电视原理与接收技术

电视原理与接收技术第1页，课件共72页，创作于2023年2月内容提要本章介绍数字调谐器，先简要介绍卫星数字电视和有线数字电视中的一些基本概念，然后介绍卫星数字调谐器和有线数字调谐器的原理、组成、常用芯片和实际产品。跳至目录第2页，课件共72页，创作于2023年2月知识要点卫星数字调谐器的组成；零中频方案；频率合成器；定时恢复环路载波恢复环路；有线数字调谐器的组成；第3页，课件共72页，创作于2023年2月教学建议

本章是本教材的三个重点之一，通过本章学习能熟悉数字调谐器。要求熟悉卫星数字电视接收系统的组成，掌握卫星数字调谐器的组成，掌握零中频方案,掌握频率合成器的组成,掌握定时恢复环路和载波恢复环路，两个环路是本章的难点。了解卫星数字调谐器的发展,了解国产卫星数字调谐芯片。熟悉有线数字电视接收系统的组成，掌握有线数字调谐器的组成，了解有线数字调谐器的发展,了解国产有线数字调谐芯片。建议学时数为6学时第4页，课件共72页，创作于2023年2月在电视台数字电视信号经过信源编码、复用、信道编码、调制后发送，在接收机中则相反，如图11-1所示，用调谐器在多个频道的信号中选择一路节目的信号后，经解调、信道解码、解复用、信源解码输出数字音、视频信号，音频信号经D／A输出模拟伴音信号，视频信号经PAL编码后输出模拟全电视信号，这两个信号接到模拟电视机的AV输入口可以在模拟电视机上收看数字电视节目。上述电路常做成一个盒子放在模拟电视机顶上，所以称为机顶盒。上述电路也可以和显示器、音响一起组成数字电视机。目前流行的做法是将调谐器、解调和信道解码器等做在一起，成为一体化调谐解调解码器，并用金属壳屏蔽起来，形成独立的通用组件，常称为数字调谐器、DTV调谐器。数字调谐器是本世纪才有的产品，所以有没有数字调谐器成为新一代产品和上世纪老产品的分界线。解复用、信源解码、音频D／A、PAL编码、嵌入式CPU等电路集成在一块芯片上常称为单片解决方案。第5页，课件共72页，创作于2023年2月数字电视接收为适用于不同的传输信道分为卫星、有线和地面广播三种不同的类型。它们在解复用和信源解码等方面都是相同的，遵循MPEG-2系统标准(ISO／IEC13818-1)、MPEG-2视频标准(ISO／IEC13818-2)和MPEG-2音频标准(ISO／IEC13818-3)。（ATSC的音频为DolbyAC-3多声道环绕声方案）三种数字电视信号接收机的主要区别是在调谐、解调和信道解码方面。图11-1数字电视接收机方框图数字调谐器解调信道解码D/A伴音信号解复用信源解码编码RL模拟电视信号数字电视信号调谐主芯片机顶盒V模拟电视机第6页，课件共72页，创作于2023年2月

11.1卫星数字调谐器

11.2有线数字调谐器第7页，课件共72页，创作于2023年2月11.1.1卫星数字电视广播11.1.2卫星数字调谐器11.1.3零中频调谐11.1.4频率合成器11.1卫星数字调谐器

11.1.5定时恢复和载波恢复11.1.6解调和信道解码芯片STV029911.1.7303211MT型卫星数字调谐器第8页，课件共72页，创作于2023年2月11.1.1卫星数字电视广播卫星数字电视是利用地球同步卫星传输数字电视信号的数字电视系统。1.卫星数字电视传送的优点⑴数字方式传输节目质量高，图像质量比较稳定。⑵传输一路模拟电视节目的卫星通道可传4～8路数字电视节目，传输节目数量多，可满足观众日益增长的需求，也降低了每套电视节目传送的成本。⑶传输方式灵活，有单路单载波(SingleChannelPerCarrierSCPC)方式和多路单载波(MultipleChannelPerCarrierMCPC)方式。第9页，课件共72页，创作于2023年2月

SCPC方式适合于多套节目共用一个转发器而不共用上行站的情况。每套节目各自调制一个载波而发至卫星，每个载波只传输一套电视节目，这样在一个转发器内同时存在多个载波。该方式的缺点是转发器的功率得不到充分发挥，多个载波的存在就有可能产生交调、互调干扰，要求放大器尽可能工作在线性状态。河南、福建、江西、辽宁四省采用SCPC方式共用一个转发器。MCPC方式适合于多套节目共用一个卫星电视上行站，先将多套节目的数据流合成为一个数据流，然后调制载波发至卫星，这种方式能使转发器的功率得到最大限度的发挥。中央电视台、中央教育卫视、内蒙古卫视、新疆卫视等采用这种方式。⑷实现多种业务传输，能进行电视广播传输；也能进行声音和数据广播传输。⑸容易进行加扰加密，实现条件接收和对用户的授权管理。第10页，课件共72页，创作于2023年2月

