Las ventas relacionadas con la TV de banda ancha se encuentran en pleno auge en todo el mundo. Un reciente informe de ABI Research prevé que la facturación en Asia-Pacífico relacionada con el suministro de IPTV y banda ancha mediante fibra aumente un 34 por ciento para pasar de 110.000 millones de dólares a 147.000 millones de dólares entre 2010 y 2016. (http://www.fierceiptv.com/story/research-projects-147b-pay-tv-broadband-market-apac-2016/2011-07-05). La demanda de contenidos de banda ancha también está creciendo en Norteamérica y Europa, e IMS Research espera que Europa Occidental concentre un 30,5% de la facturación mundial de vídeo bajo demanda, en segundo lugar tras la cuota de Norteamérica del 33,1%. Además, se espera que el número de aparatos decodificadores (set top boxes, STB) vendidos en todo el mundo aumente desde 205 millones en 2010 a 226 millones en 2015 (ABI Research, Q4 2010: http://www.abiresearch.com/research/1003752-Global+Set-Top+Box+Markets). Los dispositivos para TV de banda ancha y los STB en todo el mundo están ganando complejidad con la incorporación de entradas dobles de 75 W y múltiples sintonizadores para ofrecer soporte a grabadores de vídeo digital (DVR), descarga de datos, contenidos de Internet en modo OTT (over-the-top) y aplicaciones de pasarela residencial. Para una gran parte del mercado mundial, especialmente en Europa Occidental, Brasil, Taiwán, India y China, muchas TV deben ofrecer soporte a señales analógicas, digitales y por vía aérea (over-the-air, OTA). Estos tipos de sistemas presentan unos requisitos muy exigentes para el aislamiento y la linealidad con el fin de asegurar que las señales no interfieran entre sí o que se produzcan fugas a través de la antena.

En estas TV de doble entrada (analógica y digital), un factor crítico es disponer de un componente de conmutación que funcione para todo el gran ancho de banda y que aporte unos excelentes valores de linealidad y aislamiento (tanto cuando está conectado a la alimentación como cuando no lo está) con el fin de minimizar el impacto de las señales cuando se dirigen hacia el/los sintonizador/es. En el pasado, para lograr el máximo nivel de aislamiento y de linealidad se recurría a relés mecánicos o a múltiples conmutadores de estado sólido. Los ingenieros de Peregrine Semiconductor (San Diego, California), han aplicado recientemente la tecnología UltraCMOS™ patentada por la propia compañía para desarrollar el conmutador de RF de estado sólido PE42750 de 75 W con polo único y doble fila (SPDT) (figura 1), que ofrece las prestaciones en banda ancha de un relé mecánico en un dispositivo de estado sólido. El nuevo dispositivo también aprovecha la tecnología HaRP patentada por la compañía para ofrecer un funcionamiento de bajo consumo (corriente de alimentación típica de 8uA desde +3Vcc a 25 ºC).

Entre las ventajas de este tipo de interruptor de estado sólido para diseños de TV doble se encuentran su coste ajustado, mayor fiabilidad, huellas más reducidas y facilidad de realización de los diseños. El conmutador PE42750 funciona entre 5 y 2200MHz y se dirige a aplicaciones de banda ancha como CATV, TV digital (DTV), grabadores de vídeo digital (DVR) multisintonizador, STB, PCTV y consolas de juegos. Y a diferencia de los conmutadores de RF de estado sólido basados en GaAs que se dirigen a este mercado, el UltraCMOS PE42750 asegura un excelente aislamiento incluso cuando el sistema no está alimentado.

UltraCMOS es una tecnología patentada de silicio sobre zafiro (silicon-on-sapphire, SOS) que de forma inherente resulta apropiado para ofrecer altos niveles de linealidad y aislamiento. Dado que el zafiro es un sustrato totalmente dieléctrico que aísla cada transistor, elimina la capacidad parásita del drenador y ofrece un mejor aislamiento entre los elementos del circuito. Además, debido a que no existen capacidades variables de tensión o diodos parásitos en las uniones, SOS permite lograr una buena linealidad y un elevado aislamiento.

