Аудио и видеотехника
Нашли ошибку? Сообщите нам ...Комментировать: Радиочастотные преобразователи для селекторов каналов СТВ тюнеровРаспечатать: Радиочастотные преобразователи для селекторов каналов СТВ тюнеров

Радиочастотные преобразователи для селекторов каналов СТВ тюнеров



Радиочастотные (РЧ) преобразователи являются одним из основных функциональных узлов цифровых СТВ тюнеров. Их основное назначение - настройка на несущую частоту канала, понижение его частоты и выделение I- и Q-составляющих QPSK-сигнала системы DVB-S, по которой передаются спутниковые ТВ каналы. Изначально все узлы, входящие в состав РЧ преобразователей, выпускались в виде отдельных ИМС. Современные технологии позволяют разместить их на одном кристалле, не теряя при этом высоких эксплуатационных характеристик. Автор описывает распространенные ИМС РЧ преобразователей, наиболее часто встречающиеся в различных моделях цифровых СТВ тюнеров.

Принцип работы РЧ преобразователя

РЧ преобразователь является первым узлом в схеме преобразования цифрового сигнала системы DVB-S в стандартный аналоговый ПЦТС (см. [1]). Чтобы понять принципы его работы, обратимся к функциональным схемам РЧ преобразователей.

Классическая блок-схема РЧ преобразователя приведена на рис. 1. В данном примере она выполнена на четырех ИМС фирмы MITEL Semiconductor. Сигнал 1-й промежуточной частоты (ПЧ) от конвертора через кабель снижения и входной F-разъем поступает на полосовой фильтр 1, выделяющий полосу рабочих частот тюнера. Схема инжектора напряжения питания и переключателя диапазонов приема конвертора для упрощения не показана. Далее сигнал через малошумящий входной усилитель 2 поступает на балансный смеситель 3, на второй вход которого приходит сигнал 1-го гетеродина - генератора управляемого напряжением 4 (ГУН или VCO). Час-тота первого гетеродина стабилизируется петлей ФАПЧ. Его колебания нормализуются усилителем 7, делятся делителем с переменным коэффициентом деления (ДПКД) 11 и сравниваются по фазе с колебаниями задающего кварцевого генератора 12 в фазовом детекторе 10. Сигнал рассогласования через ФНЧ 9 воздействует на управляющий вход ГУН и поддерживает стабильность частоты его колебаний. Частота несущей канала устанавливается путем записи в ДПКД соответствующего значения по шине I2C. При этом к частоте несущей прибавляется частота 2-й ПЧ. С выхода смесителя сигнал 2-й ПЧ (обычно он принимает значения 402,75 или 479,5 МГц) подается на регулируемые усилители системы АРУ 5 и 6. QPSK-демодулятор, подключенный к выходу преобразователя, при ослаблении сигнала на его входе управляет напряжением АРУ и через компенсирующий усилитель 8 регулирует коэффициент передачи выходных усилителей, делая его оптимальным. Сигнал с выхода первого усилителя поступает на полосовой фильтр цифрового канала и далее на вход селектора I- и Q-составляющих. Сигнал со второго усилителя через полосовой фильтр поступает на частотный демодулятор аналоговых СТВ сигналов. Прием и просмотр цифровых и аналоговых сигналов был важен в период внедрения системы DVB-S. В настоящее время, когда вещание аналогового СТВ практически не ведется, данная техническая возможность неактуальна.

Блок-схема классического РЧ преобразователя

Рис. 1. Блок-схема классического РЧ преобразователя

Сигнал 2-й ПЧ выделяется полосовым фильтром 13 и через компенсационный усилитель 14 подается на балансные смесители 15 и 16. На их вторые входы подаются сигналы второго гетеродина 18, сдвинутые по фазе фазовращателем 17 на 90°. Частота гетеродина стабилизируется петлей ФАПЧ на узлах 19, 22, 24-27, работающей аналогично петле ФАПЧ первого гетеродина. Частота второго гетеродина фиксирована и устанавливается по шине I2C при включении тюнера в сеть. На выходе смесителей образуются сигналы I- и Q-составляющих, которые подаются на регулируемые усилители системы АРУ 20 и 21, управляемые QPSK-демодулятором через компенсационный усилитель 23. С выхода усилителя сигналы через НЧ фильтры 28, 29 поступают на выход РЧ преобразователя.

