第3章數(shù)字電視原理與接收

http://數(shù)字電視原理與接收第3章數(shù)字調(diào)諧器

內(nèi)容提要本章介紹數(shù)字調(diào)諧器，先簡要介紹衛(wèi)星數(shù)字電視和有線數(shù)字電視中的一些基本概念，然后介紹衛(wèi)星數(shù)字調(diào)諧器和有線數(shù)字調(diào)諧器的原理、組成、常用芯片和實(shí)際產(chǎn)品。知識要點(diǎn)

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衛(wèi)星數(shù)字調(diào)諧器的組成；

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零中頻方案；

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頻率合成器；

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定時恢復(fù)環(huán)路和載波恢復(fù)環(huán)路；

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有線數(shù)字調(diào)諧器的組成；

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MOPLL。教學(xué)建議●

要求了解衛(wèi)星電視廣播中的一些基本概念，了解衛(wèi)星數(shù)字電視傳送的優(yōu)點(diǎn),熟悉衛(wèi)星數(shù)字電視接收系統(tǒng)的組成，熟悉常用的三種衛(wèi)星接收天線，熟悉LNB的組成，掌握衛(wèi)星數(shù)字調(diào)諧器的組成，掌握零中頻方案,掌握頻率合成器的組成,掌握定時恢復(fù)環(huán)路和載波恢復(fù)環(huán)路。

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了解衛(wèi)星數(shù)字調(diào)諧器的發(fā)展,了解國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)字調(diào)諧芯片?！窳私庥芯€電視廣播中的一些基本概念，熟悉有線數(shù)字電視接收系統(tǒng)的組成，掌握有線數(shù)字調(diào)諧器的組成，掌握MOPLL的組成,了解有線數(shù)字調(diào)諧器的發(fā)展,了解國產(chǎn)有線數(shù)字調(diào)諧芯片。

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建議學(xué)時數(shù)為8學(xué)時

在電視臺數(shù)字電視信號經(jīng)過信源編碼、復(fù)用、信道編碼、調(diào)制后發(fā)送，在接收機(jī)中則相反，如圖3-1所示，用調(diào)諧器在多個頻道的信號中選擇一路節(jié)目的信號后，經(jīng)解調(diào)、信道解碼、解復(fù)用、信源解碼輸出數(shù)字音、視頻信號，音頻信號經(jīng)D／A輸出模擬伴音信號，視頻信號經(jīng)PAL編碼后輸出模擬全電視信號，這兩個信號接到模擬電視機(jī)的AV輸入口可以在模擬電視機(jī)上收看數(shù)字電視節(jié)目。上述電路常做成一個盒子放在模擬電視機(jī)頂上，所以稱為機(jī)頂盒。上述電路也可以和顯示器、音響一起組成數(shù)字電視機(jī)。

目前流行的做法是將調(diào)諧器、解調(diào)和信道解碼器等做在一起，成為一體化調(diào)諧解調(diào)解碼器，并用金屬殼屏蔽起來，形成獨(dú)立的通用組件，常稱為數(shù)字調(diào)諧器、DTV調(diào)諧器。數(shù)字調(diào)諧器是本世紀(jì)才有的產(chǎn)品，所以有沒有數(shù)字調(diào)諧器成為新一代產(chǎn)品和上世紀(jì)老產(chǎn)品的分界線。解復(fù)用、信源解碼、音頻D／A、PAL編碼、嵌入式CPU等電路集成在一塊芯片上常稱為單片解決方案。圖3-1數(shù)字電視接收機(jī)方框圖數(shù)字調(diào)諧器解調(diào)信道解碼D/A伴音信號解復(fù)用信源解碼編碼RL模擬電視信號數(shù)字電視信號調(diào)諧主芯片機(jī)頂盒V模擬電視機(jī)

數(shù)字電視接收為適用于不同的傳輸信道分為衛(wèi)星、有線和地面廣播三種不同的類型。它們在解復(fù)用和信源解碼等方面都是相同的，遵循MPEG-2系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)(ISO／IEC13818-1)、MPEG-2視頻標(biāo)準(zhǔn)(ISO／IEC13818-2)和MPEG-2音頻標(biāo)準(zhǔn)(ISO／IEC13818-3)。（ATSC的音頻為DolbyAC-3多聲道環(huán)繞聲方案）三種數(shù)字電視信號接收機(jī)的主要區(qū)別是在調(diào)諧、解調(diào)和信道解碼方面。

目錄

3.1衛(wèi)星數(shù)字調(diào)諧器3.2衛(wèi)星數(shù)字調(diào)諧器的發(fā)展3.3有線數(shù)字調(diào)諧器

3.1衛(wèi)星數(shù)字調(diào)諧器3.1.1衛(wèi)星電視3.1.2衛(wèi)星數(shù)字電視廣播3.1.3衛(wèi)星數(shù)字調(diào)諧器基本結(jié)構(gòu)3.1.4零中頻調(diào)諧3.1.5頻率合成器3.1.6定時恢復(fù)和載波恢復(fù)3.1.7解調(diào)和信道解碼芯片STV02993.1.8303211MT型衛(wèi)星數(shù)字調(diào)諧器