2.卫星数字电视转播根据国家广电总局科技司卫星处提供的2006年4月30日卫星转播电视情况如下:亚太6号（134°E）卫星还在转播3路模拟电视节目是CCTV-1、3860、垂直极化；山东、4100、垂直极化；中国教育、3980、垂直极化。亚太6号卫星转播数字电视节目是上海东方、3808、垂直极化；山东教育、3836、垂直极化；CCTV-1、2、7、10、11、12、音乐，3840、水平极化；CCTV-3、5、6、8、新闻、少儿，4160、水平极化；广东、4034、水平极化；广东粤语、4053、水平极化；深圳、4043、水平极化；新疆（6套）、4120、水平极化；青海汉语、藏语，3868.5、水平极化；内蒙古（2套）、3758、水平极化；云南、3907、水平极化；贵州、3920、水平极化；浙江、4080、垂直极化；湖南金鹰卡通、4057.6、垂直极化；重庆、3892.8、垂直极化；宁夏、3885.6、垂直极化；甘肃、3900、垂直极化；海南、3914.4、垂直极化；河北、12328、垂直极化。第11页，课件共72页，创作于2023年2月亚洲3S号（105.5°E）卫星转播数字电视节目是广西、3806、垂直极化；陕西、3813、垂直极化；安徽、3820、垂直极化；江苏、3827、垂直极化；黑龙江、3834、垂直极化；CCTV-1、3904、垂直极化；吉林、3914.5、垂直极化；山东、3895、垂直极化；北京、4055、垂直极化；天津、4046.5、垂直极化；山西、4073.5垂直极化；河南、4166、垂直极化；福建、4180、垂直极化；江西、4187、垂直极化；辽宁、4194、垂直极化；湖北、4034.6、水平极化；四川、4051、水平极化；湖南、4082、水平极化；青海、4067、水平极化；CCTV-4、9西法语，4129、水平极化。还有亚洲4号（122°E，垂直极化）、4020、4060、4100、转发中央付费平台18套节目。中卫1号（87.5°E，垂直极化）、4062、4098转发上海付费平台14套节目，3900转发香港电影频道。第12页，课件共72页，创作于2023年2月根据鑫诺卫星通信有限公司网站消息，鑫诺一号卫星，110.5°E，垂直极化，6个带宽54MHz的Ku频段转发器中12380MHz转播CCTV-1～8、10～12节目；12440MHz转播内蒙古、云南、四川、贵州、重庆、河南、湖南、青海、陕西、甘肃卫视节目；12500MHz转播CNN、HBO、CINEMAX、CNBC、ESPN、NGC、卫视国际电影台、AXN、DISCOVERY、HALLMARK台节目；12560MHz转播BBCWORLD、NHK、新知台、凤凰电影台、TVB8、TVB星河、NOW、天映频道、亚洲新闻台、华娱卫视的节目；12320MHz转播MTV、Channel[V]、卫视体育台、凤凰中文台、澳亚卫视、TV5、凤凰资讯台、星空卫视、欧亚体育新闻、彭博财经、阳光卫视的节目；12620MHz转播CETV1～4、6节目；详见。人们常将使用Ku频段的FSS提供卫星直接到户(DirectToHomeDTH)的广播电视服务称为卫星直播。第13页，课件共72页，创作于2023年2月

3.直播卫星直播卫星(DirectBroadcastingSatellite简称DBS)是通过卫星将图像、声音和图文等节目进行点对面的广播，直接供广大用户接收(个体接收或集体接收)。按照国际电信联盟(ITU)的规定，直播卫星一般属于卫星广播业务(BroadcastSatelliteServicesBSS)范围，采用频段是广播专用Ku和Ka频段，覆盖范围受到国际公约的保护，在本覆盖区内不受其他通信卫星溢出电波干扰。按照国家广电总局的要求，国家直播星系统中星9号将于2007年发射。第14页，课件共72页，创作于2023年2月

11.1.2卫星数字调谐器天线接收到C波段或Ku波段的卫星下行信号，经LNB放大和下变频，形成950～2150MHz第一中频信号，经引下电缆送到室内单元，卫星数字电视接收机也称综合解码接收机(IntegratedReceiverDecoderIRD)，引下电缆一般采用F型连接器，采用高频特性较好的专用电缆。图11-2是卫星数字电视接收机组成方框图。室内单元包括数字调谐器、解复用、解码主芯片和条件接收模块、IC卡接口、视、音频输出接口、遥控器和电源等。由图11-2可见卫星数字调谐器主要是由调谐解调、频率合成、QPSK解调信道解码三部分构成，这三部分也是数字调谐器的三块主要芯片。第15页，课件共72页，创作于2023年2月图11-2数字卫星电视接收机方框图数字调谐器LNB正交鉴相QPSK解调信道解码D/A伴音信号解复用MPEG-2解码编码RL模拟电视信号DRAMAGCAFC双A/DIQ条件接收数字电视信号主芯片微处理器室内单元调谐频率合成解调信道解码第16页，课件共72页，创作于2023年2月

