Tuner工作原理詳解


 

1、TV自動搜台原理:https://wenku.baidu.com/view/3b771f8b84868762caaed514

2、彩電自動搜台的原理與維修:http://tv.baoxiu.com/a/201001/170815.htm

3、TV Tuner搜台基礎: https://wenku.baidu.com/view/bd0cefd133d4b14e85246882.html

4、TV+Tuner+Application+on+DVD+to+chips+:https://wenku.baidu.com/view/965b69d5b14e852458fb578f.html

 

Tuner是什么?

為了提高電視信號的傳輸效率,減少於擾,電視信號通常都采用射頻(RF)信號傳輸方式,即把要傳輸的視頻或音頻信號調制(作幅度調制AM或頻率調制FM)到頻率較高的射頻載波上,從發信端發送出去;
在收信端,為了使觀眾或聽眾原原本本地看到和聽到原來的圖象和聲音,接收機要將載有我們所希望的圖象和聲音的載頻信號從大量的射頻信號中選擇出來,然后還要對其進行一系列的處理。
在接收端我們使用到的芯片就是Tuner,也就是調諧器,實現Cable信號的接收、濾波、放大、增益控制等功能。
如下為Tuner的框圖:

以上框圖包含的引腳(Tuner一般都含有的引腳電源與地除外):
RFIN:射頻輸入引腳;
LT:RF環通輸出引腳;
XTAL:晶體引腳,1輸入1輸出;
IFOUT:零中頻輸出信號,一般是差分輸出;
AGC:自動增益控制;
IIC:內部控制接口,IIC;
AS:IIC地址控制;
CP:電荷泵輸出,用於內部鎖相環;
XTALINSEL:參考時鍾配置;
GPIO:其他控制口。

以上框圖中包含的電路功能塊:

(1)輸入濾波(也可能在外部自行添加):

因為我們輸入的為射頻信號,但同時也會包含高頻的/低頻的一些干擾信號,為了去掉(衰減)這些干擾信號,我們使用帶通濾波器來選擇有用的信號,衰減干擾信號;但是我們的濾波器設計時可能會影響到輸入的S11參數,所以需要加入S11參數調整網絡。

(2)LNA

LNA即低噪聲放大器,是噪聲系數很低的放大器。一般用作各類無線電接收機的高頻或中頻前置放大器以及高靈敏度電子探測設備的放大電路。
在放大微弱信號的場合,放大器自身的噪聲對信號的干擾可能很嚴重,因此希望減小這種噪聲。由放大器所引起的信噪比惡化程度通常用噪聲系數 F來表示。理想放大器的噪聲系數 F=1(0分貝),其物理上的意義是輸出信噪比等於輸入信噪比。

(3)AGC

自動增益控制(automatic gain control)使放大電路的增益自動地隨信號強度而調整的自動控制方法。簡單理解就是保持一定增益,當輸入信號幅度減小,放大電路增益變大;輸入信號幅度變大,放大電路增益減小。
自動增益控制是限幅輸出的一種,它利用線性放大和壓縮放大的有效組合對輸出信號進行調整。當弱信號輸入時,線性放大電路工作,保證輸出信號的強度;當輸入信號達到一定強度時,啟動壓縮放大電路,使輸出幅度降低。也就是說,AGC功能可以通過改變輸入輸出壓縮比例自動控制增益的幅度。
雙路AGC:
對於雙環路AGC,一路經過濾波的解調器PWM輸出用於控制BB_AGC,第二路PWM輸出控制RF_AGC。對於單環路AGC,利用一路經過濾波的解調器PWM輸出控制BB_AGC;結合BB_AGC,通過簡單的PNP晶體管電路控制RF_AGC。設計靈活的雙環路AGC在強信號條件下能夠提供更理想的RF_AGC電壓,因此,它在大信號條件下性能更好。

(4)諧波濾波器

對於高頻信號,我們只希望其本身的信號被我們使用,但是在頻域來看,其一定存在其倍頻諧波存在,這些信號不是我們需要的,所以我們需要濾除掉它。

(5)混頻器

混頻器位於低噪聲放大器 (LNA )之后 , 直接處理 LNA 放大后的射頻信號。為實現混頻功能, 混頻器還需要接收來自壓控振盪器的本振 (LO)信號 ,其電路完全工作在射頻頻段。壓控振盪器產生的頻率由鎖相環、倍頻器等控制。