3.1.1衛(wèi)星電視

衛(wèi)星電視是利用位于赤道上空35800km的同步衛(wèi)星作為電視廣播站，對地面居高臨下，不受地理?xiàng)l件限制，一顆衛(wèi)星就能覆蓋全國。傳送的圖像質(zhì)量高，沒有重影。

1.衛(wèi)星通信和衛(wèi)星廣播衛(wèi)星通信是指通過衛(wèi)星把兩個或多個地面站連接起來的點(diǎn)到點(diǎn)通信。廣義的衛(wèi)星通信包括廣播電視節(jié)目的傳送，如把中央電視臺或各省電視臺的電視節(jié)目傳送到地面廣播電視發(fā)射臺或有線電視臺轉(zhuǎn)播，通信的設(shè)計目標(biāo)不是直接讓廣大用戶接收。

衛(wèi)星廣播的設(shè)計目標(biāo)是直接讓廣大用戶接收，它把來自地面的上行發(fā)射站傳送來的電視節(jié)目轉(zhuǎn)發(fā)到地面，供地面數(shù)萬甚至數(shù)十萬的個體和集體接收設(shè)備接收。衛(wèi)星覆蓋區(qū)的用戶能直接收看衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的廣播電視節(jié)目。衛(wèi)星廣播是點(diǎn)對面的單向傳輸和覆蓋，而衛(wèi)星通信是點(diǎn)對點(diǎn)的單向傳輸和覆蓋。這就是衛(wèi)星廣播與衛(wèi)星通信的重要區(qū)別。

廣播衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器用定向天線將電波聚集成窄束比較均勻地輻射到覆蓋區(qū)，電波的利用率很高。采用了寬帶調(diào)頻方式、低噪聲接收設(shè)備和高增益接收天線，降低了對服務(wù)場強(qiáng)的要求，可以用小口徑天線收看衛(wèi)視節(jié)目。衛(wèi)星廣播傳送環(huán)節(jié)少，受氣候影響小，信號比較穩(wěn)定，接收質(zhì)量較高。衛(wèi)星廣播電波的入射角大，受山峰和建筑物的阻擋少，能減少陰影和多徑反射的影響。

2.衛(wèi)星直播和直播衛(wèi)星利用衛(wèi)星進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)(或多點(diǎn))的節(jié)目傳輸，把電視節(jié)目傳送給地面廣播電視臺或有線電視臺轉(zhuǎn)播，屬于固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)(FixedSatelliteServiceFSS)。通信使用頻段為C頻段和Ku頻段。我國目前主要利用亞太一號A、亞洲三號和鑫諾一號衛(wèi)星轉(zhuǎn)播電視。

根據(jù)國家廣電總局科技司電臺與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行處提供的04年4月1日衛(wèi)星轉(zhuǎn)播電視情況如下:

亞太一號A衛(wèi)星還在轉(zhuǎn)播6路模擬電視節(jié)目是CCTV-1、3860、垂直極化；山東、4100、垂直極化；浙江、4020、垂直極化；云南、4000、水平極化；貴州、3960、水平極化；四川、4080、水平極化。

亞太一號A衛(wèi)星轉(zhuǎn)播數(shù)字電視節(jié)目是CCTV-1、2、7、10、11、12、音樂，3840、水平極化；CCTV-3、5、6、8、新聞、少兒，4160、水平極化；廣東、4034、水平極化；新疆（3套）、4120、水平極化；內(nèi)蒙古（2套）、3758、水平極化；云南、3907、水平極化；貴州、3920、水平極化；浙江、4080、垂直極化；重慶、3779、垂直極化；寧夏、3731、垂直極化；甘肅、3765、垂直極化；海南、3745、垂直極化。

亞洲3S號衛(wèi)星轉(zhuǎn)播數(shù)字電視節(jié)目是中央40路廣播節(jié)目、12670、垂直極化；北京、12639、垂直極化；山西、12649、垂直極化；河北、12659、垂直極化；天津、12681、垂直極化；廣西、3860、垂直極化；陜西、3813、垂直極化；安徽、3820、垂直極化；江蘇、3827、垂直極化；黑龍江、3834、垂直極化；CCTV-1、3904、垂直極化；吉林、3914.5、垂直極化；山東、3895、垂直極化；上海、3886、垂直極化；河南、4166、垂直極化；福建、4180、垂直極化；江西、4187、垂直極化；遼寧、4194、垂直極化；湖北、4034.6、水平極化；四川、4051、水平極化；湖南、4082、水平極化；青海、4067、水平極化；CCTV-4、9，4129、水平極化。

