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4x0系列卫星接收机的音视频电路(上)

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发表于 2008-12-2 08:25:47 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
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4x0系列卫星接收机使用很广泛,由于生产厂家众多,用料鱼龙混杂,质量参差不一,用户在使用中普遍反映故障率较高,加上维修图纸资料奇缺,给维修带来了很大的困难。好在这些4x0系列卫星接收机的电路基本是相同的,笔者以雷霆T430XP为例,实绘了该机部分电路的线路图,并且分析其控制线路的特点,提出对其缺陷的改造方案及相关故障的检修方法,希望在实际应用中对有一定的动手能力的电子爱好者有所帮助。

4x0系列卫星接收机是在法车CD.TV410单系统南瓜卡机的基础上,发展出来的多系统卡机。

早在1998-2000年,法国人陆续推出了XSAT 300/350、310/360、375机型的3x0系列卫星接收机,该系列机采用LSI LOGIC(LSI逻辑)公司的双芯片设计方案,即传输流解复用器L64008/L64108和MPEG-2音视频解码器L64005/L64105。2001年,XSAT公司又推出了CD.TV410机型,该机型在承继3x0系列机的基础上,采用了大规模集成复用器和解码器SC2000核心芯片的设计方案。SC2000芯片采用与其它芯片所不同的BGAP(Ball Grid Array Package:球栅阵列封装)封装方式,使得电性能、组装成品率得到了完善和提高。

此外410机主板在设计之初,就注重其功能的可扩展性,使得烧友们很方便地就将它DIY成多系统机器,这也是CDTV410能成为经典机型的原因所在。自此之后,国内生产厂家陆续推出的420/420S、430/430S/430XP等后续4x0系列机型,均是在410基础上的衍生机种,核心芯片之先有采用SC2002,现今大多数采用SC2005,其芯片功能大体相同。

下面我们就来详细谈谈4x0系列卫星接收机的音频电路

以430接收机采用的SC2005芯片为例,其内部的L64105模块中包括MPEG-2音频/视频解码器、OSD控制器、信道接口、视频显示接口、音频显示接口、音频PCM接口电路。

工作原理

SC2005接收来自一体化调谐器的TS流后,送到内部的L64x08模块中,由L64
x08对数据进行解复用,获取相应音视频PES数据、程序特殊信息(PSI)、服务信息(SI)等数据。音视频 PES数据通过L64 x08的接口输出,而PSI、SI等数据则被存储到外部的随机存储器(SDRAM)中,通过应用软件的控制,L64 x08的内嵌CPU对这些数据进行存取操作

L64 x08模块送出的数据是压缩的音视频PES数据,通过芯片内部的L64105模具并在存储器和嵌入式CPU的配合下,对PES数据进行解压缩,输出16bit音视频数据流。其中的视频数据流经PAL/NTSC制编码器进行视频编码、D/A转换后,产生模拟的全电视信号(CVBS)或S端子信号(Y/C),经过外部低通滤波后输出;音频数据流则经音频DAC电路转换成模拟音频信号,同样再经外部低能滤波后输出,另外L64105模块还支持S/PDIF数字音频输出。

下面就来具体谈谈4 x0系列数字卫星接收机的音视频电路

音频压缩标准简介

数字卫星接收机的音频解码遵循ISO/IEC 11172-3的MPEG-1 Audio Layer 1&2标准和ISO/IEC 13818-3的MPEG-2
Audio标准。

1、MPEG-1 Audio音频技术规格简介

MPEG-1 Audio音频文件根据压缩质量和编 码复杂程度的不同,可分为MPEG-1 Layer 1&2&3三层,即系统的第一、二、三层音频编码,分别简称MP1、MP2和MP3。

MP1和MP2采用MUSICAM压缩方法,它利用了声音的低声音频谱掩蔽效应,对于人耳听觉不太敏感的频率进行低码率编码,利用这一技术可以大大地降低音频编码速率,能在192~256Kbps的速率下实现接近CD级的音质。

MP3是大家最为熟悉的,广泛应用在网络音乐上。不过MP3是一种有损的音频压缩编码,它采用ASPEC压缩方法,即去掉人耳听觉不太敏感的频率,达到压缩的目的。

在MPEG-1的音频压缩中,采样频率可为32KHZ、44.1KHz和48KHz,可支持单声道(Monophonic)、双单场道(Dual Monophonic)、立体声模式(Stereo Mode)、联合立体声(Joint Stereo)等。

2、MPEG-2 音频技术规格简介

MPEG-2 Audio又称为MPEG-2 Multichannel(多声道)或MPEG-2 BC(Backward Compatible:向后兼容),它是对MPEG-1 Audio的扩充,增加了16KHz、22.05KHz和24KHz采样频率,以提高用低比特率时的压缩率,使得编码器的输出码率范围,由32~384Kbps扩展到8~640Kbps;增加了声道数,支持5.1声道和7.1声道的环绕立体声声,此外还支持Dolby
AC-3编码。

Dolby AC-3,全你Dolby Surround Audio Coding 3,简称AC-3,也称Dolby
Digital;直译为音响编码第三代。它是Dolby(杜比)实验室于1992年提出的音频压缩格式。

AC-3是为改善高清晰度电视(HDTV)的音质而开发的,采用双通道的码率就可实现5.1通道的编码性能,可将前左、前右、中间、右后环绕、左后环绕五个独立的声道和一个3~120Hz超低音通道的信号实行统一编码,成为单一的复合数据流。AC-3和MPEG-1 Audio一样,可支持32KHz、44.1KHz、48KHz三种采样频率,但码率可低到单声道的32Kbps,高到多声道640Kbps,以适应不同需要。