Linealidad
La linealidad indica cómo mantiene el dispositivo la integridad de la señal o cuánta distorsión se añade a la señal. Para cumplir las especificaciones de prestaciones en una cadena de señal de RF y garantizar una imagen no distorsionada hace falta una alta linealidad para todos los componentes en la ruta de señal del sintonizador, incluyendo los conmutadores. La linealidad es especialmente importante en aplicaciones con un espectro atestado, como CATV, porque una no linealidad a cualquier frecuencia generará armónicos. En un espectro densamente poblado, cualquier armónico se producirá por encima de otro canal, lo cual cancelará la señal y degradará o eliminará por completo la imagen. En un conmutador SPDT, la linealidad se puede medir en el punto de intercepción de segundo orden a la entrada (IIP2). El conmutador SPDT PE42750, por ejemplo, ofrece +100dBm de IIP2, que es 10dB mejor que un dispositivo comparable, el conmutador pHEMT de GaAs SPDT MASW-00801 de M/A COM (fuente: hoja de datos de M/A COM http://www.macomtech.com/datasheets/MASW-008801.pdf).

Aislamiento
La otra especificación destacable en un conmutador SPFT para CATV es el aislamiento. Los televisores actuales tienen múltiples sintonizadores y entradas de señal, por lo que hace falta un elevado aislamiento de entrada y salida para evitar la degradación de la señal y una baja calidad de señal. Con la reducción de tamaño de los televisores y su mayor complejidad, las placas de circuito impreso se hacen más densas y resulta más difícil mantener el aislamiento. Todo esto conlleva la necesidad de conmutadores con un aislamiento más elevado que mantenga un alto aislamiento incluso cuando la alimentación está desconectada. En EE.UU., este problema hizo que la FCC desarrollara un requisito de máscara espectral (parte 15.115) para aislamiento y el PE42750 está diseñado para cumplir todos estos requisitos de aislamiento, al ofrecer 80dB de aislamiento entre 54-216MHz; 60dB de aislamiento entre 216 y 550MHz, y 55dB de aislamiento entre 550-806MHz. El PE42750 está diseñado para evitar las fugas de CATV por la antena, incluso cuando se desconecta la alimentación, ya que todos los puertos en el conmutador están terminados cuando no se alimentan (ver figura 2). Los conmutadores SPDT de otros fabricantes no garantizan que se mantenga el aislamiento cuando el sistema no está alimentado. Si se expresa como aislamiento de RFC a RFX (que evita la interferencia entre canales), el PE42750 muestra un aislamiento mejor que ~10dB respecto al dispositivo de GaAs comparable, el cual ofrece <1000MHz. En cuanto a transitorios de tensión o rizado de tensión (ruido añadido cuando la conmutación de RF atraviesa los dos puertos de salida) el PE42750 suministra 2mVpp mientras que en el dispositivo comparable de GaAs es de 70mVpp.

Ecológico
Además de las mayores prestaciones del mercado, el conmutador de RF PE42750 ofrece uno de los consumes más bajos, con un valor típico de 8µA, desde una fuente de 3Vcc. Dado que los diseñadores de electrónica de consumo tratan de acabar con la tradicional “hambre energética” de la televisión, se trata de una ventaja destacable. A ello hay que añadir que, debido a que se ha fabricado mediante el proceso UltraCMOS en lugar de GaAs, el conmutador SPDT PE42750 presente ventajas inherentes en relación con la ESD, lo cual mejora su robustez durante la fabricación y su uso por el consumidor. Por ejemplo, el PE42750 incorpora una protección de Vs ESD de 2kV HMB y 1kV CDM en todos los puertos, mientras que un dispositivo comparable de GaAs como el MASW-00801 de M/A COM especifica una ESD de <500V HBM.

Los diseñadores de sistemas de TV por cable (CATV), TV digital y por PC (DTV/PCTV), grabadores de vídeo digital multisintonizador (DVR), aparatos decodificadores (STB) y consolas de juegos que seleccionen dispositivos para la cadena de señal de RF podrán obtener enormes ventajas de las prestaciones y la fiabilidad que ofrecen los conmutadores UltraCMOS.

Autor:

Peregrine Semiconductor

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