Развитие микроэлектроники и появление возможности проектирования схем ASIC (Application Specific Integrated Circuit) с высокой степенью интеграции позволило объединить четыре ИМС, описанных в предыдущем примере, в одну. Это позволило снизить конечную стоимость выпускаемого оборудования, что благоприятно сказалось на рынке потребления данных устройств.

Дополнительным ключевым фактором объединения нескольких функциональных узлов РЧ преобразователя послужило появление схемных решений с использованием преобразователей с нулевой ПЧ (Zero-IF). В это семейство входит ИМС ITD1000, выпускаемая фирмой Analog Devices, блок-схема микросхемы показана на рис. 2. Сигнал первой ПЧ с входного F-разъема поступает на полосовой фильтр 1, выделяющий полосу рабочих частот тюнера. Затем сигнал поступает на регулируемый (2) и нерегулируемый (3) усилители. С выхода первого усилителя сигнал поступает на балансные смесители 5, 6, а с выхода второго через F-разъем может подаваться на другой тюнер (режим обхода, для подключения нескольких тюнеров к одному конвертору). На вторые входы смесителей подаются сигналы гетеродина 8, сдвинутые на 90° фазовращателем 7 и стабилизированные узлами 9-13. Сигналы I- и Q-составляющих с выходов смесителей через регулируемые НЧ фильтры 14, 15 с изменяемой частотой среза подаются на два регулируемых усилителя системы АРУ 16, 17 и затем на выход ИМС. Сигналы АРУ и управления частотой среза, фильтров формируются QPSK-демодулятором и подаются через шину I2C на дешифратор 4 . Дешифратор формирует соответствующие управляющие напряжения.

Блок-схема ИМС ITD1000

Рис. 2. Блок-схема ИМС ITD1000

РЧ преобразователь TDA8260

Первая ASIC РЧ преобразователя была выпущена фирмой PHILIPS (сейчас - NXP), это ИМС TDA8260. Однако в ней отсутствовал ДПКД и фазовый детектор, что делало необходимым использование совместно с TDA8060 ИМС синтезатора несущей. Поскольку в настоящее время тюнеры с селекторами на данной ИМС встречаются редко, она рассматриваться не будет.

В 2003 году фирма PHILIPS выпустила ИМС TDA8260TW (рис. 3), разработанную на основе TDA8060, но содержащую в своем составе все цепи для построения полноценного однокристального РЧ преобразователя. ИМС преобразует РЧ сигнал DVB-S диапазона 950...2150 МГц со скоростью от 1 до 45 мегасимволов в секунду (Мсимв/с) в I- и Q- составляющие. ИМС может работать в составе селекторов каналов, демодулирующих сигналы 8PSK, используемые в системе DVB-S2. ИМС предусматривает работу с QPSK- демодулятором TDA10086 (фирмы NPX), но прекрасно работает с STV0299 (STMicroelectronics), S5H1420 (SAMSUNG), PN1010 (PNPNET-WORK), GX1101 (NATIONAL CHIP) и т.п. ИМС выпускается в 38-выводном корпусе SSOP (рис. 3). Схема включения TDA8260 совместно с PN1010 приведена в [1]. Наряду с достоинствами (высокая интеграция, малая потребляемая мощность), TDA8260 имеет недостаток - необходимость использования внешнего частотозадающего контура для гетеродина.

Блок-схема ИМС TDA8260

Рис. 3. Блок-схема ИМС TDA8260

В отличие от ITD1000, ИМС TDA8260 не имеет в своем составе усилителя, предназначенного для обеспечения режима обхода. Поэтому для построения схем селекторов каналов используют внешний усилитель на HEMT-транзисторе (High Electron Mobility Transistor - транзистор с высокой подвижностью электронов), на который подают входной сигнал от конвертора. На выходе транзистора включают направленный ответвитель, делящий сигнал пополам (его обычно выполняют в виде трансформатора на основе микро-полосковых линий). С одного плеча ответвителя сигнал подается на TDA8260, а с другого - на выход обхода.