11.1.3零中频调谐1.零中频方案零中频方案调谐器的本振频率与输入信号频率相同。输出信号为零中频的基带信号，可直接送到正交解调电路进行处理，输出I、Q模拟基带信号，省去了中频处理电路和声表面波滤波器等元器件，简化了电路、降低了成本；后面的数字解调是对基带信号进行取样，ADC的取样时钟频率可以降低，从而降低对ADC处理速度的要求。第17页，课件共72页，创作于2023年2月2.SLl925加拿大ZARLINK公司(原MITEL公司)的SLl925是典型的调谐解调芯片，图11-3是SLl925的结构方框图。其工作频率范围达到950～2150MHz，内部集成了压控振荡器VCOV和VCOS。VCOS的工作频率范围为1900～3000MHz，该频率经过2分频后输出950～1450MHz的本振信号；VCOV的工作频率范围为1450～2150MHz。引脚Losel用于选择两个压控振荡器中的一个。当输入频率低于1450MHz时，设置Losel脚为高电平，选择VCOS输出，此时工作频率范围为950～1450MHz；当输入频率高于1450MHz时，设置Losel脚为低电平，选择VCOV输出，此时工作频率范围为1450～2150MHz。两个压控振荡器的Tank端外接由微带线和变容二极管组成的调谐回路，频率合成器形成的调谐电压加在变容二极管上，改变调谐电压，就改变调谐回路电容，也就能改变压控振荡器的频率。两个压控振荡器产生的本振信号可从Psout和Psoutb引出作为外部频率合成的输入信号。第18页，课件共72页，创作于2023年2月图11-3调谐芯片SLl925结构方框图÷2频率选择移相第一中频～～AGC950～2150OPFIOPFQIPFQIPFIIoutQoutLoselTankvTanksSL1925VCOVVCOSPsoutTankvbTanksbPsoutb××0º90º第19页，课件共72页，创作于2023年2月根据SLl925输出信号电平大小，解调信道解码模块输出脉宽调制(PWM，PulseWidthModulation)形式的AGC控制电压，先经过一个低通滤波器，进行数模转换后，接到SLl925的AGC引脚，控制其放大器的增益。该AGC放大电路的调节电压范围为0～5V，0V时有最大增益，5V时是最小增益，AGC控制范围可达30dB。零中频正交解调输出后，要经过外接的低通滤波器滤除带外的噪声。由于信号的符号率最高可达45MS／s以上，考虑到发射端还采用了奈奎斯特滤波器，选用的低通滤波器带宽为56MHz。正交解调后的I、Q两路信号分别由OPFI、OPFQ输出，先通过外接的两个低通滤波器滤波后，再将信号分别由IPFI、IPFQ输入到内部基带放大器再一次放大后，分别由Iout、Qout输出。第20页，课件共72页，创作于2023年2月

11.1.4频率合成器

频率合成是将一个高稳定和高精度的标准频率经过运算，产生同样稳定度和精度的特定频率的技术。图11-4是频率合成器的组成方框图。

图11-4频率合成器的组成方框图÷(NM＋A)鉴相÷K电荷泵I2CFVCOFRESDASCLDRIVECHPUMP第21页，课件共72页，创作于2023年2月

1.（NM＋A）分频器压控振荡器的输出信号RF的频率为FVCO，先进行（NM＋A）分频；基准信号的频率为FRE，先进行K分频；两个分频后的信号在鉴相器中进行相位比较，鉴相器输出的数字信号由电荷泵转换成模拟电压去控制压控振荡器的频率变化，当环路锁定时．压控振荡器的输出频率FVCO与基准频率FRE的关系是KFVCO＝（NM＋A）FRE。CPU通过I2C总线设定分频比（NM＋A）和K，压控振荡器的输出信号频率被控制在不同的频道上。第22页，课件共72页，创作于2023年2月

（NM＋A）分频器是频率合成器中的常用电路，又称为NM1A分频器，图11-5是其内部结构框图。复位时预定标器为N＋1分频，A计数器、M计数器为0，两个计数器开始对F／（N＋1）计数，A计数器计到A时，控制预定标器变为N分频，M计数器对F／N继续计数，计到M时，复位预定标器、A计数器，计数周期重新开始。若输入信号周期为T，输出信号周期＝T（N＋1）A＋TN（M-A）＝T（NM＋A），所以电路是（NM＋A）分频器。图11-5（NM＋A）分频器组成方框图预定标器÷N／N＋1A计数器FF/（NM＋A）M计数器（NM＋A）分频器第23页，课件共72页，创作于2023年2月2.SP5769SP5769是ZARLINK公司生产的一种频率合成器电路，和SLl925配合使用，图11-6是其内部结构框图。通过I2C总线接口，可以对芯片内部的寄存器进行读写操作，从而达到对其进行控制的目的。第24页，课件共72页，创作于2023年2月XTALCAP图11-6ZARLINK公司SP5769型频率合成器方框图频率合成器SP5769～÷16／1711位计数

4位计数

相位比较基准分频电荷泵I2C总线收发

2位4位2位3位4位锁存与端接口

1314104567891123116地址SDAASCLAP3P2P1P0RFINCP测试fPD/2选择fPD/2锁相15位锁存XTALREF/COMPCHPUMPDRIVE第25页，课件共72页，创作于2023年2月SP5769将来自于调谐解调器SLl925的压控振荡器的输入信号fL进行16M＋A分频后与其内部的高稳定基准频率（晶体振荡器4MHz频率K分频）进行相位比较，所产生的调谐电压经外接三极管驱动后再送回到调谐解调器中的压控振荡器，以调整载频频率，并保证其稳定性。这里M是可编程11位数值，A是可编程4位数值，基准分频K由4位编程值决定，编程值为0000～1111时，K取值分别是2、4、8、16、32、64、128、256、24、5、10、20、40、80、160、320，CPU根据用户命令指定的频道，查出本振频率，计算出所需的分频系数值，设置SP5769的内部可编程分频系数寄存器，就可调谐到指定的频道。这里16M＋A可取连续值而K只能取离散值，所以K是粗调，决定本振频率微调精度，K应尽可能取较大值。芯片还能设置电荷泵电流、设置输出基准频率或比较频率、设置测试方式。第26页，课件共72页，创作于2023年2月