(6)IF中頻放大器和濾波器

由混頻器之后產生的中頻信號,因為中頻信號具有很好的增益和頻帶特性。可能包含眾多頻率的干擾信號,我們僅僅需要有用的中頻信號,所以添加中頻濾波器完成選頻。

(7)IQ信號

混頻后的IF的信號為模擬信號,為了提高抗干擾需求,我們一般進行相關的調制,比如QAM64等(QAM方式越大,對應的同樣符號率的碼流碼率就高,對應的數據位數就大,但是抗干擾性變差),所以此時已經將信號處理為I、Q信號,即就是兩者相位相差90度。

(8)IQ驅動輸出

IF信號輸出時我們需要轉換為數字信號輸出,所以使用AD轉換器來完成,輸出設置為TTL、CMOS等電平來利於和Demo等數字器件的連接。

(9)主控制部分

主控部分包含IIC控制、溫度檢測、電源控制、通用輸出等。也包含一些偏置控制等。


Tuner芯片本身的特性?

(1)電源
Tuner的供電電源,像比較常見的是3.3V供電以及1.8V和1.2V,但是對於有些公司芯片內部包含電源管理功能,直接可以自己產生1.8V和1.2V。

(2)支持的頻段
有些產品支持全頻段信號,例如常見的是44MHz到1004MHz,且不需要外部濾波網絡;但是有些支持不了全帶寬,且外部需要自行配置濾波網絡。

(3)頻道帶寬
是否能支持1.7MHz、6MHz、7MHz、8MHz和10MHz。

(4)單端輸入or差分輸入
單端輸入表明信號輸入到器件內部進行直接處理,內部抗干擾做得好;但是需要差分輸入的對於設計時我們就需要進行巴倫轉換,增加額外電路。

(5)器件內部濾波

器件內部濾波做的好,就不太需要外部預留太多的濾波電路;像有些產品會包含內部濾波用於衰減諧波干擾和wifi/LTE等。

(6)體積封裝和外圍電路
因為Tuner容易受到干擾,所以器件一定要放在屏蔽框里面,所以器件的體積以及外圍電路要簡單一些,使得該部分電路和屏蔽罩體積較小。

(7)晶體
有些產品需要對於晶體要求較高,所以需要做頻偏調整,但是晶體調整時的負載電容是從引腳看進去的總的電容,所以有廠家可以通過寄存器來調整晶體的頻偏。

(8)環通
就是一個信號輸入進來,可以直接通過Tuner濾波之后環出,給到另外的一台機頂盒或者別的產品。

(9)功耗
器件的功耗取決於內部集成電路模塊的多少以及工藝設計優化,大的功率器件產生較大的熱量,進而制約Tuner本身的性能,所以要注意功率大小,實在不行注意添加散熱片。

(10)接口
一般都會包含IIC接口,但是有些芯片做的不好,IIC需要很多器件來防止干擾,這會額外增加成本,需要注意。
另,對於器件選澤,首先需要考慮質量以及成本。有時候,成本控制甚至於要優先於質量,因為商業的目的就是賺錢。

Tuner的工作原理

完整的數據流程:

經過電視台等編碼調制的信號------》通過CATV系統的Cable傳輸-----》用戶端機頂盒等設備接收------》機頂盒的Tuner芯片------》用戶選台Tuner完成鎖頻------》Demod完成解調------》CPU實現解碼------》CVBS或者HDMI輸出顯示。

所以Tuner實現的就是鎖頻的作用,鎖頻的快慢取決於芯片本身的好壞以及軟件的配置,但是請注意,硬件決定上限,軟件決定下限。鎖頻之后輸出中頻信號給到Demod,Demod完成解調輸出給CPU完成視頻解碼輸出播放,Tuner決定了接收電視台信號的頻段、抗干擾性能以及隔離保護功能。

一,Tuner簡單工作原理

  一體化Tuner包括高放,本振,混頻,中放,伴音信號解調,視頻信號解調部分.half tuner中頻解調是不包括的。首先,高頻部分需要編程設置接收頻率,抓到電視台信號后,要正確設置中頻處理所需要的制式等參數,才能解調出視頻和音頻信號.