1999年10月1日起全國31家省級電視臺衛(wèi)視節(jié)目被集中送上鑫諾一號衛(wèi)星CBTV(中國廣播電視)直播平臺，與8套中央電視臺的節(jié)目和8套中央廣播節(jié)目同時向中國及鄰近地區(qū)播出。CBTV直播平臺啟用下行中心頻率分別為12380（CCTV-1～8、10、11）、12440（內(nèi)蒙古、云南、四川、貴州、重慶、河南、湖南、青海、陜西、甘肅）、12500、12560、12620（CETV1～6）MHz的5個帶寬54MHz的Ku頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，詳見。人們常將使用Ku頻段的FSS提供衛(wèi)星直接到戶(DirectToHomeDTH)的廣播電視服務(wù)稱為衛(wèi)星直播。CBTV衛(wèi)星直播試驗(yàn)平臺不屬于DBS，因衛(wèi)星直播系統(tǒng)使用的是鑫諾一號通信衛(wèi)星的5個Ku頻段。

直播衛(wèi)星(DirectBroadcastingSatellite簡稱DBS)是通過衛(wèi)星將圖像、聲音和圖文等節(jié)目進(jìn)行點(diǎn)對面的廣播，直接供廣大用戶接收(個體接收或集體接收)。按照國際電信聯(lián)盟(ITU)的規(guī)定，直播衛(wèi)星一般屬于衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)(BroadcastSatelliteServicesBSS)范圍，采用頻段是廣播專用Ku和Ka頻段，覆蓋范圍受到國際公約的保護(hù)，在本覆蓋區(qū)內(nèi)不受其他通信衛(wèi)星溢出電波干擾。

SINOSAT-2廣播衛(wèi)星由中國空間技術(shù)研究院研制，是按照國際電信聯(lián)盟(ITU)AP30和AP30A文件所規(guī)范的各項(xiàng)系統(tǒng)要求進(jìn)行設(shè)計制造的，衛(wèi)星使用的是廣播專用頻段，具有一般通信衛(wèi)星所不具備的、更有效的抗干擾能力。衛(wèi)星包含有22個150瓦行波管放大器、54MHz或36MHz帶寬的廣播轉(zhuǎn)發(fā)器，5付衛(wèi)星天線波束覆蓋整個中國大陸及港、澳、臺地區(qū)，同時按照中國人口密度的分布和雨區(qū)降雨衰減的分布對波束覆蓋進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，覆蓋區(qū)內(nèi)衛(wèi)星EIRP最大可達(dá)到57dBW以上。在滿足99.9%可用度、采用0.45米小口徑天線接收的條件下，每個轉(zhuǎn)發(fā)器至少可傳輸6～10套電視節(jié)目，整個衛(wèi)星可以傳輸150～200余套電視節(jié)目。

SINOSAT2衛(wèi)星是我國第一顆采用抗干擾安全措施的廣播衛(wèi)星。通過有效、可行的抗干擾方案，衛(wèi)星將能完全滿足國家廣播電視信息傳輸?shù)陌踩蟆?/p>

SINOSAT-2衛(wèi)星總重可達(dá)5000kg，可提供10kW的直流功率。衛(wèi)星的壽命大于15年。

按照國家廣電總局的要求，國家直播星系統(tǒng)包括SINOSAT2廣播衛(wèi)星主用星和中星9號廣播衛(wèi)星備份星，兩顆衛(wèi)星將按照同頻、同軌位、同覆蓋、同容量的要求進(jìn)行研制，并均放置在92.2°E軌位。SINOSAT2計劃于2006年中發(fā)射，中星9號將于2007年4月發(fā)射。

SINOSAT-2衛(wèi)星總重可達(dá)5000kg，可提供10kW的直流功率。衛(wèi)星的壽命大于15年。

3.星蝕與日凌

衛(wèi)星除了繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)外，還隨地球一起繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)。每年在春分及秋分前后各23天中，每天當(dāng)衛(wèi)星的星下點(diǎn)(指衛(wèi)星與地心連線同地球表面的交點(diǎn))進(jìn)入當(dāng)?shù)貢r間午夜前后，衛(wèi)星、地球和太陽處于一直線上。地球擋住了陽光，衛(wèi)星處于地球的陰影區(qū)，這種現(xiàn)象稱為星蝕；衛(wèi)星星下點(diǎn)進(jìn)入當(dāng)?shù)貢r間中午前后的一段時間里，衛(wèi)星處于太陽和地球之間，稱為日凌，如圖3-2所示。圖3-2星蝕與日凌示意圖太陽地球日凌時衛(wèi)星位置星蝕時衛(wèi)星位置地球陰影

在星蝕期間，衛(wèi)星上的太陽能電池不能正常工作，衛(wèi)星所需的全部能源由星載蓄電池供給，為了減輕蓄電池的負(fù)荷，可以通過衛(wèi)星在軌道上定點(diǎn)位置的設(shè)計，使星蝕發(fā)生在服務(wù)區(qū)通信業(yè)務(wù)量最低的時間里。

