|
СХЕМЫ---->
СХЕМЫ ТЕЛЕВИЗОРОВ СТАТЬЯ №1-50
Цифровые демодуляторы для входного блока цифроаналогового телевизора.
Микропроцессор TDA10046HT фирмы PHILIPS.
Б. ХОХЛОВ, доктор техн. наук, г. Москва
В статье "Входной блок цифроаналогового телевизора" ("Радио", 2006, № 3—5) был упомянут цифровой демодулятор, входящий в состав блока. В помещаемом здесь материале рассказано о том, какие на сегодняшний день известны цифровые демодуляторы, и кратко описан процессор TDA10046HT фирмы PHILIPS. Микросхемы других фирм будут рассмотрены в последующих статьях.
Цифровой сигнал ПЧ с выхода полосового фильтра ПАВ входного блока через исполнительный узел системы АРУ ПЧ поступает на цифровой демодулятор. В современных телевизорах демодулятор вместе с селектором каналов (тюнером) входит в состав входного блока (Front-end). На выходе демодулятора получается сигнал параллельного или последовательного транспортного потока, кодированного по методу MPEG-2. В телевизорах системы DVB-T используют демодуляторы COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing), так как именно этот метод применен при передаче эфирных сигналов по такой системе.
При модуляции COFDM используется сочетание канального кодирования (буква С в аббревиатуре) с ортогональным частотным мультиплексированием (OFDM). В этом методе последовательный цифровой поток преобразуют в большое число (1705 или 6817) параллельных потоков, каждый из которых передают на отдельной несущей. О других параметрах и режимах метода COFDM можно узнать в [1—4].
Демодуляторы для системы DVB-T выпускают несколько зарубежных фирм: PHILIPS — TDA10046HT, MlCRONAS — DRX8872C, DRX3975D и DRX3976,
THOMSON — STV0360.
Демодуляторы COFDM выполняют в соответствии со стандартом ETS 300 744. Они содержат АЦП, собственно демодулятор OFDM, блок коррекции ошибок и канальный декодер. В состав декодера входят устройство внутреннего перемежения, декодер Витерби, блок внешнего перемежения и декодер Рида-Соломона. Микросхемы демодуляторов всех фирм обеспечивают режимы модуляции 2к и 8к, виды модуляции QPSK (Quadrature Phase Schift Keing), 16-QAM (Quadrature Amplitude Modulation), 64-QAM, а также относительные значения защитных интервалов (GI) 1 /4, 1/8, 1/16 и 1/32. В декодере используются сверточные коды с относительными скоростями 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 и 7/8.
Сигнал ПЧ перед его подачей на вход цифрового демодулятора подвергается понижающему преобразованию, в результате чего центральная частота канала становится близкой к 7 МГц. Обычно такое преобразование выполняет смеситель с гетеродином. Однако вместо них можно использовать АЦП. В основе такого решения лежит принцип субдискретизации. Частоту тактового сигнала выбирают равной разности центральной частоты сигнала первой ПЧ и заданной центральной частоты преобразованного сигнала второй ПЧ. Если центральная частота первой ПЧ равна 35,25 МГц для России, а центральная частота преобразованного сигнала — 7,225 МГц, то частота тактового сигнала — 28,025 МГц.
Микросхемы COFDM-демодуляторов содержат как минимум одну систему АРУ (по сигналу ПЧ), как это сделано, например, в микросхеме DRX8872C. Исполнительную часть этой системы АРУ в виде микросхемы-усилителя ПЧ с регулируемым коэффициентом передачи, например МТ1233, включают между полюсовым фильтром ПАВ и демодулятором. Демодуляторы новых выпусков, например, TDA10046HT фирмы PHILIPS, DRX3975D фирмы MlCRONAS и STV0360 фирмы THOMSON, содержат и вторую систему АРУ, обеспечивающую регулировку усилителя ВЧ с заданным пороговым уровнем. Следует напомнить, что в цифровых селекторах каналов имеется встроенная система АРУ ВЧ с задержкой, которая поддерживает постоянной амплитуду сигнала на выходе смесителя. Если же используется управляющий сигнал АРУ ВЧ с цифрового демодулятора, встроенная система АРУ селектора выключена.
Селекторы каналов очень чувствительны к помехам, проходящим по шине I2C с других блоков. Поэтому для управления селектором используют дополнительную, защищенную от помех шину, которая соединяет селектор с цифровым демодулятором. Линии этой шины именуют SCLT и SDAT. В простейшем случае помехозащита обеспечивается благодаря тому, что дополнительная шина соединена с основной через коммутаторы, которые замыкаются только при прохождении сообщения с адресом селектора. Кратко рассмотрим упомянутый выше цифровой демодулятор COFDM — процессор TDA10046HT фирмы PHILIPS.
