テレビ受信機のハイブリッド化：デジタル/アナログ、地上波/ケーブルへの対応策を探る（2/2 ページ）

[Brian D Mathews（米Xceive社），EDN]

デジタルテレビの台頭

　デジタルテレビのアーキテクチャには、地上デジタル放送の信号に対応する受信機が含まれている。デジタルテレビの標準化団体は、ATSC（Advanced Television Systems Committee） A/74など、新しいデジタルテレビ信号を正しく受信するために受信機が満たすべき規格を定めた。一般的には、地上デジタル放送に対応したテレビ受信機は、アナログ受信機と比較してNF（noise figure：雑音指数）、全体的な利得、選択性、直線性、AGCの範囲/応答性が優れている。デジタル受信機のモジュールには、これらの仕様が記載されている。

　デジタル/アナログのハイブリッドテレビは、当初、アナログ信号の受信用とデジタル信号の受信用の2つの受信機モジュールを内蔵していた。この方法だと、コスト、サイズ、消費電力が大きくなってしまう。その一方で、デジタルまたはアナログの受信機に、フィルタや増幅器を追加して特性を改善できるという利点もあった。ほとんどのデジタルテレビは、「アナログ」、「デジタル」、「エア」、「ケーブル」とラベル付けされたF型RFコネクタを備えていた。

　フラットパネルテレビ（薄型テレビ）の進歩に応じて、テレビ機器の開発者は、常にプリント配線板のサイズを縮小し続けなければならない。アナログ/デジタルに対応するハイブリッド受信機のモジュールは、最近ではデジタルテレビ対応の性能を備えているだけでなく、地上アナログ放送やケーブル放送に対するテレビメーカーの厳しい要件も満たしている。

　新しいテレビ製品は、そうしたモジュールを採用しているが、RFスイッチ、つまりテレビの背面のデュアル入力コネクタをまだ使えるようにしているものもある。あるいは、テレビメーカーが、受信機の特性を向上させるために、受信機モジュールとコネクタとの間に特定用途向けの増幅器やフィルタを追加していることもある。この種の回路には、システムがデジタルモードで動作するときの感度を高めることを目的とし、利得を高めるための低ノイズアンプが含まれていることが多い。

デジタルケーブル放送への対応

　同じケーブルシステムでも、デジタル化されたものでは、通常、ケーブル放送事業者から供給されるセットトップボックスを利用する。一方で、テレビメーカーは、デジタルケーブル放送に対応するクリアQAM（quadrature amplitude modulation）のテレビを開発している。これであれば、ユーザーは、セットトップボックスを用いることなく直接デジタルケーブル放送を試聴できる。

　デジタルケーブル対応のテレビを実現するには、複雑な高次QAM信号を受信するためのRF受信機が必要となる。そのほかに、地上アナログ放送、地上デジタル放送、アナログのケーブル放送の仕様も満たさなければならない。

　デジタルケーブル放送では、信号の受信が最も複雑になる。デジタルケーブル放送の要件を満たすには、デジタル感度、隣接チャンネルの除去、位相ノイズなど、重要かつ新たな仕様に対応しなければならない。デジタルテレビ向けの最新受信機のモジュールは、これらの要件をすべて満たしている。

従来のハイブリッド化アプローチ

　アナログテレビでは、通常、受信機モジュールの部品として復調器が含まれている。こうしたアナログ復調が可能な受信機モジュールは数多く提供されている。しかし、テレビメーカーはRF信号のみを処理する受信機を選択し、アナログ復調器はディスクリート部品で構成して、テレビのメインボード上に搭載した受信機と映像/音声処理ブロックの間に実装することもある。

　ハイブリッド受信機のモジュールもアナログ復調機能を備える。アナログモードでは、出力はCVBS（コンポジット映像）ベースバンド信号とSIF（sound intermediate frequency：音声中間周波数）信号である。デジタルモードでは、別のフィルタとAGCアンプを使用し、狭帯域のデジタルモードIF信号がデジタル復調器への出力となる。このようなハイブリッド受信機のモジュールは、受信機とアナログ復調器の両方を含んでいることから「2イン1」の受信機とも呼ばれる。

　理想的には、1つの回路ブロックで、アナログ/デジタル、地上波/ケーブルのすべてに対応させたい。これを実現するために、従来、メーカーは容積の大きい金属ケースを用いた受信機モジュール（CANチューナ）を提供してきた。現在、多くのテレビに搭載されているこのモジュールは、複数のIC、小型の表面実装受動部品、各種コンデンサ、複数の空芯コイルなど多くの部品で構成されている。こうしたモジュールは、サイズと消費電力が大きく複雑である。このため、その代替品となるモジュールが求められている。

　CANチューナの代替品の1つが、RF信号のみを処理する受信機モジュールを採用し、テレビのメインボード上で受信機モジュールの横にSAW（弾性表面波）フィルタとアナログ復調ICを別に用意する方法である。この方法には、最適な部品を選択できるというメリットがある。その半面、メインボード上のICの数が増加し、微調整やボードの再設計が必要になる可能性がある。

受信機ICによる対応

　理想的には、1個のチップに、2イン1のハイブリッド受信機モジュールのすべての機能が集積されていてほしい。モノリシックの受信機ICは、すでに数年前から提供されているが、モジュールと同等の特性を達成できるようになったのは、つい最近のことである。アナログとデジタル、地上放送とケーブル放送、チューニングと復調に対するテレビメーカーの要求をすべて同時に満たすのは難しい。そのため、モノリシックの受信機ICは、まだ広く使われているわけではない。

　図2に、筆者らが開発したハイブリッド受信機ICの構成を例として示す。この構成により、CANチューナに匹敵する特性と集積密度を実現し、アナログ復調器を含むハイブリッドテレビ受信機のすべての機能を7mm角の表面実装パッケージに格納できる。消費電力は、一般的なCANチューナよりも少なくなる見込みだ。また、ハイブリッドテレビメーカーの厳しい要求仕様を満たすことが可能である。

図2　ハイブリッド受信機ICの構成例