CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1. Ý nghĩa và tính cấp thiết của đề tài Truyền hình tương tự (Analog television) là một trong những kỹ thuật truyền dẫn trong truyền hình được sử dụng phổ biến và rộng rãi hiện nay. Một trong những ưu điểm của truyền hình tương tự là dễ triển khai và chi phí thấp. Bên cạnh đó, truyền hình tương tự cũng có những nhược điểm như: dễ nhiễu sóng trong điều kiện thời tiết xấu, chất lượng hình ảnh và âm thanh trung bình.
Đặt biệt, chuẩn analog chỉ cho phép phát được một chương trình trên mỗi kênh, rất lãng phí tài nguyên tần số. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của chuẩn truyền hình, nhu cầu người xem truyền hình ngày càng cao cả về thời lượng phát sóng, chất lượng chương trình cũng như nội dung phong phú hơn, để đáp ứng nhu cầu trên các nhà nghiên cứu đã bắt tay nghiên cứu và cho ra đời chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T. Truyền hình số mặt đất (Digitial Video Broadcasting – Terrestrial, DVB-T) ra đời vào những năm cuối thập niên 90 trên cơ sở khắc phục những nhược điểm của truyền hình tương tự và được phát sóng lần đầu tiên tại nước Anh năm 1998. Phương thức phát sóng này có nhiều ưu điểm vượt trội so với truyền hình tương tự.
Đầu tiên, là khả năng chống nhiễu tốt, phát hiện và sửa lỗi, âm thanh hình ảnh trung thực và sắc nét, ít bị tác động bởi nhiễu đường truyền, tránh được hiện tượng bóng hình như truyền hình tương tự. Thứ hai, một trong những ưu điểm nổi bật của truyền hình số mặt đất là nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần. Trên thế giới truyền hình số mặt đật được sử dụng thay thế cho truyền hình tương tự do tính ưu việt của nó. Những quốc gia tiên phong được kể đến như Anh, Hà Lan, Phần Lan, Thụy Điển, Mỹ, Nhật… Tại Việt Nam, ngày 27-12-2011, Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số 2451/QĐ-TTg về “Phê duyệt đề án số hóa truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt đất đến năm 2020”.
Đề án số hóa truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt đất đến năm 2020 nhằm mục tiêu chuyển đổi hạ tầng truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt đất từ công nghệ tương tự sang công nghệ số theo hướng hiện đại, hiệu quả, thống nhất về tiêu chuẩn và HVTH: LÊ VĂN XEM 1 MSHV: 12140065 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. HUỲNH PHÚ MINH CƯ ỜNG công nghệ nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ, tăng số lượng kênh chương trình, nâng cao hiệu quả sử dụng tần số, đồng thời giải phóng một phần tài nguyên tần số để phát triển các dịch vụ thông tin di động và vô tuyến băng rộng. Đề án số hóa cũng nhằm mục tiêu từng bước mở rộng vùng phủ sóng truyền hình số mặt đất nhằm phục vụ phát triển kinh tế, văn hóa, xã hội, cung cấp nhiều dịch vụ truyền hình chất lượng cao (DHTV, 3DTV), hình thành và phát triển thị trường truyền dẫn, phát sóng truyền hình số mặt đất nhằm thu hút nguồn lực xã hội, tạo điều kiện để tổ chức và xắp sếp lại hệ thống đài phát thanh, truyền hình trên phạm vi cả nước theo hướng chuyên môn hóa và chuyên nghiệp. Theo đề án, đến năm năm 2020, phải đảm bảo 100% các hộ gia đình có máy thu hình xem được truyền hình số mặt đất.