Это — однокристальный приемник в корпусе TQFP с 64-мя выводами. Обозначение и назначение выводов указаны в таблице.
БИС обеспечивает преобразование сигнала первой или второй ПЧ в транспортный поток MPEG-2. Микросхема содержит четыре порта общего применения. Ее некоторые выходы могут иметь третье высокоимпедансное состояние.
В состав микросхемы, кроме цифровых, входят и аналоговые узлы, такие как
десятиразрядный АЦП, кварцевый генератор и устройство ФАПЧ. Для выделения сигнала использована цифровая фильтрация, позволяющая применить одиночный полюсовой фильтр ПАВ во входном блоке. Тактирование узлов микросхемы обеспечивается либо внешними тактовыми импульсами, либо сигналом от простого внутреннего кварцевого генератора, например, на частоту 16 МГц. В БИС имеется двойная система АРУ, которая позволяет управлять коэффициентами передачи как в канале ПЧ, так и в каскадах ВЧ (с задержкой) селектора каналов.
Микросхема содержит устройство "киллер импульсов", которое уменьшает влияние импульсных помех, создаваемых электрооборудованием дома и транспортом. БИС может выделять информацию о параметрах передачи транспортного потока TS и передавать ее по шине I2C. Это — сведения о типе модуляции, иерархии, относительном защитном интервале, относительной скорости внутреннего кода, режиме передачи (2к или 8к) и о номере кадра в суперкадре.
Рекомендуемый режим использования микросхемы и некоторые параметры следующие:
Напряжение питания цифровых частей и АЦП, В ...3,3+0,3
Напряжение питания ядра, генератора, АЦП и устройства ФАПЧ, В ...1,8±0,15
Верхний уровень входного напряжения VIH, В...2...5,5
Нижний уровень входного напряжения VIL В, не более ...0,8
Верхний уровень выходного напряжения VOH, В, не менее ... 2,9
Нижний уровень выходного напряжения VOL, В, не более ... 0,4
Входная частота для работы системы ФАПЧ, МГц ... 0,1...150
Выходная частота для системы ФАПЧ, МГц ... 4,3...550
Время старта системы ФАПЧ,мс ... 0,5
Потребляемый ток генератором и устройством ФАПЧ (1,8 В), мА (типовой)... 0,5...2(1)
Потребляемый ток аналоговой частью АЦП (3,3 В), мА (типовой) ... 32...34 (33)
Потребляемый ток ядром и цифровой частью АЦП, мА (типовой) ... 153... 195 (174)
Потребляемая мощность, мВт (типовая)... 368...535 (447)
Входная и выходная емкость цифрового входа и выхода, пФ ... 5
Значения потребляемых тока и мощности указаны при параметрах принимаемого сигнала: 8k, 64-QAM, GI=1/32, код 7/8, fдиск = 55 МГц, отношение сигнал/шум 21,6 дБ.
Цоколевка микросхемы, а также значения напряжений питания на ее выводах показаны на рис. 1.
Структурная схема процессора представлена на рис. 2.
Его аналоговый узел содержит АЦП, кварцевый генератор и систему ФАПЧ, формирующую тактовые сигналы, подаваемые на АЦП. Ядро цифрового процессора обеспечивает синхронизацию, частотное, временное и кадровое восстановление, позиционирование окна быстрого обратного преобразования Фурье и декодирование сигналов транспортного потока. Цифровой сигнал с АЦП поступает на внутреннее звено блока фронт-энд, где формируются управляющие сигналы АРУ: AGC_TUN, подаваемый на исполнительный узел АРУ ВЧ в селекторе каналов, и AGC_IF, регулирующий коэффициент передачи в канале ПЧ, и обеспечивает восстановление несущих и временное восстановление. После фильтрации и узла цифровой АРУ сигнал приходит в звено быстрого обратного преобразования Фурье (FFT).
Далее сигнал направляется в блок оценки и коррекции канала (FEC). В нем после предварительной оценки сигнал подвергается временной и частотной интерполяции, корректируется, после чего поступает в блок канального декодера. Здесь сигнал сначала проходит внутреннее обратное частотное перемежение, а затем восстановление и обратное перемежение разрядов. После этого сигнал декодируется в декодере Витерби, в нем обеспечивается обратное внешнее перемежение байтов (Forney) и компенсируются ошибки в декодере Рида-Соломона. И наконец, сигнал дескремблируется и приходит в выходной интерфейс
MPEG-2. С его выхода снимается параллельный или последовательный транспортный поток.