РЧ преобразователь STB6000

В настоящее время в селекторах каналов наиболее часто применяется ИМС STB6000 фирмы STMicroelectronics (рис. 4), анонсированная в марте 2004. Она использует описанный выше метод преобразования с нулевой ПЧ. Входной диапазон частот 950...2150 МГц со скоростью от 1 до 45 Мсимв/с с возможностью выделения I- и Q-составляющих цифровых потоков. К особенностям ИМС относятся полностью интегрированные гетеродин с малыми побочными гармоническими составляющими и синтезатор несущей частоты, наличие дифференциальных выходов I- и Q-составляющих, буферизированный выход образцовой частоты (к примеру, необходимый для синхронизации ИМС QPSK демодулятора STV0299 в составе селектора каналов). Имеется возможность использования для демодуляции сигналов 8PSK. ИМС выпускается в миниатюрном 32-выводном корпусе QFN. Все это наряду с необходимостью использования минимального количества внешних компонентов, низкой потребляемой мощностью позволяет использовать STB6000 в недорогих тюнерах для приема сигналов DVB-S, DIRECTV и VSAT Для организации режима обхода также используется способ, описанный для ИМС TDA8260.

Блок-схема, назначение и расположение выводов ИМС STB6000

Рис. 4. Блок-схема, назначение и расположение выводов ИМС STB6000

ИМС STB6000 применяется в различных СТВ тюнерах и прекрасно сопрягается со всеми известными QPSK-демодуляторами. В частности на данной ИМС собраны используемые в проекте ТРИКОЛОР ТВ тюнеры "DRE-5000" и "DRS-5001" фирмы DIGI RAUM, а также "GS-7300" фирмы GENERAL SATELLITE. На STB6000 собраны широко используемые селекторы каналов "EDS 1007FF1A+", "EDS 1597FF1A+" и "EDS-SS21SAPD", выпускаемые фирмой EARDA ELECTRONICS. ИМС имеет несколько полных аналогов, производимых китайскими фирмами, одним из которых является ИМС RF4900. В процессе работы STB6000 выделяет много тепла, и по статистике довольно часто при плохом качестве пайки нарушаются связи между ее выводами и печатными дорожками монтажной платы селектора каналов.

В сентябре 2004 года фирма STMicroelectronics начинает выпускать ИМС STB6100, являющуюся улучшенной версией предыдущей ИМС, но преимущественно предназначенную для работы с сигналами стандарта DVB-S2. Функциональное назначение выводов и исполнение (корпуса) обоих ИМС совпадают

РЧ преобразователи MAX2116 и MAX2118

Подобно РЧ преобразователям STB6000, ИМС MAX2116/MAX2118, выпускаемые фирмой MAXIM, имеют аналогичный функциональный состав (рис. 5) и предназначены для применения в недорогих цифровых абонентских терминалах для СТВ приема, системах VSAT и широкополосного спутникового Интернета. ИМС выпускаются в в 40-выводном корпусе QFN. На их кристаллах реализованы схемы АРУ, I- и Q-смесители с регулируемыми ФНЧ. Отличие MAX2116 от MAX2118 заключается в том, что первая имеет униполярный выход I- и Q-составляющих, а вторая - дифференциальный. ИМС работают в диапазоне частот 850...2175 МГц (сигнал со скоростью от 1 до 45 Мсимв/с). Регулируемые усилители в их составе позволяют получить диапазон регулировки не менее 79 дБ, что допускает работу с входными сигналами различных уровней. Монолитный гетеродин с ФАПЧ имеет малые уровни побочных излучений и стабилизируется кварцевым генератором, имеющим буферный выход, от которого можно синхронизировать QPSK-демодулятор, а также дополнительные селекторы каналов. Управление схемами АРУ, ФНЧ и синтезатором гетеродина осуществляется по интерфейсу I2C. Причем наличие входов выбора адреса AS0-AS2 позволяет сепаратно по интерфейсу управлять восемью ИМС в мультитюнерных приложениях. Интересная особенность MAX2116/ MAX2118 заключается в наличии двух интегрированных стабилизаторов напряжения 2,85 В, которые используются для "подтягивания" шин SCL и SDA интерфейса I2C. Это решение позволяет максимально развязать линию питания 3 В СТВ тюнера от высокочувствительной РЧ части.

Блок-схема и назначение выводов ИМС MAX2116/MAX2118 (корпус QFN-40)

Рис. 5. Блок-схема и назначение выводов ИМС MAX2116/MAX2118 (корпус QFN-40)

Высокие характеристики MAX2116/ MAX2118, а также совместимость практически со всеми типами QPSK/8PSK-демодуля-торов позволяют строить на их базе SD- и HD-тюнеры СТВ, обладающие высокими эксплуатационными качествами. ИМС часто используется в селекторах каналов СТВ тюнеров китайского производства совместно с QPSK-демодулятором GX1101 (к примеру, селектор "DTS1-A30F1").