在日凌期間，地球站天線對準(zhǔn)衛(wèi)星的同時對準(zhǔn)太陽，大量的太陽噪聲進(jìn)入地球接收設(shè)備，嚴(yán)重時將導(dǎo)致信號中斷，這種現(xiàn)象稱為日凌中斷。每年在春分和秋分時總有數(shù)日會發(fā)生日凌中斷，每日持續(xù)約幾分鐘，這與地球站的緯度及天線口徑等因素有關(guān)。在太陽活動期間，太陽風(fēng)暴會影響到地球的電離層，衛(wèi)星信號也有可能暫時中斷。Ku波段信號的雨衰較為嚴(yán)重，因?yàn)橛晁?，大部分地區(qū)每年會有幾天時間看不到或看不好電視節(jié)目。當(dāng)上行站區(qū)域雨大時，會影響各地的衛(wèi)星電視接收站的接收，當(dāng)?shù)叵掠昕隙〞πl(wèi)星電視接收造成不良影響。雪、霧、冰、霜對衛(wèi)星電視接收也會有一定影響.

4.頻道劃分

國際電信聯(lián)盟對衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)使用的頻率進(jìn)行了分配，我國規(guī)定使用11.7～12.2GHz的Ku頻段，Ku頻段衛(wèi)星電視頻道劃分見表3-1。每個頻道所占帶寬為27MHz，頻道間隔為19.18MHz，共分24個頻道。從第1到第15的奇數(shù)頻道分配給中國和日本。實(shí)際使用的Ku頻段的頻道不止24個。因?yàn)樾l(wèi)星電視廣播原先是借用通信衛(wèi)星進(jìn)行的，通信衛(wèi)星采用C頻段，上行為6GHz，下行為4GHz。C頻段衛(wèi)星電視頻道劃分見表3-2。頻道中心頻率（MHz）頻道中心頻率（MHz）頻道中心頻率（MHz）頻道中心頻率（MHz）111727.48711842.561311957.641912072.72211746.66811861.741411976.822012091.90311765.84911880.921511996.002112111.08411785.021011900.101612015.182212130.26511804.201111919.281712034.362312149.44611823.381211938.461812053.542412168.62表3-1Ku頻段衛(wèi)星電視頻道劃分頻道中心頻率（MHz）頻道中心頻率（MHz）頻道中心頻率（MHz）頻道中心頻率（MHz）13727.4873842.56133957.64194072.7223746.6683861.74143976.82204191.9033765.8493880.92154996.00214111.0843785.02103900.10164015.18224130.2653804.20113919.28174034.36234149.4463823.38123938.46184053.54244163.62表3-2C頻段衛(wèi)星電視頻道劃分5.衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)的組成

衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)主要由上行站、衛(wèi)星、接收站和遙測遙控跟蹤站組成，如圖3-3所示。圖3-3衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng)方框圖遙測遙控跟蹤站上行站廣播衛(wèi)星接收站12GHz14GHz14GHz

電視臺要廣播的節(jié)目信號，經(jīng)光纖線路或微波中繼線路傳送到上行發(fā)射站，節(jié)目信號經(jīng)放大和調(diào)制后，變成14GHz的載波發(fā)射給衛(wèi)星，衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)器接收到上行波束后，將其放大并轉(zhuǎn)換成12GHz的載波信號，再通過衛(wèi)星上的天線轉(zhuǎn)變成覆蓋一定地區(qū)的下行波束。衛(wèi)星地面接收站收到12GHz的載波信號后，從中解調(diào)出節(jié)目信號，經(jīng)當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)播臺或有線電視臺播出，供用戶接收。也可利用衛(wèi)星廣播電視接收機(jī)直接接收衛(wèi)星上的廣播電視節(jié)目信號。遙測遙控跟蹤站測量衛(wèi)星的姿態(tài)和軌道運(yùn)行，測量衛(wèi)星的各種工程參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，對衛(wèi)星進(jìn)行控制和實(shí)施各種功能狀態(tài)的切換，以保證衛(wèi)星的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.1.2衛(wèi)星數(shù)字電視廣播

1.衛(wèi)星數(shù)字電視傳送的優(yōu)點(diǎn)

⑴數(shù)字方式傳輸節(jié)目質(zhì)量高，圖像質(zhì)量比較穩(wěn)定.⑵傳輸一路模擬電視節(jié)目的衛(wèi)星通道可傳4～8路數(shù)字電視節(jié)目，傳輸節(jié)目數(shù)量多，可滿足觀眾日益增長的需求，也降低了每套電視節(jié)目傳送的成本。⑶傳輸方式靈活，有單路單載波(SingleChannelPerCarrierSCPC)方式和多路單載波(MultipleChannelPerCarrierMCPC)方式。⑷實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)傳輸，能進(jìn)行電視廣播傳輸；也能進(jìn)行聲音和數(shù)據(jù)廣播傳輸。⑸容易進(jìn)行加擾加密，實(shí)現(xiàn)條件接收和對用戶的授權(quán)管理。