SP5769由I2C总线接口来控制分频比，I2C（InterICbus，集成电路间总线）是通过SDA(串行数据线)和SCI(串行时钟线)两根线在IC之间传送信息，根据地址识别每个器件。采用I2C总线IC内部不仅有接口电路，而且将内部各单元电路按功能划分为若干相对独立的模块，通过软件寻址实现片选，减少了器件片选线的连接。CPU不仅能通过指令将某个功能单元电路挂靠或摘离总线，还可对该单元的工作状况进行检测和控制，从而实现对硬件系统的既简单又灵活的扩展与控制。图11-7是SLl925和SP5769的接线图，图中电容标注数值若为纯小数，其单位为F；否则，单位为PF；电阻标注数值后带R的是参考值，需根据实际信号大小作调整。ZARLINK公司已经将SLl925和SP5769两片芯片集成为单片零中频调谐器SLl935，由于工艺水平提高，输入工作电平范围达到-70dBm～-20dBm,AGC控制范围达50dB，不再需要外部低噪声AGC放大器，本振相位噪声更低。第27页，课件共72页，创作于2023年2月图11-7SLl925和SP5769的接线图10k13k684MHz82DRIVEXTALCAPXTALSDASCLP3/LLP1P2CHPUMPVEERFINRFINVCCREF/COMPP0ADDRESSSP5769I2C总线5V15030V151005VOPFIVCCPsoutbPSoutVEEVEE1T379×2TanksbTankvVEETankbNCVCC5VOPFQVCC118165V914IPFQVEEIPFIVEEIoutBB811×215k0.0226.15×0.449×0.440.10.11K1K0.10.13.93.91K0R0R1K5VIout100R0.22151KTanksLoselVCCIFinaIFinb了IF

IN1000120RVEEAGCTP1AGCQoutQout100R0.22151KVCC1000SL1925281001K×2微带线第28页，课件共72页，创作于2023年2月

11.1.5定时恢复和载波恢复QPSK的数字解调主要由双ADC、定时恢复环路、载波恢复环路等组成。1.定时恢复环路从调谐解调电路产生的I、Q模拟信号经过固定频率的时钟取样后，输出2路数字I、Q信号，由于取样时钟并非由输入信号中提取出来的，故难以保证最佳的取样时间，使得取样判决后的误码率增大，需要采用定时恢复环路从输入数据信号中插值出正确的信号，用以校正固定取样所造成的样点误差，以保证抽样判决后，输出端的信号有最低误码率。第29页，课件共72页，创作于2023年2月

Gardner法是一种典型的定时恢复方法，其结构如图11-8所示。它由内插滤波器、定时误差检测、环路滤波器、数控振荡器组成。图11-8Gardner法定时恢复环路结构示意图～ADCx(t)信号输入内插滤波器固定时钟y(kTi)x(mTs)奈奎斯特滤波器Y(kTi)定时误差检测环路滤波数控振荡器第30页，课件共72页，创作于2023年2月内插滤波器的等效实现框图如图11-9所示。采样数字信号x(mTs)经DAC变换为模拟脉冲，经模拟滤波器h(t)滤波后得到时间连续信号y(t)，对y(t)在时刻t=kTi重新采样得到新的采样点就是所要求的插值点，只要将模拟滤波器h(t)转换为数字滤波器，就可以用数字的方法来实现插值运算。图11-9内插滤波器结构示意图DACy(kTi)x(mTs)滤波器h(t)模拟脉冲模拟信号y(t)重采样nt=kTi原采样时间重采样时间(mk+2)TsmkTs(mk+1)Tsmk+1TskTi(mk-1)Ts(k+1)Ti(k-1)Ti第31页，课件共72页，创作于2023年2月内插滤波器输出码流需要经过Nyquist滤波以减少码间干扰。定时误差检测器(TimingErrorDetector，TED)求得的误差值通过环路滤波器（LoopFilter）后更加平滑，用来驱动数控振荡器(number-controlledoscillator，NCO)。内插滤波器从NCO中得到内插参数，进行有效的内插工作。TED采用Gardner算法，每个符号只需要有2个采样值，数据量少。其时钟锁定过程与载波无关，因此定时调整可先于载波恢复完成，定时恢复环和载波恢复环相互独立，这给解调器的设计和调试带来了方便，DVB-S、DVB-C中的定时恢复都采用这种方法，详见参考文献34、35、36。常用的易于实现的内插滤波器有:线性、三次、分段抛物线三种。通过比较可以发现，三次、分段抛物线与线性相比有主瓣宽、旁瓣抑制度大等特点，采用Farrow结构实现时内插滤波器结构非常简单，详见参考文献37。第32页，课件共72页，创作于2023年2月

2.载波恢复环路在模拟正交解调器中使用的本振信号不是从接收信号中提取的相干载频，而是由高稳定度的频率合成器产生的。由于传输信号的频率偏移或接收系统前端的LNB本振的偏移，零中频调谐器输出的模拟基带信号中会存在一定程度的频偏和相偏。这样的模拟基带信号即使采用定时准确的时钟进行取样判决，得到的数字信号也不是原来发射端的调制信号，这种误差的累积效应将导致抽样判决后误码率增大。载波恢复环路的作用是要采用数字的方式将该信号完全转换为基带数字信号，克服其中存在的频偏和相偏，电路一般由两个环路构成，如图11-10所示，第一个环路为频率恢复环路，用来补偿输入信号中存在的频率偏移。第二个环路为相位跟踪环路，用来跟踪和补偿输出信号中的相位偏移。第33页，课件共72页，创作于2023年2月图11-10QPSK解调载波恢复环路结构示意图×相位解旋转DCOLPF相位跟踪环路频率恢复环路PD×频率解旋转DCOLPFFD载波锁定指示定时恢复匹配滤波第34页，课件共72页，创作于2023年2月频率恢复环路（FrequencyRecoveryLoop）用于纠正信号的频率偏移，其利用频差检测器(FrequencyDetector，FD)产生的误差信号，经过环路滤波器实现对数控振荡器(DigitalControlledOscillator，DCO)的频率控制，输入信号在频率解旋模块（FrequencyDerotate）中分别与DCO产生的两路正交信号相乘，完成频率解调工作。FD常用四重相关器(quadricorrelator)来实现，该环路收敛比较快，有助于环路的快速锁定；数控振荡器由一个相位累加器和一个Sin、Cos查找表组成，用来产生本地的同相和正交载波。具体算法详见参考文献46。相位跟踪环路(PhaseTraceLoop)的结构与频率恢复环路类似，利用相差检测器(PhaseDetector，PD)输出的误差信号经环路滤波器、数控振荡器，最后在相位解旋器（PhaseDerotate）完成相位纠正。PD采用极性科斯塔斯环来提取相位误差，电路和算法详见参考文献43和46。DVB-S2标准中，提供可选的导频，帮助接收机载波恢复。第35页，课件共72页，创作于2023年2月

