569_Fal'ko_A._I._Proektirovanie_Radiobloka_Priemnika
.pdfФедеральное агентство связи Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (ФГОБУ ВПО «СибГУТИ»)
А.И. Фалько
Проектирование радиоблока приемника цифрового телевизионного вещания
Учебно-методическое пособие по курсовому и дипломному проектированию
Новосибирск
2015
УДК 621.397.446(075.8)
Фалько А.И. Проектирование радиоблока приемника цифрового телевизионного вещания: Учебно-методическое пособие по курсовому и дипломному проектированию. – Новосибирск: Изд-во СибГУТИ, 2015. – 18с.
Даются рекомендации по разработке структурной и принципиальной схемам радиоблока.
Учебно-методическое пособие предназначено для курсового и дипломного проектирования студентам, обучающимся по направлению подготовки 11.03.02 – Инфокоммуникационные технологии и системы связи квалификации (степени) «бакалавр» и квалификации (степени) «магистр».
Кафедра радиотехнических устройств
Рецензент: д-р техн. наук, профессор Мамчев Г.В.
Илл. – 8, список литературы – 13 наименований
Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ в качестве учебнометодического пособия.
©Фалько А.И., 2015
©Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, 2015
|
Оглавление |
|
Введение................................................................................................................... |
4 |
|
1. |
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЦИФРОВЫХ ТВ-ПРИЕМНИКАХ............................. |
5 |
2. |
СЕЛЕКТОРЫ КАНАЛОВ (ТЮНЕРЫ) ЦИФРОВЫХ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ |
|
ПРИЕМНИКОВ........................................................................................................ |
8 |
|
3. |
ДЕМОДУЛЯТОР И КОРРЕКТОР ОШИБОК................................................... |
11 |
4. |
РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ РАДИОБЛОКА............................ |
13 |
4.1. Методика разработки структурной схемы радиоблока................................. |
13 |
|
4.2. Пример расчета реальной чувствительности приемника и требуемого |
|
|
усиления тюнера .................................................................................................... |
15 |
|
Литература.............................................................................................................. |
17 |
|
3
Введение
Курсовая работа по дисциплине «Радиоприемные устройства цифрового телерадиовещания» предусматривает проектирование радиоблока цифрового приемника телевизионного вещания. В состав радиоблока в цифровых телевизионных приемниках [1] входит селектор каналов (тюнер), демодулятор сигналов OFDM/QAM, деперемежители и канальные декодеры (Витерби и Рида-Соломона).
Автору курсовой работы необходимо сделать расчет структурной схемы радиоблока. Выбрать элементную базу и составить структурную схему радиоблока для выбранной элементной базы. Выполнить электрический расчет элементов принципиальной схемы (по заданию преподавателя) и составить принципиальную схему.
Пояснительная записка к курсовой работе должна содержать:
1.Техническое задание (ТЗ) на проектирование.
2.Общие принципы построения цифровых ТВ-приемников (описание структурных схем).
3.Описание развернутых структурных схем селекторов каналов
(тюнеров).
4.Краткое описание демодуляторов и корректоров ошибок.
5.Результаты расчета структурной схемы радиоблока.
6.Разработанную структурную схему радиоблока для выбранной элементной базы и подробное ее описание.
7.Результаты расчета элементов принципиальной схемы (УРЧ, цепей согласования и т.д.).
8.Разработанную принципиальную схему и ее подробное ее описание.
9.Перечень элементов принципиальной схемы (спецификацию).
10.Список использованной литературы.
11.Список принятых сокращений.
Пояснительная записка курсовой/дипломной работы (проекта) оформляется по ГОСТу на листах формата А4 шрифтом Times New Roman или Arial 14 кеглем через 1,5 интервал по правилам выпускной квалификационной работы, которая на сайте университета представлена под названием «Бакалаврская работа».