SCPC方式適合于多套節(jié)目共用一個轉(zhuǎn)發(fā)器而不共用上行站的情況。每套節(jié)目各自調(diào)制一個載波而發(fā)至衛(wèi)星，每個載波只傳輸一套電視節(jié)目，這樣在一個轉(zhuǎn)發(fā)器內(nèi)同時存在多個載波。該方式的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)發(fā)器的功率得不到充分發(fā)揮，多個載波的存在就有可能產(chǎn)生交調(diào)、互調(diào)干擾，要求放大器盡可能工作在線性狀態(tài)。青海、河南、福建、江西、遼寧五省采用SCPC方式共用一個轉(zhuǎn)發(fā)器。

MCPC方式適合于多套節(jié)目共用一個衛(wèi)星電視上行站，先將多套節(jié)目的數(shù)據(jù)流合成為一個數(shù)據(jù)流，然后調(diào)制載波發(fā)至衛(wèi)星，這種方式能使轉(zhuǎn)發(fā)器的功率得到最大限度的發(fā)揮。中央電視臺、中央教育衛(wèi)視、內(nèi)蒙古衛(wèi)視、新疆衛(wèi)視等采用這種方式。

2.衛(wèi)星數(shù)字電視接收衛(wèi)星數(shù)字電視接收系統(tǒng)由接收天線(包括饋源)、高頻頭(低噪聲下變頻器，LowNoiseBlockDownConverterLNB)和衛(wèi)星數(shù)字電視接收機(jī)三部分組成，高頻頭也常稱為室外單元，衛(wèi)星數(shù)字電視接收機(jī)則稱為室內(nèi)單元，或稱綜合解碼接收機(jī)(IntegratedReceiverDecoderIRD)⑴衛(wèi)星接收天線接收天線直接關(guān)系到衛(wèi)星廣播電視節(jié)目的收視質(zhì)量，它將衛(wèi)星傳送到地面的微弱電波信號捕獲。

圖3-4是一種前饋式旋轉(zhuǎn)拋物面天線的結(jié)構(gòu)，由旋轉(zhuǎn)拋物面反射體、饋源及其支撐桿、天線支架和仰角及方位角調(diào)整機(jī)構(gòu)組成。前饋天線將天線部件饋源放置在旋轉(zhuǎn)拋物面的前方焦點(diǎn)處。饋源的主要作用是收集衛(wèi)星電視信號并饋送到高頻頭去，目前饋源和高頻頭常做成一體化裝置。天線支架分為上支架和下支架兩部分。上支架主要作用是支撐旋轉(zhuǎn)拋物面，下支架用于把天線安裝在地面或建筑物上。仰角和方位角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于衛(wèi)星天線的方向選擇，以對準(zhǔn)軌道上的衛(wèi)星。前饋式天線安裝、拆裝高頻頭不便，因此適合于小于5m的天線。圖3-4前饋式拋物面天線的結(jié)構(gòu)饋源饋源支撐桿拋物面下支架上支架仰角調(diào)節(jié)

卡塞格倫天線也稱后饋式天線，是在旋轉(zhuǎn)拋物面天線的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，后饋式天線有兩個反射面如圖3-5所示，主反射面為旋轉(zhuǎn)拋物面，副反射面為旋轉(zhuǎn)雙曲面，旋轉(zhuǎn)雙曲面的虛焦點(diǎn)與主反射拋物面焦點(diǎn)重合，它的實(shí)焦點(diǎn)與饋源中心重合，它將旋轉(zhuǎn)拋物面反射電波再反射到拋物面后的饋源上?？ㄈ駛愄炀€效率高、方向性強(qiáng)、噪聲低、增益高，性能比拋物面天線好。大多數(shù)收發(fā)雙工的地面通信兼電視接收站都采用卡塞格倫天線。圖3-5卡塞格倫天線的結(jié)構(gòu)饋源旋轉(zhuǎn)雙曲面拋物面衛(wèi)星電波虛焦點(diǎn)LNB實(shí)焦點(diǎn)

偏饋式天線是由旋轉(zhuǎn)拋物面的一部分截面構(gòu)成的，天線的饋源中心與拋物面焦點(diǎn)重合，如圖3-6所示，但與反射面位置錯開一個距離，即所謂偏饋，這樣饋源不會遮擋反射面接收電波，因而天線效率可得到提高。偏饋式天線適于Ku波段口徑小于2m的衛(wèi)星電視接收天線。

衛(wèi)星接收天線有板狀天線和網(wǎng)狀天線，網(wǎng)狀天線效率較低，但有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、安裝運(yùn)輸方便、抗風(fēng)力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。圖3-6偏饋式天線的結(jié)構(gòu)饋源拋物面衛(wèi)星電波LNB⑵高頻頭

高頻頭在饋源后部與饋源做成一體化結(jié)構(gòu)，圖3-7是高頻頭的組成方框圖，來自饋源的微弱信號，經(jīng)過寬頻帶低噪聲放大后，送到混頻級，與本振信號混頻后，輸出寬頻帶的第一中頻信號0.95～2.150GHz。