11.1.6解调和信道解码芯片STV0299ST公司的STV0299是常用的解调信道解码IC，其内部组成框图如图11-11所示，它包括一个双路6bitA／D变换器、QPSK／BPSK数字解调器(时钟恢复、载频恢复、AGC控制、内插器等)、信道解码器(卷积解码、去交织、RS解码、能量去扩散)，支持DVB、DBS等多种标准。采用TQFP（ThinQuadFlatPackage，方形扁平封装）64封装。第36页，课件共72页，创作于2023年2月F22／Diseqc图11-11STV0299型数字解调和信道解码电路方框图奈奎斯特和内插滤波

解相位旋转

AGC1

偏置比较

双A/D

AGC

VTOP

VBOT

IN/IPQN/QP时钟产生

XTALIN

XTALOUT

AUXCLK

22KDiseqc接口

I2C接口

SCL

SDA

SDAT

SCLT

AGC2

定时恢复定时锁定指示定时数控振荡器DCOC/N指示Viterbi译码解交织RS解码能量解扩散D0～D7STROUTERRORCLKOUTD/P误差监视通用功能DAC

IP0

OP0（0～2）

载波锁定指示第37页，课件共72页，创作于2023年2月1.STV0299的主要性能

(1)数字解调模块：①双路6位模数转换器；②完成QPSK和BPSK解调；③数码率为90Mb/s，符号率为1～50MS／s；④数字奈奎斯特(Nyquist)滤波器，滚降系数为0.20或0.35；⑤带锁相检测的数字载波环：宽范围解相位旋转器(Derotator)和跟踪环路；⑥带锁相检测的数字时间恢复：内设全集成定时环路、内插滤波器和时钟基准；⑦双路数字AGC：采用脉冲宽度调制(PWM)实施调谐器增益控制；在设定信号带宽下实施功率优化的内部AGC，有利于时钟、载波的恢复。⑧具有调谐器和高频头(LNB)控制(H／V、22kHz等)的外部辅助端口。第38页，课件共72页，创作于2023年2月

(2)前向纠错模块：①软判决Viterbi解码器：约束长度为7、码率为1／2的收缩卷积码；自动识别或手动设置识别收缩率：为1／2、2／3、3／4、5／6和7／8；②解交织：同步字提取和解卷积交织；③RS解码器能纠正达8个字节的错误；④能量解扩散⑤芯片内设有误差监视功能；⑥可编程并行或串行输出格式；第39页，课件共72页，创作于2023年2月

2.STV0299的主要电路功能

(1)时钟产生电路。利用外部晶振产生的4MHz时钟，通过其内部的压控振荡器(VCO)和分频器产生主时钟(MCLK)，用于对信号的取样；产生辅助时钟(AUXCLK)的频率可在50～800Hz范围变化，用于对LNB中的某些功能进行控制；所产生的22kHz时钟，用于LNB的高低本振的切换和DiSEqC(DigitalSatelliteEquipmentControl数字卫星设备控制)接口电视天线切换控制功能。

(2)AGC电路。主控AGC1将I、Q输入信号与内部一个可编程的阀值进行比较，其差值经积分后形成一个脉冲宽度调制(PWM，PulseWidthModulation)信号，经外部简单的低通滤波器滤波后，可用于控制前端调谐解调器的放大器增益，从而根据输入信号的强弱改变前端放大器的增益。辅控AGC2把I、Q输入信号的有效值与一个可编程阀值进行对比，获得误差信号，再分别加到I和Q通道的复用器上，对I、Q两路的信号进行增益控制。第40页，课件共72页，创作于2023年2月

(3)定时控制电路。由于A／D转换采用的取样时钟不是从输入信号中提取出来的，难以保证最佳的取样时间，使得取样判决后的误码串增大，采用定时恢复环路校正固定取样所造成的样点误差，保证抽样判决后，输出端的信号有最低误码率。与STV0299定时环路有关的寄存器有：符号率寄存器、计时常数寄存器和计时频率寄存器。其中符号率寄存器与所需的符号率相对应；计时常数寄存器用来控制定时二阶环的自然频率和阻尼因子；计时频率寄存器在定时锁定时，其所存的数值即为频率偏移的对应值。

(4)载频控制环路。由于前端的模拟正交解调器中所采用的是非相干本振信号，基带输入信号存在频差和相位抖动，载频控制环路可以纠正标称频率与实际频率的差别，可以校正LNB的随机频率偏移，使有用信号的频谱集中于解调频率两侧。与载频控制环路有关的寄存器有：载频环控制寄存器和载频频率寄存器。前者寄存控制载频环的自然频率和阻尼因子的值；后者是在搜索时，寄存载频的偏移量值。第41页，课件共72页，创作于2023年2月