Để thu được tín hiệu truyền hình số, các ti vi phải được tích hợp bộ thu và giải mã tín hiệu truyền hình số, với những dòng ti vi củ hay chưa được tích hợp có thể trang thêm bộ thu và giải mã tín hiệu truyền hình số rời ở bên ngoài, thường được gọi là Set-top- box. Bộ Set-top-box bao gồm ba thành phần cơ bản như sau.1 Khối thu và giải mã tín hiệu truyền hình số Khối thu cao tần (RF tuner): Có chức năng nhận tín hiệu truyền hình số mặt đất từ hai băng tần UHF và VHF, chọn lọc kênh, khuếch đại và chuyển đổi tín hiệu cao tần nhận được thành tín hiệu trung tần có tần số thấp. HVTH: LÊ VĂN XEM 2 MSHV: 12140065 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. HUỲNH PHÚ MINH CƯ ỜNG Khối giải mã (Demodulator): Thực hiện số hóa tín hiệu trung tần nhận được từ bộ thu cao tần, giải điều chế, giải mã và khôi phục tín hiệu truyền hình ban đầu.
Khối vi xử lý (Controller): Với chức năng là điều khiển, thiết lặp các thông số, chọn kênh và giao tiếp với người sử dụng. Từ thực tế trên, có thể thấy rằng đề án số hóa truyền hình của Chính phủ sẽ được hoàn thiện trong tương lai gần và dẫn đến một nhu cầu trong nước rất lớn về chip thu và giải mã tín hiệu truyền hình số. Vì vậy, việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ thu và giải mã tín hiệu truyền hình số là một trong những bước đi quan trong và hết sức cần thiết hiện nay. Một khi đã hoàn thành và đưa vào ứng dụng hứa hẹn sẽ mang đến cho cuộc sống người dân Việt Nam nhiều tiện ích và giá thành sẽ tương đối phù hợp.
Hiện nay ở Việt Nam sử dung rất nhiều bộ giải mã truyền hình số mặt đất được nhập khẩu từ nước ngoài. Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu nào về chế tạo Chip thu và giải mã tín hiệu truyền hình số mặt đất. LVTN này, thực hiện: “Nghiên cứu và thiết kế mạch khuếch đại nhiễu thấp cho bộ thu cao tần truyền hình số mặt”. Mục đích, phạm vi và phương pháp nghiên cứu đề tài Mục đích nghiên cứu của đề tài: Luận văn này sẽ nghiên cứu và thiết kế mạch khuếch đại nhiễu thấp có độ lợi thay đổi cho bộ thu cao tần truyền hình số mặt đất, bao gồm các khối: mạch khuếch đại nhiễu thấp và mạch thay đổi độ lợi.
Các khối trên sẽ được thiết kế, mô phỏng và layout thành các IP chuẩn bằng công nghệ CMOS 130nm và sẽ được tích hợp thành một khối hoàn chỉnh. Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Trọng tâm của luận văn là khối mạch khuếch đại nhiễu thấp có độ thay đổi, mô phỏng và layout dùng công nghệ CMOS 130nm. Phương pháp thực hiện đề tài: Sử dụng 3 phần mềm chính gồm Cadence, ADS (Advanced Design System) và IE3D để thiết kế sơ đồ nguyên lý, mạch vật lý và chạy mô phỏng các thông số. HVTH: LÊ VĂN XEM 3 MSHV: 12140065 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.
HUỲNH PHÚ MINH CƯ ỜNG 1. Đóng góp của đề tài Kết quả thu được từ đề tài là một thiết kế hoàn chỉnh của khối mạch khuếch đại nhiễu thấp có độ lợi thay đổi tại băng tần VHF và UHF. Thiết kế bao gồm sơ đồ schematic và layout của khối mạch khuếch đại nhiễu thấp có độ lợi thay đổi. Việc thiết kế các khối trên dựa trên các chuẩn của truyền hình số DVB-T2, công nghệ CMOS 130nm và các chuẩn liên quan.
Trong đó, khối mạch khuếch đại nhiễu thấp được thiết kế với ngõ vào và ra vi sai. Với cấu trúc này của khối mạch khuếch đại nhiễu thấp thì mạch sẽ không cần đến balun (thường offchip) để chuyển đổi tín hiệu đơn cực sang tín hiệu vi sai ở ngõ ra, bên cạnh đó cũng tiết kiệm được diện tích chip thiết kế. Mạch khuếch đại nhiễu thấp cung cấp độ lợi ngõ ra lên đến 19dB và hệ số nhiễu của mạch nhỏ hơn 2dB. Bên cạnh đó, khối mạch khuếch đại nhiễu thấp có thể thay đổi độ lợi từ 13dB đến 19dB mà các thông số IIP3, NF, 1dB… của mạch thay đổi không đáng kể.