圖3-7高頻頭組成方框圖來自饋源3.7～4.2GHz低噪聲放大帶通混頻中放引下電纜去室內(nèi)單元本振0.95～2.150GHz11.7～12.75GHz

高頻頭要接收衛(wèi)星電視信號的全部頻道，例如，C波段的頻率范圍為3.7～4.2GHz，有500MHz帶寬，有24個頻道，高頻頭就要對24個頻道都能進(jìn)行放大和進(jìn)行頻率變換，高頻頭對C波段采用高本振，本振頻率為5.17GHz或者5.15GHz，變頻后的頻道與下行頻道高低順序是倒置的。Ku波段的頻率范圍為11.7～12.75GHz,有1.05GHz帶寬,高頻頭就要對整個帶寬都能進(jìn)行放大和進(jìn)行頻率變換，高頻頭對Ku波段采用低本振,本振頻率為10.75GHz,變頻后的頻道與下行頻道高低順序相同。

寬頻帶低噪聲放大器由低噪聲場效應(yīng)管和微帶線組成,典型電路如圖3-8所示。

圖3-8低噪聲放大器電原理圖50輸入微帶線15p4p4p4p15p15p8p8p8p7mA7mA7-8mA50輸出100

100

100

本地振蕩器是場效應(yīng)管介質(zhì)振蕩器,由低噪聲場效應(yīng)管、微帶線和介質(zhì)片組成，介質(zhì)片置于連接?xùn)艠O和漏極的微帶線之間，典型電路如圖3-9所示。我國已研制出Ku波段衛(wèi)星接收機(jī)室外單元的MMIC（MonolithicMicrowaveIC，單片微波集成電路），電路基板為砷化鎵單晶片，它包括有三級低噪聲放大器、10.8GHz介質(zhì)本振、砷化鎵雙柵場效應(yīng)管混頻器、二級第一中頻放大器及各種高通、低通匹配微帶濾波電路。圖3-9介質(zhì)振蕩電原理圖50輸出12p8p5V20m/4/2500.3p介質(zhì)諧振蕩MMIC介質(zhì)片VD

3.1.3衛(wèi)星數(shù)字調(diào)諧器基本結(jié)構(gòu)天線接收到C波段或Ku波段的衛(wèi)星下行信號，經(jīng)LNB放大和下變頻，形成950～2150MHz第一中頻信號，經(jīng)引下電纜送到室內(nèi)單元，引下電纜一般采用F型連接器，采用高頻特性較好的專用電纜。圖3-10是衛(wèi)星數(shù)字電視接收機(jī)組成方框圖。室內(nèi)單元包括數(shù)字調(diào)諧器、解復(fù)用、解碼主芯片和條件接收模塊、IC卡接口、視、音頻輸出接口、遙控器和電源等。由圖3-10可見衛(wèi)星數(shù)字調(diào)諧器主要是由調(diào)諧解調(diào)、頻率合成、QPSK解調(diào)信道解碼三部分構(gòu)成，這三部分也是數(shù)字調(diào)諧器的三塊主要芯片。圖3-10數(shù)字衛(wèi)星電視接收機(jī)方框圖數(shù)字調(diào)諧器LNB正交鑒相QPSK解調(diào)信道解碼D/A伴音信號解復(fù)用MPEG-2解碼編碼RL模擬電視信號DRAMAGCAFC雙A/DIQ條件接收數(shù)字電視信號主芯片微處理器室內(nèi)單元調(diào)諧頻率合成解調(diào)信道解碼

3.1.4零中頻調(diào)諧

1.零中頻方案

調(diào)諧器的本振頻率與輸入信號頻率相同。輸出信號為零中頻的基帶信號，可直接送到正交解調(diào)電路進(jìn)行處理，輸出I、Q模擬基帶信號，省去了中頻處理電路和聲表面波濾波器等元器件，簡化了電路、降低了成本；后面的數(shù)字解調(diào)是對基帶信號進(jìn)行取樣，ADC的取樣時鐘頻率可以降低，從而降低對ADC處理速度的要求。

2.SLl925

加拿大ZARLINK公司(原MITEL公司)的SLl925是典型的調(diào)諧解調(diào)芯片，圖3-11是SLl925的結(jié)構(gòu)方框圖。其工作頻率范圍達(dá)到950～2150MHz，內(nèi)部集成了壓控振蕩器VCOV和VCOS。VCOS的工作頻率范圍為1900～3000MHz，該頻率經(jīng)過2分頻后輸出950～1450MHz的本振信號；VCOV的工作頻率范圍為1450～2150MHz。引腳Losel用于選擇兩個壓控振蕩器中的一個。當(dāng)輸入頻率低于1450MHz時，設(shè)置LOsel腳為高電平，選擇VCOS輸出，此時工作頻率范圍為950～1450MHz；當(dāng)輸入頻率高于1450MHz時，設(shè)置LOsel腳為低電平，選擇VCOV輸出，此時工作頻率范圍為1450～2150MHz。兩個壓控振蕩器的Tank端外接由微帶線和變?nèi)荻O管組成的調(diào)諧回路，頻率合成器形成的調(diào)諧電壓加在變?nèi)荻O管上，改變調(diào)諧電壓，就改變調(diào)諧回路電容，也就能改變壓控振蕩器的頻率。兩個壓控振蕩器產(chǎn)生的本振信號可從PSout和PSoutb引出作為外部頻率合成的輸入信號。圖3-11調(diào)諧芯片SLl925結(jié)構(gòu)方框圖÷2頻率選擇移相第一中頻～～AGC950～2150OPFIOPFQIPFQIPFIIoutQoutLoselTankvTanksSL1925VCOVVCOSPsout