音频信号处理电路

1、音频解码器

以430接收机为例,音频解码由SC2005芯片内部L64105模块的音频解码单元完成,解码过程中,主控CPU通过总线来控制音频解码器。音频解码器能够对MPEG-1 Layer 1&2和MPEG-2这三种格式的音频数据流进行解码,形成数字音频信号,其中一组通过S/PDIF接口直接输出数字音频信号,另外的PCM格式的数字音频信号则经过音频DAC电路转换后,输出模拟立体声音频信号。

PCM(Pulse Code Modulation),即脉冲编码调制,PCM格式的数字音频信号是指模拟音频信号只经过采样、模数转换而成信号,而未经过任何编码和压缩处理,如普通CD的PCM采样频率为44.1Khz,量化精度为16bit,动态范围为98dB。

2、音频DACrDACDigitalAnalogConverter)即数模转换器,音频DAC电路的功能是将已解码的数字PCM数据转换成立体声模拟信号。在SC2005内部集成了音频D/A转换器,它是一种具有可编程锁相环(PLL)的立体声数模转换器,可将音频解码器输出的PCM音频数据转换成具有左、右声道的两路音频信号,同时音频DAC产生过采样时钟,作为参考时钟提供给MPEG-2解码器,以产生精确的音频系统时钟。

3、S/PDIF音频数字接口

(1)S/PDIF接口简介

常用的数字输出接口为S/PDIF(Sony/Philips Digital
InterFace)接口,它是由Sony与Philips公司联合制定的一种音频数字输出接口,广泛应用诸如CD、DVD、DVB等影音数字设备上。其主要作用就是改善音质,提高信噪比。相对于普通的音频模拟接口来说,S/PDIF接口可以有效抑制因模拟连接所带来的噪音信号,同时也减少了由于音频DAC转换和电压不稳引起的信号损失。

S/PDIF接口有数字同轴接口和数字光纤接口两种。

① 数字同轴接口

数字同轴接口(Coaxial S/PDIF)采用阻抗为75Ω的同轴电缆为传输线,通过电子脉冲来传输数字信号。在器材的北面板上有“COAXIAL”的标识。它的接头又分为BNC和RCA两种。

数字同轴标准接头采用仪器上常见的BNC接头,其阻抗是75Ω的同轴电缆配合,传输频带较宽,可合格证阻抗恒定,确保信号传输正确。但目前市面上由于成本的考量,多采用AV端子的RCA(莲花插头)接头代替,但RCA接口传输频带较窄,也没有稳定的阻抗特性,对音质的影响较大。为减小这种影响,可购买BNC转RCA的连接器件。

②数字光纤接口

数字光纤输出接口是利用光导纤维作传输线,将数字电脉冲信号转变成光脉冲信号,以便在光纤里进行传输优点是受外界干扰影响较小,特别是中、低频的电磁干扰,而且传输频带宽、损耗小,还能防止由信号线产生的无用电磁辐射。但由于光纤连接的信号要经过发射器和接收器的二次转换,会产生时基抖动误差(Jitter),对音质有一定的影响。常用的光纤材料有塑料、石英、玻璃等,其中玻璃光纤(ST)是最昂贵的一种。

光纤输出接口可分Toslink接口和AT&T接口两种,它们的区别在于传输接口标准及光纤材料不同,不能通用。

Toslink全名Toshiba
link,是日本东芝(TOSHIBA)公司较早开发,并经日本EIAJ(日本电子机械工作)认证的一种通用光纤输出接口,在器材的背面板上以“OPTICAL”作标识。Toslink接口具有重量轻、截面小、抗电磁干扰能力强,但易受射频干扰,而且存在的时基误差,比一般数字同轴输出的误差要大。

AT&T是由AT&T公司(美国电话电报公司)所制定的标准,这种光纤接口,时基误差很小,多用于专业音响设备和通信设备。

(2)给4x0接收机加装S/PDIF接口

绝大部分的4 x0接收机未安装S/PDIF接口,如果你具备带有数字音频解码功能的功放,或者带有数字音频解码的有源音箱时,可以为接收机添加S/PDIF接口作为音频数字输出,这样使用外置的音频DAC进行解码,会达到更好的音质。

①给4 x 0接收机加装光纤输出接口

4 x 0接收机的主板上的U2为Toslink光纤输出接口位置,但未焊上相应的元器件,只要将这些元器件添加上去就具备光纤输出功能。

具体加装过程如下:

找一个Toslink光纤发射座,可在坏的CD、DVD机中拆一个,其中光纤发射座的1脚为信号端,2脚为电源端,接+5V电源;3脚为接地端。由于主板只有一个安装孔,因此将发射座的一只固定脚剪掉。将主板U2位置的焊孔透空,把光纤发射座插入U2位置上,焊好即可。由于只采用一个安装脚,发射座会有松动感,在底座滴几滴502胶来加强固定。将U2旁边未安装的元件C5、C7添加上。机器的后面板已预留了光纤接口安装位置,只要用裁纸刀小心地将覆盖在背面板上的自贴纸划去即可。

②给4 x 0接收机加装同轴接口

4 x0接收机加装同轴接口非常简单,只要找一个BNC插座,将插座的芯线焊接到来自CPU的数字音频信号线上,然后再将BNC插座固定在机器背面板预留的安装孔上即可。

加装好S/PDIF接口的接收机外。

音频放大电路

4 x 0主板上大多数采用信成双运放JRC4558组成的音频放大电路,对两路音频信号分别进行放大后,再通过左、右两组的音频L、R端口输出。

1、集成双运放芯片-JRC4558

(1)JRC4558双运放简介

JRC4558是一款极为普通的集成双运放芯片,常见的有两种封装形式,最大供电电源为±18V,引脚功能。

(2)单电源运放的基本电路

集成运放作为交流电放大器有同相放大和反相放大两种基本类型,在单电源电路中,其同相放大和反相放大的基本电路。

其中同相放大的增益(Gain)≈1+R2/R1;反相放大的增益(Gain)≈-R2/R1,R3阻值的选取为R3=R1R2/(R1+R2)。在以上的两上电路中,均采用耦合电容C,来阻止直流信号的进入,使得该电路只对交流信号起放大作用。