4
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЦИФРОВЫХ ТВ-ПРИЕМНИКАХ
Цифровые ТВ-приемники разделяются на приемники спутникового ТВвещания и наземного телевизионного вещания. Приемники цифрового ТВвещания в настоящее время могут строиться по трем вариантам:
1.Цифровой телевизионный приемник.
2.Комбинированный (гибридный) аналого-цифровой телевизионный приемник.
3.Телевизионный приемник с цифровой приставкой к аналоговому телевизору.
Обобщенная структурная схема наземного цифрового ТВ-приемника приведена на рис.1.1. Она содержит радиоблок, декодер MPEG (осуществляет преобразование, обратное процедуре сжатия сигнала изображения и звука) и воспроизводящие устройство изображения и звука с соответствующими блоками развертки, ЦАП и т.д.
|
|
|
|
Радиоблок |
|
|
|
|
Селектор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Демодулятор |
|
Депереме- |
|
Декодер |
Декодер |
||
каналов |
|
|
|
|
Рида- |
|||
|
OFDM/QAM |
|
житель |
|
Витерби |
|
||
(тюнер) |
|
|
|
|
Соломона |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Демульти- |
|
Декодер |
плексор |
|
MPEG |
транспортного |
|
|
потока |
|
Видео |
|
|
декодер |
|
|
|
Аудио 
декодер
Шина данных
Развертывающее 
устройство
Видео ЦАП Процессор
видео и звуковых Аудио сигналов 
ЦАП 
Устройство воспроизведения изображения
УЗЧ
Гр.
Рис.1.1. Обобщенная структурная схема приемника наземного цифрового телевизионного вещания
Радиоблок состоит из селектора каналов (тюнера), демодулятора сигналов OFDM/QAM, деперемежителя (для преобразования цифровой последовательности в исходный вид), канальных декодеров (для исправления ошибок). Далее демультиплексором транспортные потоки видео и звука разделяются для преобразования в декодере MPEG [1].
5
Селектор каналов выделяет и усиливает принимаемый высокочастотный радиосигнал, осуществляет настройку на выбранный канал и преобразует радиочастоту в более низкую промежуточную частоту или видеочастоту (преобразование на нулевую промежуточную частоту).
На рис.1.2 представлена упрощенная структурная схема комбинированного (гибридного) аналого-цифрового телевизионного приемника. Программное обеспечение обеспечивает возможность совместной работы с цифровой платой DVB. Если плата DVB не установлена, то работа комбинированного телевизора ничем не отличается от аналогового телевизора. Если плата DVB установлена, то будут приниматься наряду с аналоговыми программами и цифровые DVB.
|
|
|
|
|
|
|
|
Цифровая плата DVB |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
Демодулятор |
|
|
|
Демуль- |
|
|
|
Декодер |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
OFDM/QAM |
|
|
типлексор |
|
|
|
MPEG |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сигнал RGB |
|
Звуковой сигнал |
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Шина I²C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
Тюнер |
|
|
Демодулятор |
|
|
|
Малосигналь- |
|
|
|
Видеоусилитель |
|
|
Устройство |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ный процессор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
воспроизве- |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
видео и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дения |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Развертывающее |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
звуковых |
|
|
|
|
|
|
изображения |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
устройство |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сигналов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
УЗЧ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
ИК |
|
|
|
|
|
Процессор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Пульт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
ДУ |
|
|
|
фотоприемник |
|
|
|
управления |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Блок |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
питания |
|
|
|||
|
|
|
|
Панель местного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
управления |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
220 В |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Шасси аналогового телевизора |
|
|
||||||||||||||||||||||||
Рис.1.2. Комбинированный (гибридный) аналогово-цифровой телевизор
На рис.1.3 приведена структурная схема цифровой приставки к аналоговому телевизионному приемнику. Она состоит из селектора каналов (тюнера), АЦП и блока цифровой обработки сигналов. Эта часть полностью совпадает с аналоговым и цифровым трактом наземного цифрового телевизионного приемника, по схеме рис.1.1 включая декодер MPEG.