TankvbTanksbPsoutb

××0o90o

根據(jù)SLl925輸出信號電平大小，解調(diào)信道解碼模塊輸出脈寬調(diào)制(PWM，PulseWidthModulation)形式的AGC控制電壓，先經(jīng)過一個低通濾波器，進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后，接到SLl925的AGC引腳，控制其放大器的增益。該AGC放大電路的調(diào)節(jié)電壓范圍為0～5V，0V時有最大增益，5V時是最小增益，AGC控制范圍可達(dá)30dB。零中頻正交解調(diào)輸出后，要經(jīng)過外接的低通濾波器濾除帶外的噪聲。由于信號的符號率最高可達(dá)45MS／s以上，考慮到發(fā)射端還采用了奈奎斯特濾波器，選用的低通濾波器帶寬為56MHz。正交解調(diào)后的I、Q兩路信號分別由OPFI、OPFQ輸出，先通過外接的兩個低通濾波器濾波后，再將信號分別由IPFI、IPFQ輸入到內(nèi)部基帶放大器再一次放大后，分別由Iout、Qout輸出。

3.1.5頻率合成器

頻率合成是將一個高穩(wěn)定和高精度的標(biāo)準(zhǔn)頻率經(jīng)過運(yùn)算，產(chǎn)生同樣穩(wěn)定度和精度的特定頻率的技術(shù)。圖3-12是頻率合成器的組成方框圖。

圖3-12頻率合成器的組成方框圖÷(NM＋A)鑒相÷K電荷泵I2CFVCOFRESDASCLDRIVECHPUMP

1.（NM＋A）分頻器

壓控振蕩器的輸出信號RF的頻率為FVCO，先進(jìn)行（NM＋A）分頻；基準(zhǔn)信號的頻率為FRE，先進(jìn)行K分頻；兩個分頻后的信號在鑒相器中進(jìn)行相位比較，鑒相器輸出的數(shù)字信號由電荷泵轉(zhuǎn)換成模擬電壓去控制壓控振蕩器的頻率變化，當(dāng)環(huán)路鎖定時．壓控振蕩器的輸出頻率FVCO與基準(zhǔn)頻率FRE的關(guān)系是KFVCO＝（NM＋A）FRE。CPU通過I2C總線設(shè)定分頻比（NM＋A）和K，壓控振蕩器的輸出信號頻率被控制在不同的頻道上。

（NM＋A）分頻器是頻率合成器中的常用電路，又稱為NM1A分頻器，圖3-13是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。復(fù)位時預(yù)定標(biāo)器為N＋1分頻，A計數(shù)器、M計數(shù)器為0，兩個計數(shù)器開始對F／（N＋1）計數(shù)，A計數(shù)器計到A時，控制預(yù)定標(biāo)器變?yōu)镹分頻，M計數(shù)器對F／N繼續(xù)計數(shù)，計到M時，復(fù)位預(yù)定標(biāo)器、A計數(shù)器，計數(shù)周期重新開始。若輸入信號周期為T，輸出信號周期＝T（N＋1）A＋TN（M-A）＝T（NM＋A），所以電路是（NM＋A）分頻器。圖3-13（NM＋A）分頻器組成方框圖預(yù)定標(biāo)器÷N／N＋1A計數(shù)器FF/（NM＋A）M計數(shù)器（NM＋A）分頻器

2.SP5769SP5769是ZARLINK公司生產(chǎn)的一種頻率合成器電路，和SLl925配合使用，圖3-14是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。圖3-14

ZARLINK公司SP5769型頻率合成器方框圖～÷16／1711位計數(shù)

4位計數(shù)

相位比較基準(zhǔn)分頻電荷泵I2C總線收發(fā)

2位4位2位3位4位鎖存與端接口

1314104567891123116地址SDASCLP3P2P1P0RFINACP測試fPD/2選擇fPD/2鎖相15位鎖存XTALCAPREF/COMPCHPUMPDRIVEXTAL

