播。而電視調諧器總是須要接收到一個混有其他訊號的廣播，這就是為什麼矽晶調諧器IC的選擇性對於清晰接收是必不可少的，亦即阻塞或排除臨近干擾通道內容的能力。為了實現具有成本效益解決方案的高選擇性，矽晶調諧器IC在RF前端需要高線性度和高品質濾波器。如圖3所示，矽晶電視調諧器IC具有高靈敏度和優異的選擇性效能，因而可在真實環境下接收到更多頻道。 |
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| 圖3 Si21x6電視調諧器系列產品呈現優異的VSNR效能(上方的曲線表示Si21x6 VSNR，下方的曲線表示其他產品VSNR) |
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主流電視品牌廠商提供符合官方廣播標準的產品，但也必須解決許多現實中的其他問題，否則將面臨消費者的投訴和昂貴的產品回收成本。意外的廣播環境和異常可能比一般人想像中的更為頻繁，特別是在不同區域標準之間，情況將更為複雜。例如，在歐洲許多類比和數位標準需要能夠透過一台電視跨國界接收。為了克服這些非標準的接收環境，電視調諧器和解調器必須先進行檢測，然後對非標準的傳輸進行補償，這些條件須要根據現場環境以及透過特別的現場測試而優化。如果沒有矽晶電視調諧器靈活的控制和配置能力，以上的困難將無法克服。電視製造商對電視調諧器進行嚴格的現場測試，強調既要滿足標準效能也要符合不規則廣播條件下的效能要求。針對成本敏感的區域市場，可能會選擇較低成本的電視調諧器，而面向更廣大出口市場的電視則需要更可靠的全球效能。 |
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選擇更好的電視調諧器架構對於iDTV和機上盒供應商來說已經成為積極的發展策略，目前已有的一些矽晶調諧器IC型號可以滿足iDTV和機上盒平台特殊結構要求。先進的電視和機上盒平台有三個主要的電路功能，包括矽晶電視調諧器(圖4)、解調器和音訊/視訊以及圖像處理SoC。調諧器的輸出訊號驅動解調器的輸入，而解調器的輸出訊號驅動音訊/視訊及圖像處理器SoC的輸入。 |
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| 圖4 先進的矽晶電視調諧器架構範例 |
電視和機上盒平台對類比和數位調諧器有多種需求。例如，簡單的窄頻有線機上盒可能需要單一的數位調諧器；相反地，主流的iDTV可能須要支援類比和數位地面廣播以及有線輸入源，對於大電視品牌，調諧器必須支援所有類比和數位全球傳輸標準。電視調諧器IC現在可支援多種架構配置，例如僅數位、僅多通道數位、類比和數位調諧器、具類比電視解調器的類比和數位調諧器，以及整合調諧器與解調器的多種接收器配置。
大多數現代電視至少支援一個調諧器，能夠同時調諧類比和數位通道，而解調器則須要單獨對應類比和數位通道。為支援不同的數位解調器標準，甚至可以在同一平台上有多個解調器，如DVB-T和DVB-T2。中國大陸新的地面數位電視廣播標準(DTMB)和第二代歐洲更高密度數位地面電視廣播傳輸標準(DVB-T2)比ATSC(北美)和DVB-T(歐洲和許多其他地區數位地面廣播標準)更加複雜。
對於DVB-S2、DVB-C2和DVB-T2標準，數位解調器都是整合在單一IC中。簡單的解調器可以整合在音訊/視訊處理和圖像SoC中，也可以與其他複雜的數位解調器聯合使用。
機上盒支援電纜輸入，並在某些情況下也支援廣播天線輸入。不若電視，許多機上盒平台使用的SoC通常不具類比電視(ATV)解調器，不適合類比廣播接收。在這種情況下，如果機上盒需要這類解調器，類比電視地面廣播解調器可以與SoC搭配使用。
現實情況中，當出現許多異常傳輸時，NTSC、PAL和SECAM的類比電視解調器會表現得很差。其實，類比解調器的效能水準高度依賴於之前設計所取得的經驗，現在這方面的經驗被集中在運作矽晶電視調諧器IC和解調器的專門控制韌體中。
考量到調諧器、解調器和圖像處理SoC間相互作用和影響，電視製造商必須進行特別的現場測試去驗證特殊的調諧器、解調器和SoC組合。這就意味著，即使SoC整合了自己的類比電視解調器，具有高效能類比電視解調器的調諧器也是首選。
關鍵問題在於設計人員須要了解哪種解調器已經在相關的電視或機上盒目標市場進行充分的現場測試和使用。如果尚未完成特定的調諧器/解調器組合現場測試，則可能必須使用測試較為徹底的調諧器/解調器組合來滿足開發時間和成本目標。
有線機上盒應用面臨調諧器選擇的特殊挑戰，在多數情況下，機上盒SoC支援解調器。通常認為，電纜傳輸環境比地面廣播環境變化小，訊號強度和其他因素可以在有線網路中得到合理控制。基於以上因素，調諧器效能指標對於機上盒應用而言是相對寬鬆，然而，控制電纜穩定依賴於特定的電纜供應商或系統業者(MSO)。
在某些情況下，系統業者有「通道傾斜」(透過通道的頻譜有不同訊號強度)、外部訊號侵入(極有可能來自當地地面廣播電台與電纜傳輸干擾)和混合傳輸模式網路(轉發一組來自不同源和不同傳輸特性通道的資料)等問題。在這些情況下，較低效能的矽晶電視調諧器IC就無法勝任，為了接收完整的頻道，須採用專為地面電視廣播而設計的更高效能電視調諧器。
電視調諧器架構首重靈活性
作為一個實際問題，什麼類型的電視調諧器可供選用？最新一代的矽晶電視調諧器IC可以提供解答。新型的電視調諧器系列產品提供靈活的架構，易於匹配主流電視和機上盒SoC元件使用，例如Si21x6電視調諧器系列產品包括具類比解調器的高效能Si2176矽晶電視調諧器IC，以及Si2136完全類比接收器。Si2146數位電視調諧器IC是有線機上盒和多調諧器高畫質電視(HDTV)的理想選擇。高效能Si2156電視調諧器IC提供主流配置(僅數位和類比調諧器)，特性與具有成本效益的Si2155調諧器類似。而Si2155/56元件易於配合主流電視和機上盒的SoC使用。這些元件也同樣適用iDTV、有線電視平台和機上盒。目前，這些電視調諧器IC產品已經被世界排名前七名電視品牌中的五家廠商大量採用。
在高成長區域如台灣等大中華區市場，根據本區域和出口平台需要，對電視和機上盒平台技術需求有很大差異性。在現今高速發展的電視市場，電視調諧器架構的靈活性對於降低成本和簡化設計尤其重要。
(本文作者為芯科實驗室廣播視訊產品資深行銷經理)