На рис. 3 изображена структурная схема блока фронт-энд с применением микросхемы TDA10046HT.
В состав блока входят селектор каналов, содержащий перестраиваемые каскады ВЧ с полосовыми фильтрами, которые настраиваются на выбранный радиоканал и подавляют прием по зеркальному каналу, исполнительный узел АРУ ВЧ, преобразователь частоты и фильтр ПАВ. С выхода фильтра сигнал ПЧ через регулируемый усилитель проходит на цифровой демодулятор.
АЦП, входящий в цифровой демодулятор, преобразует аналоговый сигнал ПЧ в цифровой. При этом дискретиза
ция обеспечивается системой ФАПЧ, содержащей кварцевый генератор, который синхронизируется тактовым сигналом частотой 4 МГц, получаемым с устройства ФАПЧ селектора каналов.
Демодулятор управляется по цифровой шине I2С. Внутри демодулятора сформирована вторая цифровая шина с проводниками SDA_TUN и SCL_TUN, которая управляет селектором каналов.
С выходов демодулятора снимаются сигналы транспортного потока MPEG-TS в параллельном или последовательном виде.
Демодулятор вырабатывает два сигнала, предназначенных для управления исполнительными узлами АРУ: каскадами ВЧ в селекторе (с задержкой) и каналом
ПЧ. Постоянное напряжение АРУ ВЧ селектора приходит на вход GPIO0 (вывод 21) демодулятора. В нем оно переводится в цифровую форму вторым АЦП. После этого происходит измерение амплитуды ВЧ сигнала. Это, в конце концов, обеспечивает работу петли АРУ в каскадах ВЧ.
Когда амплитуда радиосигнала, поступающего на селектор, мала, работает система АРУ в канале ПЧ. После того как амплитуда входного радиосигнала становится больше заданного порога, начинает работать цепь АРУ, снижающая коэффициент передачи каскадов ВЧ. Это расширяет динамический диапазон тракта, предотвращает перегрузку смесителя и обеспечивает постоянство амплитуды сигнала ПЧ на входе АЦП.
Параметры систем АРУ, в том числе напряжение срабатывания двойной цифровой АРУ, устанавливают по шине I2С.
Первый понижающий преобразователь частоты в селекторе каналов превращает радиосигнал в сигнал первой ПЧ IF1, обычно со средней частотой 36,15 МГц (35,25 МГц в России). Расскажем чуть подробнее о тракте ПЧ и других основных узлах.
В канал ПЧ входит одиночный (с полосой пропускания 8 МГц) полосовой фильтр ПАВ. Кроме того, в канал включен аналоговый усилитель ПЧ, который может быть собран на транзисторах. Его выходной сигнал направляется на АЦП демодулятора с тактовой частотой 50...55 МГц. Однако вместо транзисторного усилителя ПЧ может быть использована микросхема TDA9889TS — усилитель- преобразователь.
Эта аналоговая микросхема с 16-ю выводами имеет внутренний преобразователь частоты. При этом ПЧ сигнала IF1 преобразуется в IF2 (понижающее преобразование). На ее дифференциальном выходе формируется аналоговый сигнал ПЧ с выбранным значением частоты размахом 2 В. Микросхема имеет фильтр нижних частот и требует внешний тактовый сигнал частотой 4 МГц, подаваемый с селектора каналов.
Микросхема обеспечивает регулируемое усиление до 70 дБ. Ее узел АРУ управляется сигналом демодулятора с использованием RC-фильтра и напряжения питания 3,3 или 5 В.
Программное обеспечение в цифровой процессор загружают либо по шине I2С, либо из узла внешней памяти EEPROM, соединенного по шине с селектором. Четыре вывода общего назначения (порты) предназначены для внешних управления или контроля.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хохлов Б. Система DVB-T и особенности цифрового телевизора. — Радио, 2001, № 4, с. 9—13.
2. Мамаев Н. Некоторые важные аспекты цифрового телевизионного вещания. — 625, 2001, № 3, с. 58—63.
3 Глесман К. Методы передачи данных в цифровом телевидении. Часть 3. Стандарт цифрового наземного телевидения DVD-T. — 625, 1999, № 9, с. 72—74, 76, 78, 80, 82—85.
4. Севальнев Л. А. Эфирное вещание цифровых ТВ программ со сжатием данных. — Телеспутник, 1998, № 10, с. 56—58,60,62,64.
Журнал "Радио"
|