2、音频放大电路原理

参照雷霆T430XP接收机的主板,实绘了音频放大电路部分的原理图。

信号从JRC4558的反相端进入,通过内部的放大器放大后,由输出端输出,再经过外部耦合电容以及RC组成的双组低通滤波电路后输出,每个通道的增益给为R10/S27=R17/S18=110KΩ/36KΩ≈3(倍)。

由于采用的是单电源供电的方式,输出端会有1/2的电源电压的直流输出,因此采用了四只容量为10μF/25V隔直耦合电解电容。

电路中的VD9、VD10、VD11、VD12为采用D6贴片封装的A7型双二极管,用于保护了主芯片的音频输出端口,但在该机中未加装,可为之添加。

3、改善音频播放效果

运放在对音频信号进行处理时,很容易产生噪音和失真,因此运放的好坏成为影响音质的最大关键。大部分的4 x 0接收机都是采用极期普通的低端双运放JRC4558,并且采用单电源供电(也有少部分的430采用双电源±12V供电的)。

改善音频播放效果的措施很多,如更换性能好的运放芯片,采用双电源给芯片供电,或者摒弃原有的放大电路,选用设计更合理的、音频播放效果更好的放大电路来代替。

(1)更换集成双运放芯片

如发烧友常用的廉价双运放芯片-运放之皇大S的NE5532,可直接替换。还有AD826、AD827、OPA2134 OPA2604
P275等等,不过价格稍微高一些。

(2)更换电容

电源滤波、信号耦合中所用的电解电容也关系到音质的好坏,电解电容本身介质损耗较大,又存在直流漏电,其卷绕的内芯存在着或多或少的等效电感;对高频信号呈较大的阻抗,电解电容的容量和漏电流常随两端电压及频率的变化而变化,使得音质劣化。可将它换为同容量的钽电容或音频专用电容,如日本的ELNA(法拉)口Rubycon(红宝石)Nippon
Chemi-Con(化工)Black Gate(黑金刚)以及荷兰Philips等系列名牌电容,可以较为显著地提高音质。

①在安装空间的允许下,将电源电路的滤波电容更换为容量更大的高速电解电容,可提高对电源纹波的抑制效果。

②若将原来的耦合电容改用成高品质的无极性固体介质电容,可以提高声音的清晰度。

③在各电解上并联一个0.1uF的CBB或MKP MKT等电容,这样可以改善声音的高频段。

有烧友在摩430机时,支掉了C70、C72、C75、C76这四个耦合电容,此法不妥,具有一定的风险性。要知道430机音频运放采用的是单电源,没有这几个耦合电容的话,LR的输出端会存在直流电压,对后级放大器(如果也没有耦合电容的话)有影响。只有在采用双电源的情况下,输出端直流为零电平,才可以去掉这些耦合电容。

(3)采用双电源供电

俗话说,好马配好鞍。采用好的芯片,还需要好的工作电源,才能够使得运放处于最佳工作状态,发挥出好运放的特色来。采用普通变压大路设计的±15V串联式线性稳压电源,来自220V的交 流电经过变压器T降压后输出双18V电压,经过二极管VD1-VD4组成的桥式整流和电解电容C1、C2滤波后,得到约±24V的直流电压,再经三商稳压块LM7815和LM7915稳压输出±15V,为运放提供工作电源。

(4)加装音频放大板

采用双电源供电,对主板上的音频放大电路有一定的改动,即拆除S13-S16、S19、S24-S26、S29、S30、R22、F2这些元件,添加C41、C42、C43三个电容,并将运放的同相输入端接地,正电源端接到双电源的+15V,负电源端与地断开,改接到双电源的-15V。如果觉得比较麻烦,可以自制一块音频放大板,安装到机器内部适当的空间里。也可花上十几元钱,邮购一块成品的音频前置放大板。

音频电路故障的检修

对于4 x 0系列卫星接收机音频电路的故障,主要反映在选择任何节目都没有声音或者声音很小,但这时图像正常。这种故障说明解复用器和解码电路及之前的电路工作是正常的,故障应在音频DAC及之后由JRC4558组成的音频放大电路。

1、没有声音故障的检修

检修时,首先检查JRC4558芯片端有无+12V工作电源,如果没有+12V电源或+12V电源电压很低,则检查电阻F2有无断路,电解电容C40是否存在严重漏电。然后将电视机的音量和接收机音量都调到最大,用细金属针触碰JRC4558的端,人为给一个干扰信号,如果听不到很响亮的“嗞嗞”声,说明JRC4558损坏,更换芯片即可排除故障。

如果有很响亮的“嗞嗞”声,说明音频放大电路工作正常,这时候检修就比较复杂了。对于加装了S/PDIF接口的机器,可以通过带有音频DAC解码的功放测试一下有无声音。如果有声音,则证明SC2005芯片内部的音频DAC模块损坏;如果无声音,则证明SC2005芯片内部L64105模块的音频解码单元损坏,不过发生上述这两种故障的几率少之又少。

2、声音很小故障的检修

检修时,应该检查是一个声道的声音很小,还是两个声道的声音均小。一个声道的声音很小,而另外一个声道的声音正常的话,即声道不平衡,一般为该声道运放的反馈电容(如雷霆T430XP中的S19或S30)漏电所致,还有可能是运放内部的一个通道已损坏,更换运放块即可。

如果两组LR的四个插孔,只有一个插孔的输出的声音小,则是该插孔所在的这路低通滤波电路中的电容漏电所致,例如在雷霆T430XP中,L2插孔输出的声音很小,则应该检查耦合电容C70是否失效,高频旁路电容C96是否漏电。

如果两个声道的声音均很小,一般是JRC4588芯片损坏或JRC4558端没有+12V电源或电源电压很低,按照上述方法进行检修。

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 楼主| 发表于 2008-12-2 08:38:43 | 只看该作者
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4x0系列卫星接收机的音视频电路(下)