РЧ преобразователи TDA8262/TDA8263

В декабре 2004 года фирма NXP представила РЧ преобразователи TDA8262/ TDA8263 (рис. 6), по сути являющиеся аналогами ИМС STB6000. Причем в составе TDA8262 имеется дополнительный малошумящий усилитель, позволяющий организовать режим обхода без использования входного транзисторного усилителя. Поскольку в TDA8263 подобный усилитель отсутствует, ее вывод 6 не используется. ИМС предназначаются для работы с QPSK-демодуляторами TDA10086 и TDA10093 (многопрограммные СТВ приемники и аппаратура, обеспечивающая одновременные просмотр и запись различных СТВ программ).

Блок-схема и назначение выводов ИМС TDA8262 (корпус HVQFN-32)

Рис. 6. Блок-схема и назначение выводов ИМС TDA8262 (корпус HVQFN-32)

ИМС, используя алгоритм преобразования с нулевой ПЧ, позволяют выделять из принимаемых сигналов диапазона 950...2175 МГц I- и Q-составляющие. Многоступенчатая система АРУ работает в широком диапазоне (уровень входного сигнала может лежать в пределах -70...-15 дБм). Кроме того, в состав входных узлов входит детектор уровня принимаемого сигнала. Полностью интегрированный гетеродин обеспечивает высокую стабильность генерируемой частоты при низких фазовых шумах. ИМС управляются по шине I2C. Возможно подключение до четырех преобразователей на одну управляющую шину. Их синхронизация возможна как от собственного генератора, так и от внешних генераторов. Напряжение питания схем снижено с 5 до 3,3 В. ИМС TDA8262/ TDA8263 выпускаются в 32-выводном корпусе HVQFN.

РЧ преобразователь ZL10036

Фирма ZARLINK, купившая активы фирм GEC PLESSY и MITEL Semiconductor, специализировавшихся на проектировании ИМС для СТВ аппаратуры, выпускает высококачественный РЧ преобразователь ZL10036 (рис. 7). Данная ИМС предназначена для работы с QPSK-демодулятором ZL10312, но прекрасно работает с демодуляторами сторонних фирм. Широкополосный РЧ преобразователь ZL10036 конвертирует сигналы стандартов DVB-S и DSS полосой 950...2150 МГц со скоростью потока от 1 до 45 Мсимв/с в сигналы I-и Q-составляющих с использованием метода прямого преобразования с нулевой ПЧ. Высококачественный интегрированный гетеродин с ФАПЧ имеет малый фазовый шум выходного сигнала и обеспечивает точное разделение фаз квадратурных составляющих входного сигнала. Многоступенчатая система АРУ позволяет подавать на вход ИМС сигналы в широком диапазоне уровней. На кристалле имеется дополнительный входной усилитель, обеспечивающий организацию режима обхода. ИМС ZL10036 выпускается в 40-выводном корпусе QFN.

Блок-схема и назначение выводов ИМС ZL10036 (корпус QFN-40)

Рис. 7. Блок-схема и назначение выводов ИМС ZL10036 (корпус QFN-40)

Характерные неисправности узлов РЧ преобразования и методы их устранения

Неисправности узлов РЧ преобразования можно разделить на фатальные и временно проявляющиеся. Широко распространенной неисправностью является полное отсутствие принимаемого сигнала. Уровень сигнала и его качество на соответствующих индикаторах экранного меню при этом имеют нулевые значения.

Для устранения дефекта необходимо придерживаться следующей методики.

Подключают тюнер к конвертору и антенне (должны быть точно настроены на какой либо спутниковый канал). Устанавливают в меню ручной настройки тюнера параметры передачи любого рабочего транспондера этого спутника. Измеряют напряжение, инжектируемое в кабель снижения (+13 или 18 В, в зависимости от поляризации принимаемого сигнала). Если оно отсутствует или занижено, проверяют цепи его формирования от источника питания до селектора каналов.

Проверяют входной усилитель на HEMT-транзисторе (или интегрированный усилитель цепи обхода в составе ИМС РЧ преобразователя), для этого к выходу тюнера (гнездо LOOP) подключают анализатор спектра или "сатфиндер" (прибор для настройки антенны на спутник). Также для контроля можно использовать работоспособный тюнер, настроенный на прием программ от принимаемого спутника. Отсутствие сигнала или приема программ вторым тюнером говорит о необходимости замены входного транзистора или ИМС.