(5)载噪比(C/N)指示器。用于指示接收信号的质量。包括天线是否正确对准、前端电路(天线、高频头、电缆、调谐器等)性能是否良好。还可以指示RF信号质量是否符合接收要求。(6)Viterbi解码与同步。Viterbi解码器计算出4种可能路径中的每个符号，它们是以接收到的I、Q输入信号的欧几里德(Euclidian)距离的平方值为度量的。在误差率的基础上测定出收缩率(PunctureRate)和相位。DVB-S的收缩率有5种，当选择自动识别收缩率时，对于每一个可能的收缩率，将其当前的误差率与一个可编程阈值比较，若误差较大，则要尝试其他收缩率或相位，直到获得最小误差为止。Viterbi解码器也可以根据已知的收缩率进行设定，这样，同步的时间会短一些。第42页，课件共72页，创作于2023年2月

(7)去交织、RS解码器、能量去扩散。这些操作在STV0299内部自动完成，用户只要对相应的寄存器进行使能和某些初始设置即可。

(8)输出接口。STV0299输出的信号端子共有4组：数据线(D0～D7)；数据时钟信号(BCLK)；数据／奇偶校验时钟(D／P)；错误指示信号(ERROR)。数据线可定义成并行输出方式或串行输出方式。若是并行输出方式，则D0～D7为8bit并行数据输出线，相应的BCLK为比特时钟；若是串行输出方式，数据从D7端输出，相应的BCLK为时钟。224896第43页，课件共72页，创作于2023年2月

11.1.7303211MT型卫星数字调谐器三星(SamSung)公司303211MT型卫星数字调谐器是典型的产品，方框图如图11-12所示。它就是由调谐解调芯片SLl925、频率合成器SP5769、数字解调和信道解码器STV0299三片芯片组成。三星公司TBMU24311IMB型卫星数字调谐器采用单片合成零中频调谐器SLl935，体积缩小为85×45×13。目前世界各国都在大力发展卫星数字电视，卫星数字调谐器中蕴藏着巨大的商机，几家主要的数字电视集成电路制造商正不断地研制出新的产品。产品的主要特点是芯片数目从3片减少为2片，甚至1片；外接元件越来越少，滤波器、调谐元件逐渐被集成到芯片中。第44页，课件共72页，创作于2023年2月图11-12三星公司303211MT型卫星数字调谐器方框图÷2低通正交解调第一中频～～低通低通低通低通解调信道解码STV0299D0～D7BCLKVALIDERRORAUXCKAGC950～2150OPFIOPFQIPFQIPFIIoutQoutLoselTankvTanks222F22KSL1925频率合成器SP5769I2C总线VCOVVCOSPsout调谐器件第45页，课件共72页，创作于2023年2月

ST公司04年3月推出STB6000型高集成零中频调谐集成电路，电路包括低噪声放大器、下变频混合器、基带低通滤波器、增益控制、压控振荡器、低噪声锁相环。ST公司的芯片STV0399将低噪放大、模拟调谐、零中频解调、数字解调、信道解码等集成在一块芯片上，相当于STB6000和STV0299的组合。利用STV0399可以减少元件的数目和系统的成本。ZARLINK公司04年3月推出ZL10036型零中频调谐和频率合成电路，与DVB格式兼容，符号率1～45MS/s，完全集成不用调整的本地振荡器，集成的宽带滤波器频宽4～40MHz可调，RF的环通输出可作级连调谐用。ZARLINK公司的卫星电视QPSK解调和信道解码芯片ZL10312接收ZL10036输出的模拟I、Q进行A/D变换、数字解调、前向纠错，输出MPEG2TS流。第46页，课件共72页，创作于2023年2月

L64733C、L64734调谐器和卫星接收芯片组是LSILogic公司新一代的调谐和通道接收芯片组。德国富士通公司的MB86A15APMT-M-BND是单芯片数字卫星广播的调谐器和QPSK解调器，能实现接收DVB-S信号的全部功能，采用富士通的MCP(Multi-Chip-Package，多芯片包装)技术把零中频调谐器、QPSK解调和FEC集成在一起，逻辑模块采用0.25ｍCMOS技术，RF模块采用BiCMOS技术，外接元件只有F连接器、４MHz晶体和几个电阻电容，甚至高频振荡电路中的电感和变容二极管也包含在芯片内，这意味着在生产中不需要进行调整。杭州国芯科技有限公司的GX1101系列是支持DVB-S标准的卫星数字电视信道接收芯片，主要由双ADC、QPSK解调模块及前向纠错模块组成。第47页，课件共72页，创作于2023年2月

11.2有线数字调谐器11.2.1有线数字电视系统11.2.2有线数字调谐器基本结构11.2.3解调和信道解码芯片STV029711.2.4TCMU30311PTT型有线数字调谐器11.2.5其他解调和信道解码芯片第48页，课件共72页，创作于2023年2月

11.2.1有线数字电视系统有线数字电视是利用射频电缆、光缆、多路微波线路或它们的组合传输数字电视信号的数字电视系统。卫星数字电视的接收比较简单，卫星电视广播系统的上行站、卫星和遥测遥控跟踪站等都巳由国家建成，用户只要有卫星接收天线和带智能卡的CBTV专用卫星解码器(IntegratedReceiverDecoderIRD)就能接收到CBTV平台的节目。数字有线电视的建设是一个复杂的系统工程，需要较多的投资，要建设数字电视前端设备，要建设或拓宽传输网络，用户要购置数字有线电视接收机或机顶盒。数字有线电视系统通常由前端设备、传输系统、信号分配系统三部分组成。