 
 4 x0系列卫星接收机使用很广泛,由于生产厂家众多,用料鱼龙混杂,质量参差不一,用户在使用中普遍反映故障率较高,加上维修图纸资料奇缺,给维修带来了很大的困难。好在这些4x0系列卫星接收机的电路基本是相同的,笔者以雷霆T430XP为例,实绘了该机部分电路的线路图,并且分析其控制线路的特点,提出对其缺陷的改造方案及相关故障的检修方法,希望在实际应用中对有一定的动手能力的电子爱好者有所帮助。
  
  
  MPEG-2视频技术规格
  
   1、MPEG-2视频技术规格简介
   MPEG-2是一种广泛应用于广播电视的视频压缩标准,在MPEG-2系统中存在五个类,四个级。
   (1)类(PROFILE)
   根据使用不同集合的码率压缩处理方法,MPEG-2共分五类:最初级叫做简单类(SP:SIMPLE PROFILE)、随后是主类(MP:MAIN PROFILE)、信噪比可分级类(SNR:SNRSCALABLE PROFILE)、及空间频谱可分级类(SPP:SPACIAL SCALABLE PROF-
  ILE)。最后为高级“类”(HP:HIGH PROFILE)。每一类都包含一组其低类所没有的新算法(模块);类别越高,编码越精细,实现也越复杂;类与类之间具有向下兼容性,任何一种高类解码器,均能对用较低类方法编码的视频图像进行解码。
  另外,在类中存在两种图像取样方式,即:4:2:2和4:2:0格式。
  
   (2)级(LEVEL)
  根据图像节目源清晰度由低到高的不同,MPEG-2共分四级:最低为低级(LL:LOW LEVEL),随后是主级(ML:MAIN LEVEL)、1440高级(H1440:HIGH-1440 LEVEL)和高级(HL:HIGH LEVEU),则采用了更高的每行1920的取样方法。
  级和类的若干组合构成MPEG-2视频编码标准在某种特定应用下的子集。对某一输入格式的图像,采用特定集合的压缩编码工具,产生规定速率范围内的编码码流。但不是所有的级和类的组合都有用,20个所选组合中只有11种是有实际应用的,具体规格应用参见附表。
  
   2、数字卫星接收机的视频应用规格
   (1)MP@ML主类/主级
   普通的数字卫星接收机的视频解码标准符合MPEG-2标准的MP@ML主类/主级规格,它是最常用、最重要、用途最广的格式,为大部分解码器所支持,其节目为标准清晰度电视(SDTV),可提供625线质量的节目,图像的长宽比可以是4:3或16:9,至于码流率,它是由节目提供者根据节目质量来选定的,一般在5~15 Mbps范围内,图像质量越高,所需码流率越高,反之则越低。
   卫星数字电视节目大多数采用的是MP@ML主类和主级,如笔者前一段时间在国内的87.5°E的中卫1号3780 V 27500一组转发器开放测试时,就用VP-1020卫星接收卡+MyTheatre(V3.33.5版本)的软件接收下两套节目,只要按下电脑键盘的"I"键,就在屏幕的左下方显示出该播出节目的视频、音频格式及码流率。
   其中的CHC动作影院频道就采用常见的MP@ML规格(图1),取样方式为4:2:0,分辨率为720×576,帧速率为25fps,即PAL制式(如果帧速率约为30fps,为NTSC制式),采用4:3画面格式,视频码流率为6 Mbps,因此普通接收机可以接收。
   (2)MP@HL主类/高级
   MP@HL主类/高级其视频码流率最高可达80Mbps,用于高清晰度电视(HDTV)。
   如笔者接收中卫1号3780 V 27500转发器,另外的一套节目为CHC高清电影频道(图2),是HDTV节目,采用的是MP@HL主类和高级,色度信号取样格式虽然为4:2:0,但分辨率高达1920×1080,帧速率为25 fps,采用16:9的宽屏画面格式,视频码流率为22Mbps,因此普通接收机是无法接收到画面的,只有采用DVB-S HD接收机或卫星接收卡加上电脑的软解压方可收到画面。
  
  
  视频信号处理电路
  
   从笔者《4x0系列卫星接收机音视频电路(上)》一文的图5中可以看出,4x0接收机的SC200x单芯片解复用器和解码器,不仅其内部L64105模块含有MPEG-2音视频解码功能,而且在SC200x芯片的内部,还含有PAL/NTSC/SECAM编码器,可将已解码的数字视频信号转换为模拟视频信号。
  
   1、4x0接收机中的视频解码器
   L64105模块内部视频解码器的作用,就是对MPEG-2的MP@ML主类/主级规格的视频进行实时解码;解码器外挂一片1M×16bit的SDRAM存储器,如430中的U11芯片,用于解码过程中的数据缓存。
   视频解码电路内部框图如下(图3)。
   视频解码时,L64x08内嵌CPU在相应软件控制下,解析原始流ES或分组原始流PES这些帧以上的高层语法,而对帧以下的,涉及大量运算的视频解码,主要是通过L64105模块内部的视频解码硬件单元来完成的,具体工作流程如下:
   (1)通过接口电路,接收L64x08传来的视频PES并进行语法分析,取出ES存入SDRAM缓存中。
   (2)找到ES中各层的开始码并提取头部信息,提取图片尺寸、比特率、量化矩阵等控制参数,存入解码器的控制寄存器中,发中断给CPU。CPU读取这些头部信息,并据此控制L64105硬件解码单元工作。
   (3)L64105硬件解码各单元从SDRAM中读出ES,进行一系列解压缩,得到重构图像,并根据其帧类型(I、B或P帧)存入SDRAM相应区内;每一帧图像解码前,CPU要根据该帧类型等参数向L64105发解码命令。
   (4)根据外部控制要求,对图像的视频格式进行转换,包括3:2下拉模式和4:3或16:9幅型比(变换垂直信箱模式)、水平的抽取和补插。
   (5)通过在屏显示(OSD)控制处理,将用户操作菜单界面的文本和图形显示数据、解码的视频数据混合在一起,送到外部的PAL/NTSC编码器中。
  