Заменяют электролитический конденсатор в цепи питания ИМС преобразователя (обычно установлен конденсатор номиналом 47 или 100 мкФ х 10 В), контролируют колебания и их частоту (обычно 4/10,111 или 16 МГц) в цепях ее задающего генератора (при отсутствии колебаний заменяют кварц). Если дефект не устранен, пропаивают горячим воздухом ИМС.

Проверяют импульсные сигналы SCL и SDA размахом 3(5) В (зависит от типа микросхемы: для STB6000 и TDA8260 размах 4,5...5 В, а для TDA8262 - 2,5...3 В) на входе ИМС (рис. 8), при их отсутствии дефект ищут в цепях ведущего контроллера, к которому подключена управляющая шина I2C преобразователя (QPSK-демодулятор, порт однокристального декодера сигналов DVB-S). Измеряют напряжение на управляющем входе генератора управляемого напряжением, входящего в состав схемы гетеродина с ФАПЧ (к примеру: вывод VTUNE ИМС STB6000). Если оно нестабильно или хаотически изменяется, заменяют ИМС преобразователя.

Осциллограммы сигналов I, Q и шины

Рис. 8. Осциллограммы сигналов I, Q и шины I2C

Если в петле ФАПЧ отсутствуют быстрые изменения амплитуды корректирующего сигнала, осциллографом контролируют форму и амплитуду I и Q составляющих на выходе преобразователя (рис. 8). Сигналы должны иметь амплитуду 700...900 мВ. При отсутствии сигналов ИМС заменяют, в противном случае поиск неисправности продолжают в цепях QPSK-демодулятора.

Устранение временно проявляющихся дефектов обычно осуществляется путем пропайки селектора каналов горячим воздухом, а также путем замены электролитического конденсатора в цепи питания РЧ преобразователя. В большинстве случаев достаточна пропайка ИМС преобразователя.

Рекомендации по демонтажу и монтажу ИМС РЧ преобразователей

Демонтаж и монтаж ИМС РЧ преобразователей легко осуществляется с помощью специального оборудования (станция для пайки горячим воздухом) и расходных материалов (жидкий флюс и паяльная паста). Для пропайки ИМС достаточно смазать ее выводы флюсом и прогреть их горячим воздухом, при этом можно иголкой немного покачивать корпус ИМС.

При отсутствии станции для пайки горячим воздухом можно воспользоваться следующей методикой. Все современные РЧ преобразователи выпускаются в корпусах, имеющих металлизированную подложку (PAD), которая электрически связана (припаяна) к печатной плате селектора каналов. Площадка фольги, к которой припаивается ИМС, через сквозные металлизированные отверстия электрически связана с обратной стороной печатной платы. Для демонтажа ИМС селектор закрепляется в горизонтальном положении. ИМС при этом должна быть вверху. Прогревают фольгу под ИМС с обратной стороны обычным паяльником мощностью 25...30 Вт. После расплавления припоя аккуратно, не сместив обвязочных SMD-компонентов, пинцетом или миниатюрным захватом снимают ИМС. Смазав флюсом печатные дорожки, к которым припаивается ИМС, удаляют излишние остатки припоя. Для монтажа ИМС ее устанавливают на посадочное место, точно совместив выводы и соответствующие печатные дорожки. Прогревают фольгу под ИМС с обратной стороны. После остывания убеждаются в надежном контакте подложки ИМС и печатной платы, а также в точном совмещении выводов и печатных дорожек. Паяльником с минимально тонким жалом аккуратно пропаивают каждый вывод ИМС, подгоняя по печатной дорожке остатки припоя к контакту ИМС. Омметром с игольчатыми щупами проверяют качество связи между контактами ИМС и печатными проводниками. В заключение стирают остатки флюса спиртом.

Следует помнить, что во избежание выхода из строя монтируемой ИМС нужно следовать следующим рекомендациям. Цепи питания нагревательного элемента паяльника должны быть развязаны от питающей сети, а его жало заземлено(данному условию удовлетворяют большинство современных паяльных станций). Время первой пайки выводов ИМС не должно превышать 10 секунд при температуре не более 300°С. Вторичная пайка может осуществляться в пределах 2...5 секунд при температурах 270...320°С.

Литература

1. В.Федоров. Общие принципы передачи и приема сигналов по системе DVB-S. - "Ремонт и Сервис", 2008, № 12, с. 19-23.

Автор: Василий Федоров (г. Липецк)

Источник: Ремонт и сервис


Дата публикации: 22.12.2014
Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.


Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:








 



RadioRadar.net - datasheet, service manuals, схемы, электроника, компоненты, semiconductor,САПР, CAD, electronics