11.2.1有线数字电视系统有线数字电视是利用射频电缆、光缆、多路微波线路或它们的组合传输数字电视信号的数字电视系统。卫星数字电视的接收比较简单，卫星电视广播系统的上行站、卫星和遥测遥控跟踪站等都巳由国家建成，用户只要有卫星接收天线和带智能卡的CBTV专用卫星解码器(IntegratedReceiverDecoderIRD)就能接收到CBTV平台的节目。数字有线电视的建设是一个复杂的系统工程，需要较多的投资，要建设数字电视前端设备，要建设或拓宽传输网络，用户要购置数字有线电视接收机或机顶盒。数字有线电视系统通常由前端设备、传输系统、信号分配系统三部分组成。

第49页，课件共72页，创作于2023年2月1.前端设备图11-13是数字有线电视前端组成方框图。卫星天线接收的信号经馈源和高频头送到功分器，功分器将输入信号功率分成相等的几路信号功率输出。因为每个卫星转发多套节目，有线电视系统要同时接收这些节目必须使用功率分配器。功分器每一输出可接一台卫星数字调谐器，调谐器输出的TS流经解扰器解扰后送到矩阵切换器。自办节目用摄像机摄取图像信号，用话筒获取声音信号送到MPEG2编码器后压缩为TS流送到矩阵切换器。视频服务器将观众点播的节目TS流送到矩阵切换器。矩阵切换器选取要播放的节目由TS流处理器进行解复用或者由再复用器进行重新组合。这些组合的TS流经过加扰、信道编码、QAM调制、变频后送到混合器。根据我国的实际情况，模拟电视和数字电视会有相当长一段时间的并存期，用卫星电视接收机输出的模拟电视信号经调制后也送到混合器与数字信号一起混合。第50页，课件共72页，创作于2023年2月图11-13有线电视前端组成方框图LNB调谐功分器解扰器LNB功分器调制器混合器LNBIRD功分器IRD调制器调谐调谐调谐解扰器解扰器解扰器编码器服务器矩阵切换TS处理再复用再复用TS处理加扰信道编码QAM调制变频加扰信道编码QAM调制变频加扰信道编码QAM调制变频加扰信道编码QAM调制变频光发接收机主输出测试口第51页，课件共72页，创作于2023年2月

2.传输分配系统参照国际电信联盟ITU-T建议J.112中给出的数字视频广播有线电视分配系统模型，广电城域宽带网在业务提供商和用户之间建立了两种信道：广播信道(BC)和交互信道(IC)。无方向性的宽带广播信道包括视频、音频及数据的传输和分配。交互信道是建立在业务提供商和用户之间的双向信道，用来为用户提供交互业务。交互信道分为反向信道和正向信道。反向信道的方向从用户到业务提供商，是用于向业务提供商申请或回答问题的窄带信道，正向信道的方向从业务提供商到用户，用于支持业务提供商为交互业务而提供的各类信息和其他请求通信服务。第52页，课件共72页，创作于2023年2月专门用户、集团用户以及上网密度较高的楼群应采用以基带传输为特征的5类双绞线以太网接入方式进入广电网；分散、数量多、分布面广的个体用户应采用HFC(HybridFiberCoaxial光纤同轴混合有线电视网络)接入方式进入广电网。只有当数字有线电视前端设备、广电城域网和接入网都建成后，用户购置数字有线电视接收机或机顶盒才能接收数字有线电视。第53页，课件共72页，创作于2023年2月

11.2.2有线数字调谐器基本结构图11-14是数字有线电视接收机组成方框图，包括数字调谐器、解复用、解码主芯片和条件接收模块、IC卡接口、视、音频输出接口、遥控器和电源等。来自有线电视前端的射频数字信号，在数字调谐器中转换为TS流。有线数字调谐器由高放、MOPLL、解调和信道解码器三部分电路组成。图11-14数字有线电视接收机结构方框图有线数字调谐器QAM解调信道解码D/A伴音信号解复用MPEG-2解码编码RL模拟电视信号DRAM中放条件接收数字电视信号主芯片微处理器混频本振PLL高放MOPLLRF解调和信道解码第54页，课件共72页，创作于2023年2月数字有线电视网通过同轴电缆把数字电视信号送入一体化调谐器，调谐器的第一级是一个场效应管宽带低噪声放大器(频率覆盖范围为：48.25～855.25MHz)。放大后的信号再送入低(48.25～168.25MHz)、中(175.25～447.25MHz)、高(455.25～855.25MHz)三个波段放大器放大，波段放大器前后各有两个带通滤波器进行波段滤波，低、中、高三个波段按照模拟地面广播的习惯通常称为VHFL、VHFH和UHF。波段放大后信号送入MOPLL。图11-15是高放和频段放大电路方框图。第55页，课件共72页，创作于2023年2月图11-15高放和频段放大电路方框图RFIN高放低波段中波段高波段滤波滤波滤波滤波滤波滤波滤波去MOPLL第56页，课件共72页，创作于2023年2月分为三个波段的原因与模拟电视一样，是频率复盖问题，本振频率是由调谐回路的L、C值决定的，即L值不变，当变容二极管的电容在调谐电压VT作用下从最小值CMIN变到最大值CMAX时，本振频率从最大值fMAX变到最小值fMIN。因为变容二极管电容最大值与最小值之比是6，本振频率最大值与最小值之比只能比小，所以分为三个波段。MOPLL见5.1.2节。第57页，课件共72页，创作于2023年2月