   2、视频编码器
   在SC200x芯片内集成了一个PAL/NTSC/SECAM制式的视频编码器,可将L64105模块送出的CCIR601格式的8位或16位YCbCr数字视频流编码,转换成复合视频(CVBS)、S视频(Y/C)、色差(YCbCr)和RGB基色等模拟视频信号,这模拟些信号经过视频输出接口,便可送给电视机进行播放。
   视频编码器由数据控制单元、编码器、输出接口等部分组成(图4)。
   (1)数据控制单元
   数据控制单元主要是对编码的数据流进行实时控制,通过数据管理器的数据总线接口,从视频解码器接收经过解压缩的数字视频数据YCbCr,并将它送往编码器进行编码。
   数据控制单元是通过I2C总线和主CPU进行通讯的,主CPU通过I?C总线读取视频编码器的状态信息,发出命令和数据对之进行监控。
   (2)编码器
   首先,编码器将视频信号经过RGB处理器处理成RGB信号,RGB是常见的一种编码方案。但缺乏与黑白显示系统的兼容性。因此需将它再编码成Y、U/V色彩空间,其中Y为亮度分量, U/V为两个色度分量,接着分别对Y、U、V进行编程修改增益处理,处理后的Y、C视频数据送到输出接口电路。
   (3)输出接口
  

   输出接口包含10bit的可编程控制增益的D/A数模转换器,将编码器产生的RGB带基信号转换成模拟电视信号,模拟视频信号的输出有标准和RGB OUT两种方式。在标准方式里,D/A转换器输出复合视频(CVBS)和S视频(Y/C)信号;在RGB OUT方式中,将4:2:2的YCbCr数字视频分量上采样到4:4:4,送到色空间转换成RGB带基信号,驱动RGB DAC数模转换器,转换成模拟的RGB三基色信号(图5)。
  
   视频输出制式由设置SET MODE位决定,当设置为自动时,输出制式根据码流中的信息自动确定;当设置为某一制式时,则通过视频制式控制寄存器位来确定。
   (4)关于采样频率
   根据CCIR601标准规定,MPEG-2格式视频编码器的采样频率为13.5MHz,不过如果采用这种频率会产生混叠失真。大家知道:复合视频信号的带宽是0~6MHz,根据奈奎斯特采样定理,如果存在一个干扰信号,其频率高于采样频率(fs)的1/2,则会有部分频谱折叠到小于fs/2的频带内,产生混叠(aliasing)信号,在图像上造成细密的网状或水纹干扰;而且该混叠信号是不能通过数字滤波的方式除去的,只能采用硬件滤波,理论上可采用一个0~6MHz的矩形低通滤波器来消除这种混叠信号,不过在实际设计中,却比较困难。
   因此现在的视频编码器,均是运用将采样频率升高一倍的方法,即由原来的13.5MHz提高到27MHz,来降低视频编码器输入端对低通滤波器的设计要求。
  
  视频输出电路
  
   视频输出电路是对由视频编码器输出的模拟视频信号,进行滤波和缓冲处理,接收机的视频编码器有外置和内置两种,其视频输出电路也各有不同。
  
   1、外置视频编码器的视频输出电路
   在外置视频编码器的设计方案中,如采用ADV7171、AV3169、BT864、W9954等芯片,每个视频DAC输出端口后,常采用由分立元件构成的重建滤波器和箝位电路(图6)。
   (1)重建滤波器简介
   在图6中,由R1、C1,L1、C3,R2、C2构成了无源三级重建低通滤波器。重建滤波器位于视频DAC转换器之后,用来消除由采样时钟带来的各种谐波。它具有低通特性,只使得视频的基带信号能够通过,而其他所有的信号将被统统滤掉。
   (2)箝位电路
   在视频输出端接有两个串联二极管D1、D2和一个5V直流电源构成的箝位电路。在正常工作时,二极管D1、D2是反偏截止的;一旦端口电压比电源电压高0.7V或比地低0.7V时, D1、D2正偏导通,从而将端口电压箝制在0~5V之间。这样就有效地避免了末端器材产生反馈电压,经视频输出端子直接加载到编码芯片上,造成对编码芯片的损坏。
   对于类似上述直流耦合的视频输出电路,具有箝位的保护功能尤其重要,不过国内的一些低档机器为了降低成本,在接收机的音频视频输出端都没有加任何保护,造成诸如PCM1717、PCM1723、ADV7171、BT864等音视频芯片损坏的案例屡见不鲜,而早期的产品无一例外的采取了串电感、二极管箝位等保护措施,从芯片输出端到输出端子之间有很多元件,有的还加入一级射极跟随器做缓冲(图7),使得机器的使用性能很稳定。
   爱好者们可以检查一下,自己的接收机是否是这样的产品,如果没有该功能,为之添加,很有必要。
  
  
   2、内置视频编码器的视频输出电路
   在采用内置视频编码器的单芯片解复用器和解码器设计方案中,如采用M3328、SC2005、ST5518等单芯片,主要采用放大器与RC滤波器结合起来的有源电路,典型电路如图8所示。
   由Q1组成的射极偏置电路,对视频输出信号进行放大,然后通过Q2组成的一级射极跟随器将信号送到相应的视频端子上。射极跟随器又称射极输出器,它是共集放大电路,即视频信号从三极管Q2的基极输入,从发射极输出,集电极作为输入输出的公共端,射极跟随器的特点是:输入阻抗高,输出阻抗低,电压放大倍数≤1;主要用作输入极、输出极和极间缓冲极。
  电路中的C1、C5、C6为耦合电容,C4为高频滤波电容。
  