Bố cục trình bày của luận văn Luận văn có 5 chương, trong đó chương 2 trình bày cơ sở lý thuyết tổng quan về cộng nghệ truyền hình số mặt đất. Chương này cũng trình bày về thuận lợi, khó khăn và thách thưc cũng như qui trình thiết kế RFIC. Chương 3, giới thiệu về cơ sở lý thyết của mạch khuếch đại nhiễu thấp và các thông số liên quan dùng để đánh giá chất lượng hoạt động của mạch khuếch đại nhiễu thấp. Chương 4, giới thiệu về các câu trúc mạch khuếch đại nhiễu thấp băng rộng thường được sử dụng trong thiết kế và các phân tích chi tiết về câu trúc mạch.
Kế tiếp chương sẽ trình bày về khối mạch khuếch đại nhiễu thấp đề xuất. Cuối chương sẽ trình bày về kết quả mô phỏng và layout. Cuối cùng, chương 5 sẽ là phần kết luận của đề tài và những đề xuất cho hướng nghiên cứu trong tương lai. HVTH: LÊ VĂN XEM 4 MSHV: 12140065 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.
HUỲNH PHÚ MINH CƯ ỜNG CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT VÀ RFIC 2. Giới thiệu Mục đích của chương này là nhằm giới thiệu tổng quan về truyền hình số mặt đất, ưu nhược điểm của các chuẩn khác nhau đang tồn tại và các đặc điểm của hệ thống truyền hình số mặt đất chuẩn DVB-T2 cũng như cấu trúc máy phát, máy thu và các thông tin cần thiết cho việc mô phỏng và thiết kế khối mạch khuếch đại nhiễu thấp. Bên cạnh đó, chương cũng đề cập khái quát về công nghệ CMOS, qui trình thiết kế cũng như thuận lợi và khó khăn trong việc thiết kế RFIC. Tổng quan về công nghệ truyền hình số mặt đất Truyền hình số mặt đất được biết đến như là truyền hình kỹ thuật số độ nét cao (HDTV), được chấp nhận và phát triển ngày càng rộng rải.
Truyền hình số mặt đất là sự kế thừa truyền hình tương tự và trở thành một xu thế không thể thay đổi của truyền hình thế giới trong tương lai. Trên thế giới, hầu hết các nhà khai thác truyền hình cáp, vệ tinh và vô tuyến đang chuyển đổi sang nền tảng kỹ thuật số. Châu âu là một trong những khu vực đi đầu trong quá trình chuyển đồi từ truyền hình tương tự sang truyền hình số mặt đất, những nước có thể kể đến như Anh, Pháp, Hà Lan, Hoa Kỳ… Hầu hết các nhà phân tích và chuyên gia nhận định rằng sự chuyển đổi từ truyền hình tương tự sang truyền hình số sẽ tạo ra cuộc cách mạng làm thay đổi lối sống của hàng triệu hộ gia đình trên thế giới. Đối với người tiêu dùng, thời đại kỹ nguyên số, sẽ cải thiện được trải nghiệm xem truyền hình của họ với chất lượng hình ảnh sắt nét, âm thanh chất lượng cao, hàng trăm kênh mới và cải thiện tiếp cận của họ với hàng loạt dịch vụ giải trí thú vị mới.
Truyền HVTH: LÊ VĂN XEM 5 MSHV: 12140065 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. HUỲNH PHÚ MINH CƯ ỜNG hình ngày càng trở nên thích thú và thu hút mạnh mẽ người tiêu dùng, đồng thời nó cũng ngày càng đơn giản và thân thiện hơn. 200 Products (milion) 150 100 50 0 2006 2008 2010 2015 2020 Year Hình 2.