11.2.3解调和信道解码芯片STV02971.QAM解调图11-16是QAM解调器的方框图。接收信号r(t)与两个本地正交载波相乘，再经低通滤波，可得到两个基带信号rI(t),rQ(t)。但采样相位偏差和载波频率相位偏差造成了信号的功率减少和正交交叉串扰。通过数字锁相环来补偿采样相位偏差和载波频率相位偏差。这两个环就称为定时恢复环和载波恢复环。定时恢复环与11.1.5中介绍的完全一样，载波恢复环由快速载波恢复和慢速载波恢复两个环路组成。收发端的本振时钟不精确相等，或者信道特性的快速变化使得被传送信号偏离其中心频谱，都会导致下变频后的“基带信号”中心频率偏离零点。由于有线信道的时变特性、高频头的宽带滤波器、下变频电路、接收端自适应均衡器的步长噪声等，引起信号的相位抖动。需要载波恢复模块把伪基带信号搬移至基带，同时跟踪该基带信号的相位。第58页，课件共72页，创作于2023年2月图11-16QAM解调器结构示意图×DCOr(t)内插滤波器正交解调奈奎斯特滤波rI(t)rQ(t)×解相位旋转DCO定时误差检测码元时钟恢复环路DCOPD均衡器快载波恢复环路频差检测器慢载波恢复环路码元字节转换去FECADC～固定时钟第59页，课件共72页，创作于2023年2月为获得较小的相位抖动，锁相环路的捕捉带必须较小，需要相位差检测器（PhaseDetector，PD）；但伪基带信号的频差有可能超出捕捉带，载波恢复需要频差检测器（FrequencyDetector，FD），或扫频电路。鉴频鉴相法包含快速载波恢复和慢速载波恢复两个环路。快速载波恢复补偿信号的相位在传输中受到损害．慢速载波恢复跟踪信号的频差。工作时扫频电路进行慢速扫描，在某一频率处，载波恢复环路锁定。快速载波恢复环路先捕捉信号中能量最大的点，即星座图四角上的点，根据这些点调整PLL环路，称为减星锁相环(ReducedConstellationsPLL,RCPLL)。然后再根据整个星座图调整相位变化，详见参考文献44。载波恢复的一些方法见参考文献45。ATSC标准中则利用导频来恢复载波，降低了接收机载波恢复电路的复杂度。第60页，课件共72页，创作于2023年2月

2.STV0297J有线电视信道解码典型芯片有STV0297J。MOPLL输出的中频信号送到信道解码芯片STV0297J进行信道解码，STV0297J的内部结构如图11-17所示。输入的中频差分信号由A／D转换模块转换成数字信号。AGC模块分析A／D转换后的数字信号，产生PWM信号控制RF和IF放大器的增益。数字信号同时经正交解调输出I、Q基带信号，经过滚降系数为0.13～0.15的平方根升余弦奈奎斯特滤波，并恢复出符号时钟。数字AGC调节解调后的符号以补偿经过奈奎斯特滤波后的能量损失。载波恢复环路消除初始化解调后的相位和频率偏移。均衡器能够抵消回音和通道引起的线性失真，它开始先采用盲均衡算法，一旦锁定后，转换成判决导向的LMS算法。信道解码器在对每个符号的最高两位进行差分解码后，将长度单位为6bits(64QAM调制)的符号流映射为字节流，STV0297J中的信号质量评估器能从此字节流中得到载噪比等信号质量参数。第61页，课件共72页，创作于2023年2月图11-17STV0297J内部结构方框图VIN+VIN-ADC信道均衡正交解调奈奎斯特AGC解旋转宽带AGC延迟AGCAGC1AGC2符号时钟恢复载波恢复锁定状态和中断请求发生信号质量评估FEC解码格状解码去随机化解交织RS解码MPEG同步输出格式恢复TS流I2C接口SCLSDA去所有寄存器I2C中继SCLTSDAT时钟发生CLK晶体误码率检测第62页，课件共72页，创作于2023年2月信道解码进行FEC解码，包括格状解码、解交织、RS解码、去随机化和同步字节翻转。BER(BitERRORRate误码率)测试器可得到经过上面这些处理过程后的误码率情况。STV0297J的最后是输出格式化模块，它可以将最终的数据按照DVB特定的“通用接口”格式输出，也可以按照特定的并行格式或串行格式输出，以满足不同的应用需求。主机通过I2C总线向STV0297J发送控制命令，STV0297J的I2C中继器将外部I2C总线命令转送到MOPLL的I2C总线上。STV0297提供两路模拟增益控制信号AGCl和AGC2分别控制RF放大器和IF放大器，在RF信号电平较低时，AGCl控制信号占主导地位；而在RF信号电平较高时，AGC2控制信号占主导地位，在此之间，AGCl和AGC2共同起作用。这种双模拟增益控制机制在输入的RF信号存在几十dB变化时能获得最佳的性能。第63页，课件共72页，创作于2023年2月

11.2.4TCMU30311PTT型有线数字调谐器三星公司TCMU30311PTT型有线数字调谐器将高频调谐解调器、频率合成器、数字解调和信道解码器等做在一起，用金属壳屏蔽起来，形成独立的通用组件，组件完成调谐、QAM解调和信道解码。数字调谐器的输入频率范围为50～860MHz，有环通输出，中频中心频率为36.125MHz。可以进行16、32、64、128、256QAM解调，16、256QAM解调时符号率为1.5～7.25MS／s，32、64、128QAM解调时符号率为1.0～7.25MS／s。FEC纠错符合ITU-TJ83附录A、B、C。所有电路装在一个104×47×14的屏蔽盒内，图11-19是其内部结构方框图。第64页，课件共72页，创作于2023年2月图11-19TCMU30311PTT内部结构方框图RFINSTV0297JQAM解调信道解码I2CIFIFI2CTS流波段开关电荷泵