Подключение к аналоговому телевизору может быть на видео и звуковых частотах, через разъем SCART, а также после модулятора к антенному выходу обычного аналогового телевизионного приемника.
6
|
|
|
|
|
Блок цифровой обработки сигналов |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Видео сигнал |
|
Тюнер |
|
АЦП |
|
Демоду- |
|
Канальный |
|
MPEG |
|
Кодер |
|
|
|
|
|
|
лятор |
|
декодер |
|
декодер |
|
PAL |
на SCART |
|
|
|
|
|
|
|
|
Выход звука |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
на SCART |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Модулятор |
На антенный |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вход телевизора |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.1.3. Цифровая приставка к аналоговому телевизионному приемнику |
|||||||||||
Структурная схема приставки к аналоговому телевизионному приемнику для приема сигналов спутникового телевизионного вещания приведена на рис. 1.4. В таких радиоприемных устройствах непосредственно у раскрыва антенны располагается конвертор для преобразования принимаемых сигналов
сантиметрового диапазона |
(чаще |
всего применяется Ku-диапазон |
|
fс 10,7...12,75ГГц) |
в более |
низкую |
промежуточную частоту (например, |
fпр 0,95...1,95ГГц, |
fпр 1,1...2,15ГГц). |
|
|
После преобразования принятого сигнала конвертором сигнал на промежуточной частоте с помощью соединительного кабеля поступает на внутренний приемник (ресивер). Ресивер преобразует сигнал по схеме цифровой приставки рис. 1.3.
А |
В |
|
|
Конвертор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
П |
ВПП |
УРЧ |
ПФ |
ПЧ1 |
Ресивер |
К телевизору |
Рис.1.4. Приставка к аналоговому телевизору для приема программ спутникового телевизионного вещания
А – антенна; В – волновод;
П – поляризатор; ВПП – волноводно-полосковый переход;
УРЧ – малошумящий усилитель радиочастоты; ПФ – полосовой фильтр; ПЧ1 – первый преобразователь частоты.
7
2. СЕЛЕКТОРЫ КАНАЛОВ (ТЮНЕРЫ) ЦИФРОВЫХ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ПРИЕМНИКОВ
Существует два варианта построения селекторов каналов. В первом варианте используется двойное преобразование частоты (рис.2.1). На входе стоит неперестраиваемый малошумящий усилитель радиочастоты (УРЧ), с автоматической регулировкой усиления по принимаемой радиочастоте (АРУ РЧ). Полосовой фильтр (ПФ) на выходе УРЧ выделяет полосу частот всех диапазонов метровых и дециметровых волн и обеспечивает избирательность по первому зеркальному каналу. Первый преобразователь частоты состоит из первого смесителя (СМ1), первого гетеродина, которым является синтезатор частот и фильтра первой промежуточной частоты (ФПЧ1). Задачей первого преобразователя частоты является перенос частот всех принимаемых каналов в полосу пропускания ФПЧ1. Первая промежуточная частота ПЧ высокая порядка 1ГГц (чаще всего 1,22 ГГц), чтобы облегчить подавление первого зеркального канала. Фильтр первой промежуточной частоты как правило электроакустический на поверхностных акустических волнах (ПАВ) с полосой пропускания 8 МГц.
ПФ УРЧ СМ1 ФПЧ1 УПЧ1 СМ2 ФПЧ2 УПЧ2 К демодулятору
АРУ РЧ |
Синтезатор |
|
Г |
АРУ ПЧ |
|
частот |
|
|
|
|
|
|
|
|
Управление (выбор канала)
Рис.2.1. Селектор каналов (тюнер) первого варианта
После усилителя первой промежуточной частоты (УПЧ1), во втором преобразователе частоты, состоящем из второго смесителя (СМ2), гетеродина (Г) и фильтра второй промежуточной частоты (ФПЧ2), сигнал переносится на стандартную ПЧ2. В России центральная частота fпч2 35,25МГц, в Западной Европе fпч2 36МГц. В выпускаемых промышленностью селекторах каналов гетеродин обычно с кварцевым резонатором, фильтр ФПЧ2 электроакустический на ПАВ с полосой пропускания 8 МГц. Усилитель второй промежуточной частоты (УПЧ2) охвачен автоматической регулировкой усиления на ПЧ (АРУ ПЧ).