二,TV搜台處理所需要的參數

1) 頻率,要換算為高頻頭內部鎖相環的分頻比參數, 一般從45MHz到860MHz.

2) 彩色制式, 分PAL,SECAM,NTSC

3) 伴音制式, 分DK,BG,I,L,L’,M,N等.

4) 一些標志,包括本頻道是否設置為Skip,

5) 麗音或BTSC時,記錄用戶選擇的默認,比如雙語時用戶可以默認選擇第一聲道或第二聲道.

三 搜台流程

1) 正確設置Tuner的中頻參數,一般設為目的地的默認參數,比如大陸,設為DK.高頻頭datasheet會給出B,C,E三個數據, 不同的聲音制式B/C/E三組數據值是不同的,主控制器通過IIC總線寫入一體化高頻頭中的中頻芯片(如TDA9886/9885).

2) 正確設置Decoder芯片的制式,一般取自動.

3) 高頻頭的本振等電路如果使用一組固定的電感電容,則不能覆蓋整個電視頻段.所以電視頻道划分為VLF,VHF,UHF三個頻段,一般VLF從45MHz到160MHz, VHF從160MHz到440MHz,UHF從440MHz到860MHz. 具體的頻段划分查高頻頭數據手冊。

4) 自動搜台時從低頻段到高頻段開始掃描. 本振頻率 =中頻+目的頻率, 把這個本振頻率換算為高頻頭需要的形式,通過IIC寫入Tuner的高頻芯片.實際程序中,要根據Tuner的三個頻段的分界點,算出當前所在的頻段,一並寫入高頻芯片.

5) 每設定一個頻點,需等待一段時間,等Tuner的鎖相環穩定后,通過IIC讀取Tuner的中頻芯片AFC狀態,中頻芯片能給出是否鎖定的指示,同時還有4bit位指明當前所設定的頻率與電視台信號頻率的差距.

6) 如果中頻芯片指示鎖定,此時,就要在這附近,微調頻率,根據中頻芯片的指示來確定最佳頻點.

7) 找到最佳頻點后, 讀decoder芯片的狀態, 如果decoder芯片指示出當前信號輸入穩定,並能判斷出信號制式,則可以認為確實是找到了一個電視台頻道.

8) 此時,要把找到的頻道參數記錄到EEPROM中.

9) 因為PAL制式的頻道帶寬是8MHz, 找到台后一般會從這個頻率往后跨過幾MHz進行新的掃描.

10) 在當前頻點上加上一個步長,掃描下一個頻率點,重復4~9步動作.直到搜索完成.

11)如果是固定頻點搜台,比如美國機,直接將固定頻點數據設置到Tuner,重復5~9步動作。

四、其他

1) 搜台方法的選擇標准是快和准確,好的算法能做到1分鍾左右搜索完整個頻段.

2) 跨頻段的時候,要額外延時,因為鎖相環穩定的時間更長.否則,在頻段轉折點上的信號可能抓不到.

3) L制式是正極性調制,與DK,BG,I等不同,如果把Tuner設為DK,或BG或I,而輸入信號為SECAM L,那么decoder不能判斷出信號的制式,搜台不能成功.有的做法是設為DK搜台一次后,再把Tuner設為L,搜第2次.

4) 手動搜台時會出現頻率從高到低掃描的情況,這種情況下因為Tuner鎖相環的放電比充電慢, 等待的時間要加長.

5) 搜台方法的主要難點是快速准確地尋找最佳頻率點.每一步的步長要仔細選擇,以便能盡量減少總步數,又不能漏台.在中頻芯片指示附近有信號時,要仔細選擇微調搜索方法.比如,現在5151方案程序中就是采用了根據TDA9886的指示,不斷增大減小頻率,尋找頻率誤差小於37.5KHz的點.

 


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