  4x0接收机中视频输出电路
  
   4x0接收机中视频输出电路有AV端子、S端子、色差端子等几种。
  
   1、AV端子视频输出电路
  AV端子输出的视频为复合视频(CVBS),即把亮度信号、色度信号和同步信号统统混合成一路信号传送,在电视机的接收端,再将混合信号中的各种成分通过彩色解码分离开来,让它们各行其道,最终形成驱动显像管所需的RGB信号。
   复合视频接口称为Video接口或AV接口,这是一种最常见的视频接口,常采用一个黄色的RCA插座。
   雷霆T430XP的AV端子视频输出电路如下(图9)。
   由三极管Q4组成的射极跟随器接在主CPU的视频信号输出端,对信号进行缓冲;三极管Q3对信号进行放大,而后由三极管Q1、Q2组成的两路射极跟随器,将信号隔离缓冲后分别送往V1、V2视频输出端口;端口中的D7、D8类似贴片三极管封装,以致于朋友们误认为是PNP型三极管,实为A7型D6封装的贴片双二极管,内部由两个二极管组成,其1、2、3三个极分别接电源3.3V电源、公共地和视频输出端口,构成箝位电路;不但保护了主芯片端口,而且由于双二极管占位面积有限,可使得PCB(印刷电路板)布局简洁。
   不过部分的4x0系列机未加装D7、D8元件,为了保护视频输出端口,应为之添加。
  
   2、S端子视频输出电路
   CVBS采用的先复合、再分离的方法会使信号产生很大的损失,常见的现象就是色度信号窜入亮度通道,画面出现网状干扰;亮度信号窜入色度通道,在物体的轮廓处出现串珠状的亮斑。这两种现象都使得画质恶化,即使采用最高级的数字梳状滤波器,也仍难避免这种亮色信号间的相互窜扰。
   我们在传输信号时,如果将亮度信号(Y)和色度信号(C)分开传送,就避免了CVBS信号的亮色串扰问题,S端子(S-Video)就是这样的一种接口,它是当时随着S-VHS录像机发展起来的视频接口,其提供的画质比起AV接口提高很多。
   在4x0接收机中,S端子有两组,分别标注为Y/C输出和S-Video端子或者是VCR和TV(图10),其中Y/C输出对应着VCR,S-Video对应着TV,其功能是完全相同的。
  
   以雷霆T430XP为例,其S端子输出电路如下(图11),其中的S端子Y、C引脚,分别接有双二极管D2、D3构成的箝位电路。
   另外,朋友们经常为这两个端子的功能而困惑,其实,S端子输出的就是普通的亮度和色度信号,而Y/C输出的信号则是受软件控制的,笔者在探讨雷霆T430XP能否加装色差端子时,发现了这一现象,详见下面的叙述。
  
   3、色差端子视频输出电路
   (1)色差端子
   对于S端子,它仍需把两路色差信号(B-Y、R-Y)混合成一路色度信号(C),然后在接收端进行分离,这样也会使信号受到一些损失,色度信号的带宽也受到一定的限制;于是出现了将两路色差信号分开传输的端子,即YUV(亦称YCbCr)端子,又称为色差分量接口。通过这种接口进行连接,可以获得最好的图像质量。从上面对视信号处理电路的分析知道:数字卫星接收机用的MPEG-2数字压缩信号,就是以YUV的格式编码处理的,只不过它是数字视频信号。
   通过分量接口进行传输时,色度通道可以保持最大的带宽,而且输出信号无需经过变换处理,没有任何损失。电视机接收到这种信号后,也无须进行复杂的亮/色分离电路处理,只需用一个矩阵电路进行简单的叠加处理,就可获得RGB信号。
  

   当使用的电视机视频性能指标较高时,就可以看出色差端子和S端子在输出图像上的差别来,如图12是夏华34F1A彩电后面板的音视频插座,它不但拥有YCbCr隔行色差输入端子,还具备YPbPr逐行色差输入端子,以适应不同层次信号源的要求。
   (2)关于给4x0接收机添加色差端子的问题
   ①给预留色差接口的4x0接收机添加色差端子
   部分的4x0接收机印刷电路板上预留有色差接口的连接焊点(图13、14),电路原理图见图15,可以为之添加一个RCA插座和部分元件,即具有色差输出端子。
  
   具体添加方法,可参考图15进行,其中的D4、D5、D6为双二极管,由于预留接口的亮度信号Y在接收PAL制式的节目时,没有同步头信号,因此需将它断开后,改接到S端子的Y2引脚上,这样又可以省去D6、C81、R277三个元件,只要添加D4、D5和C80、C82即可。
   需要指出的是,有资料在介绍如何添加色差端子时,把有无电解电容C70看成是能否添加色差端子的标志,这是错误的;从笔者《4x0系列卫星接收机音视频电路(上)》一文的图21可以清楚地看出,C70只是4x0机VCR这组音视频端子中左声道的耦合电容,和视频信号没有任何关系,加装后的色差端子的标记见图16。
  
   ②没有色差接口的机器能否添加色差端子的问题
   能否为没有预留色差接口的4x0主板添加色差接口?笔者通过雷霆T430XP接收机接收105.5°E亚洲3S卫星上的Feed频道(4129 H 13240)的测试彩条信号,运用示波器查找连接焊点波形的方法,进行了如下试验。
   首先明确测试彩条中的三基色、亮度、色差信号的各个波形,详见图17。
   参考图17的波形,笔者全面地检查印刷电路板上的焊接点和连接孔,发现只找到CVBS、Y、 C、Cr(包含R、G)这5个信号点。
  