8
ПФ УРЧ |
СМ ФНЧ |
fc
К демодулятору
АРУ РЧ |
УГ |
|
ФД |
||
|
||
|
УЭ |
Поиск
fг = fc |
|
МК |
Память |
|
|
Выбор |
Управление |
|
канала |
|
||
|
СДУ |
|
(выбор канала) |
|
|
|
|
Рис. 2.2. Селектор каналов (тюнер) второго варианта
Второй вариант построения селектора каналов основан на принципе прямого преобразования частоты, т.е. переносом сигнала на нулевую промежуточную частоту (рис.2.2). В этом варианте УРЧ также как и в первом варианте неперестраиваемый с АРУ РЧ, а полосовой фильтр ПФ выделяет полосу частот всех диапазонов метровых и дециметровых волн. Настройку на заданный канал осуществляет перестраиваемый (управляемый) генератор (УГ) с кольцом следящей фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). В кольцо ФАПЧ помимо управляемого генератора (УГ) входит управляющий элемент (УЭ), фазовый детектор, состоящий из перемножителя напряжений и фильтра нижних частот, а также блок поиска канала. В режиме поиска частота управляемого генератора изменяется управляющим напряжением по командам настройки от микроконтроллера (МК) по сигналу от системы дистанционного управления (СДУ), до тех пор пока частота УГ не попадет в полосу захвата кольца ФАПЧ. Тогда поиск отключается и происходит настройка УГ кольцом ФАПЧ с точностью до фазы сигнала. Эта частота заносится в память. В режиме автоматического сканирования микроконтроллер МК опять включает поиск и так повторяется до тех пор, пока не будет просмотрен весь диапазон принимаемых каналов и их частоты не будут занесены в память. В дальнейшем при выборе канала нажатием кнопки с пульта управления с микроконтроллера дается команда подачи управляющего напряжения для настройки соответствующего канала (работает следящая ФАПЧ). На выходе смесителя СМ после ФНЧ будет сигнал принятого канала в видеоспектре, который подается на демодулятор сигналов OFDM/QAM для дальнейшей обработки.
В данном варианте тюнера ФНЧ после смесителя СМ является фильтром основной селекции. К нему предъявляются высокие требования высокой избирательности ( 80...90 дБ), равномерности АЧХ ( 0,6...0,7 дБ), и линейности фазовой характеристики в полосе частот (прецизионный фильтр).
9
Некоторые производители выпускают тюнеры второго варианта с формирователем квадратурных компонент I и Q (рис. 2.3).
СМ I ФНЧ
I
ПФ УРЧ
fc
К демодулятору
|
СM Q ФНЧ |
ЦС |
Q |
|
|
АРУ РЧ |
|
УГ |
π/2 |
Рис.2.3. Селектор каналов второго варианта с формирователем квадратур I и Q
На рис.2.3 цепь синхронизации (ЦС) и поиска частоты управляемого генератора (УГ) выполнена по схеме рис.2.2.
Для построения тюнера используются специализированные интегральные микросхемы. Микросхемы тюнеров выпускают фирмы Maxim (http://www.maximintegrated.com) - микросхема MAX2112 для систем DVB-S2 [8]; Silicon Laboratories (http://www.silabs.com) производит микросхемы Si2141 и Si2151 для систем DVB-T2/T/C2/C [9]; фирма LSI Logic (http://www.lsilogic.com) производит микросхему L64733 для систем DVB-S/S2 [10].
10