   其中图18是CVBS全电视信号的波形。
   图19、20分别S端子中亮度信号Y、色度信号C的波形。
   同时笔者还通过检查发现:对于没有色彩输出项目设置的软件,如汉化的南瓜系统,其Y/C输出端子和S端子的输出的Y、C信号是一样的;而对于有色彩输出设置的软件,当进入输出设定界面,将色彩输出设置为YUV时(图21),Y/C输出端子的C输出则变为Cr输出(图22)。
   而设置成RGB时(图23),则Y/C分别输出G(图24)和R(图25)信号,知道了这个规律,也就解释了为什么在采用Y/C输出端子时,图像会有无色彩或上部扭动的现象发生。
   经过试验,得出将色彩输出设置为YUV时,Y/C输出端子输出的就是Y/Cr信号的结论;但经过几番查找,始终找不到Cb信号点,估计可能是工厂在生产时,未在印刷电路板上设计SC2005相关Cb引脚的PCB焊点,因此加装色差端子的实验以失败而告终。
   
  音视频输出接口
  
  
同时具有音频视频输出功能的接口有SCART和RF两种。
  
   1、欧洲的音视频标准———SCART接口
   在上面的介绍中,我们已谈到了视频编码器可将YCbCr数字视频分量,转换成模拟的RGB三基色信号输出,这样就不需要经过电视机的矩阵电路,直接从末级视放送到显像管的三个阴极。理论上讲,此方式所经过的环节最少,图像质量最高。
   输出RGB三基色信号的接口,以15针电脑VGA接口和欧洲的SCART接口为最多,也有少部分采用RCA插座来输出三基色的,现在我们就谈谈在接收机上用得最多的SCART接口。
   SCART接口是一种传输CVBS信号、隔行RGB信号和音频信号的复合接口,最初由法国公司Peritel提出的工业标准,后被欧洲其他的使用PAL视频制式的国家广泛采用,成为欧洲标准的音视频接口,因此又称欧插(Euro Connector)。
   SCART接口有21个引脚(图26),包括双向音频和视频线,其中奇数引脚大多为输出端,引脚21是SCART端口的接地屏蔽端。
   国外的4x0接收机,均带有两个SCART接口(图27、28),一个用于连接电视(TV),另外一个用于连接录像机(VCR)。
  
  
   2、射频调制器———RF接口
   射频调制器就是以射频信号作为载波,将音视频信号调制成45~870 MHz范围某一频点内的有线电视射频信号,以利于电视机用天线接口(RF接口)来接收,其信号与广播电视信号是一样的,是混合音视频信号。早期的电视机往往没有视频输入接口,只有天线接口,所以在接收机上会装备射频调制器,以便与这种电视机连接。
   安装在VCD、DVD、DVB等家电上的射频调制器,从调制的频道来区分,有普通调制器和捷变调制器两种,
   (1)普通调制器
   常见普通调制器采用是固定射频输出的定频调制器(图29),由分立元件构成,结构简单、成本低廉,但电磁干扰、频道漂移严重;只用于条件要求不高的场所,如低档的VCD、卫星接收机、电子游戏机等电子产品。定频调制器只有电源、A、V和接地端这四个引脚。
   还有一种是采用机械调节频道的普通调制器,如过去的磁带录像机常用的一种射频调制盒(图30),具有一进一出两个RF公母接口,可输出U频段的PAL-B.G/I/D.K、NTSC制式的射频信号,通过人工调节调制器上的微调旋钮和制式开关,来调整输出频道。此射频盒由于采用专用集成电路,频率稳定性较好,屏蔽效果也不错;它除了电源、A、V和接地端这四个引脚外,一般还有一个待机受控电源端SB。
   (2)捷变调制器
   捷变调制器也是射频调制器中的一种,所谓的捷变,就是快速改变无线电波频率,大家知道:由于不同使用场所的无线电波,遇到的干扰源频率各不相同,有时同一场所的不同时段出现的干扰频率也不相同。为能有效地避开这些干扰频率,调制器采用频率合成器和微处理器,控制软件快速改变选用频道的技术,这就是捷变调制器。
   捷变调制器的频率选控精度高,干扰小,频道变换方便、多用在较高档次的音视频电子产品上,现在的DVB机顶盒采用的一般都是这种捷变调制器(图31),捷变调制器具有I2C控制端子,通过进入机器的RF设置界面,改变RF输出频道数,就可达到调整频道的目的(图32)。
   捷变调制器具有多个引脚,如一款采用三星RMUP74055FS型号的捷变调制器,其通用电路构成如图33。
   其中的CLK、DATA分别为挂接在主CPU的I2C总线的时钟线(SCL)和数据线(SDA)上,微处理器发出控制指令通过这两根线送到调制器中,调制器正确地识别判定后,执行相应要求的频道切换。
   (3)4x0系列卫星接收机中的射频调制器
   早期的4x0系列卫星接收机中安装有射频调制器(图34),不过随着多功能的音视频接口在电视上的广泛运用,现在大多数的接收机(面向农村市场的接收机除外)都省略了这种接口,4x0接收机也是这样(图35)。
   因为RF接口的信号必须经过调制/解调电路处理,会给信号带来很大的损失。此外一些劣质的普通调制器还会产生电磁辐射干扰,不仅会使清晰度大大下降,而且还令画面颜色失真严重,影响接收机的输出画质,有还不如没有的好。因此如果有上述现象的话,不妨将它拆除,以降低干扰。
  
  
  视频电路故障的检修
  
   4x0系列卫星接收机视频电路的硬件故障,主要反映在选择任何节目都没有图像或者图像有干扰,但这时声音正常。这种故障说明解复用器和解码电路及其之前的电路工作是正常的,故障应在视频编码器及之后的视频输出电路。
  

  
   1、没有图像
   根据接收机的信源解码具有图像、伴音同步解码的特点,无图像故障一般发生在视频解码、编码电路和视频输出电路。如果采用AV端子接视频输出的,调换另一个端子或改用S端子试一试,看有无图像,如果正常,一般来讲是AV端子部分的视频输出电路有问题,可参考图9进行检查,检查Q3、Q4有无损坏,D7、D8有无击穿,S61是否断路等。
   例如,有一台430XP接收机,冷开机声音正常,但无屏显、无图像,过半小时后才有图像出现,而接S端子图像正常。检查把视频信号传输线直接接触到电解电容C71的正极脚时,图像正常。表明故障在C71至视频输出口之间的缓冲放大电路上。检查电路中的元件,发现C71已损坏,更换后,图像正常。
   又如,一台4x0接收机, 接V端子无图像,将视频信号线接到电解电容C71的正极脚时,也无图像,而检查S端子里的3、4插孔,电视机屏上分别有黑白图像和彩色条纹,故判断主CPU的复合视频输出端口损坏,考虑到用户的电视机只有AV接口,于是采用应急修理办法:拆除V端子和主板的连接,用一只0.1μF的瓷片电容跨接在S端子的3、4插孔上,再将3插孔用引线连接到V端子上。试机,图像色彩均正常。
  
  
   2、图像质量差
   图像质量差表现在画面有网纹干扰、有斑点和条纹等现象。
   (1)网纹干扰
   430接收机画面出现网纹干扰的问题,大致有以下几种情况:
   ①同频干扰
   多发生在采用射频调制器输出的机器,由于外来干扰信号或内部电路自激产生的高次谐波,若高次谐波频率与射频调制输出的频率相近,就会引起网纹干扰。
   解决的办法是避开干扰源,或者改变射频调制器的输出频率,来避开同频干扰。
   ②电源纹波干扰
   当接收机开关电源的滤波元件和其它电路中的电源去耦元件,损坏或性能下降时,会造成电源纹波过大,窜入视频电路中调制在视频信号上,引起画面的网纹干扰。
   电源纹波干扰典型故障原因就是电解滤波电容的容易暴浆,顶部凸起。对于早期的产品而言,是由于一些生产厂家对采购环节的元件品质控制不严所致,而对于现在的成品来讲,有些则是生产厂家为了追求低成本,有意采用二手的元器件所致,特别是采用二手的电解电容,问题多多。到头来使得接收机故障频频,以至于“都是电容惹的祸”成了维修中的一个经验法则。
   (2)斑点和条纹
   如果接收机画面出现固定性或有规律性的斑点和条纹,而且无论采用何种接口,都存在这种现象,则一般是用于视频缓存的SDRAM存储器有问题,如在雷霆T430XP机中的U11,该芯片有采用HYUNDAI(现代)HY57V161610ET-7,也有采用Etron Technology(钰创)的EM636165TS-7等,基本性能相同,均为16Mbit(1M×16bit)SDRAM,可以直接替换。
  
   3、图像无彩色
   图像无彩色,一般为27MHz晶振频率偏移所致,其具体检修方法详见笔者即将发表的《4x0系列卫星接收机系统时钟电路的控制》一文。同时也有可能是CPU的3.3V电源纹波过高,影响到PLL电路的锁相,造成视频信号彩色副载波频率(PAL:4.43MHz, NTSC:3.58MHz)偏移,当偏移量超过了电视机的色同步调节范围,则会使重现的图像不能显示出彩色,而变为寄生有细微网纹干扰的黑白图像。
  
   4、图像马赛克
   由于视频信号处理问题而引起的马赛克现象,其特征为:接收机的信号锁定指示灯能稳定指示,而接收画面有规律性的马赛克现象。
   影响视频解码器正常处理,在硬件上一般有以下几个因素:
   (1)视频格式不兼容
   普通数字接收机接收的是MPEG-2 MP@ML视频压缩格式节目,当用于接收其它高于该视频压缩格式的节目时,由于压缩格式不兼容,会出现黑屏或马赛克现象。
   例如,430机在接收前面提到的MP@HL格式的CHC高清电影频道时,就会出现如图36的马赛克画面。
   (2)CPU芯片温升过高
   接收机工作时,其内部的开关电源、主CPU芯片和一体化调谐器可以说是三大热源,温升较高。在炎热的夏季对工作中的卫星接收机———尤其是放置在不通风的音响柜内的接收机———是一个巨大的考验。不少接收机因工作时间长,通风、散热不良,使机内的电解电容提早失效,主CPU芯片也会因为温升过高,导致节目播放时出现马赛克现象。
   解决的办法有多种,最有效的方法是通过在CPU上加一个散热器来帮助散热,或者添加一个风扇强制散热。
   ①给CPU加装散热器
   对于CPU上没有散热器的,可为之加装。去电脑器材配件市场上购买一个和CPU芯片尺寸相仿的铝质散热器,再购买一个散热器专用的两面胶,它是一种特殊的导热胶,粘着力强,导热性高,贴上去即可使用;如果没有这种两面胶,也可在CPU中心涂满导热硅脂,然后在CPU的四角点一点502胶,最后把散热器用手按压一会儿即可(图37)。
   ②给CPU加装散热风扇
   如果芯片上已有散热器,但散热效果还是较差,可在CPU的上方加装一个电脑上用的DC12V 60mA微型风扇,来强制空气对流,以利散热。由于风扇功耗不大,其电源可直接取自开关电源板CN2接口输出的12V电源,而且该电源是受控电源,这样在机器待机的同时,也将风扇的电源给关闭了。
   (3)接收机电源电压不正常
   当接收机电源的故障引起次级输出电压降低,其中的一路供电电压略低于3.3V时,会使得解复用和解码器芯片不能处于正常工作状态,从而引起马赛克现象。解决的办法是检修电源电路,看有无变值的电阻、电解电容等元件。
   例如,笔者在检修出现此故障的一台430XP机时,测量发现:3.3V电源电压在3.1~3.3V之间波动,检查两只470μF的3.3V滤波容量均有不同程度的下降,更换成正品电容后,问题解决。(全文完)
   (编者注:为保证与接收机主板上的有关标识相一致,本文中的电路元件符号未全部采用新国家标准,请广大读者在阅读时注意。)

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