通過I2C總線接口，可以對芯片內(nèi)部的寄存器進(jìn)行讀寫操作，從而達(dá)到對其進(jìn)行控制的目的。SP5769將來自于調(diào)諧解調(diào)器SLl925的壓控振蕩器的輸入信號fL進(jìn)行16M＋A分頻后與其內(nèi)部的高穩(wěn)定基準(zhǔn)頻率（晶體振蕩器4MHz頻率K分頻）進(jìn)行相位比較，所產(chǎn)生的調(diào)諧電壓經(jīng)外接三極管驅(qū)動后再送回到調(diào)諧解調(diào)器中的壓控振蕩器，以調(diào)整載頻頻率，并保證其穩(wěn)定性。這里M是可編程11位數(shù)值，A是可編程4位數(shù)值，基準(zhǔn)分頻K由4位編程值決定，編程值為0000～1111時，K取值分別是2、4、8、16、32、64、128、256、24、5、10、20、40、80、160、320，CPU根據(jù)用戶命令指定的頻道，查出本振頻率，計算出所需的分頻系數(shù)值，設(shè)置SP5769的內(nèi)部可編程分頻系數(shù)寄存器，就可調(diào)諧到指定的頻道。這里16M＋A可取連續(xù)值而K只能取離散值，所以K是粗調(diào)，決定本振頻率微調(diào)精度，K應(yīng)盡可能取較大值。芯片還能設(shè)置電荷泵電流、設(shè)置輸出基準(zhǔn)頻率或比較頻率、設(shè)置測試方式。

SP5769由I2C總線接口來控制分頻比，I2C（InterICbus，集成電路間總線）是通過SDA(串行數(shù)據(jù)線)和SCI(串行時鐘線)兩根線在IC之間傳送信息，根據(jù)地址識別每個器件。采用I2C總線IC內(nèi)部不僅有接口電路，而且將內(nèi)部各單元電路按功能劃分為若干相對獨(dú)立的模塊，通過軟件尋址實(shí)現(xiàn)片選，減少了器件片選線的連接。CPU不僅能通過指令將某個功能單元電路掛靠或摘離總線，還可對該單元的工作狀況進(jìn)行檢測和控制，從而實(shí)現(xiàn)對硬件系統(tǒng)的既簡單又靈活的擴(kuò)展與控制。

圖3-15是SLl925和SP5769的接線圖，圖中電容標(biāo)注數(shù)值若為純小數(shù)，其單位為F；否則，單位為PF；電阻標(biāo)注數(shù)值后帶R的是參考值，需根據(jù)實(shí)際信號大小作調(diào)整。

ZARLINK公司已經(jīng)將SLl925和SP5769兩片芯片集成為單片零中頻調(diào)諧器SLl935，由于工藝水平提高，輸入工作電平范圍達(dá)到-70dBm～-20dBm,AGC控制范圍達(dá)50dB，不再需要外部低噪聲AGC放大器，本振相位噪聲更低。圖3-15SLl925和SP5769的接線圖10k13k684MHz82DRIVEXTALCAPXTALSDASCLP3/LLP1P2CHPUMPVEERFINRFINVCCREF/COMPP0ADDRESSSP5769I2C總線5V15030V151005VOPFIVCCPsoutbPSoutVEEVEE1T379×2TanksbTankvVEETankbNCVCC5VOPFQVCC118165V914IPFQVEEIPFIVEEIoutBB811×215k0.0226.15×0.449×0.440.10.11K1K3.91K0R0R1K5VIout100R0.22151KTanksLoselVCCIFinaIFinbIF

IN1000120RVEEAGCTP1AGCQoutQout100R0.22151KVCC1000SL1925281001K×2微帶線

3.1.6定時恢復(fù)和載波恢復(fù)

QPSK的數(shù)字解調(diào)主要由雙ADC、定時恢復(fù)環(huán)路、載波恢復(fù)環(huán)路等組成。

1.定時恢復(fù)環(huán)路

從調(diào)諧解調(diào)電路產(chǎn)生的I、Q模擬信號經(jīng)過固定頻率的時鐘取樣后，輸出2路數(shù)字I、Q信號，由于取樣時鐘并非由輸入信號中提取出來的，故難以保證最佳的取樣時間，使得取樣判決后的誤碼率增大，需要采用定時恢復(fù)環(huán)路從輸入數(shù)據(jù)信號中插值出正確的信號，用以校正固定取樣所造成的樣點(diǎn)誤差，以保證抽樣判決后，輸出端的信號有最低誤碼率。

Gardner法是一種典型的定時恢復(fù)方法，其結(jié)構(gòu)如圖3-16所示。它由內(nèi)插濾波器、定時誤差檢測、環(huán)路濾波器、數(shù)控振蕩器組成。圖3-16Gardner法定時恢復(fù)環(huán)路結(jié)構(gòu)示意圖～ADCx(t)信號輸入內(nèi)插濾波器固定時鐘y(kTi)x(mTs)奈奎斯特濾波器Y(kTi)定時誤差檢測環(huán)路濾波數(shù)控振蕩器

內(nèi)插濾波器的等效實(shí)現(xiàn)框圖如圖3-17所示。采樣數(shù)字信號x(mTs)經(jīng)DAC變換為模擬脈沖，經(jīng)模擬濾波器h(t)濾波后得到時間連續(xù)信號y(t)，對y(t)在時刻t=kTi重新采樣得到新的采樣點(diǎn)就是所要求的插值點(diǎn)，只要將模擬濾波器h(t)轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器，就可以用數(shù)字的方法來實(shí)現(xiàn)插值運(yùn)算。圖3-17內(nèi)插濾波器結(jié)構(gòu)示意圖DACy(kTi)x(mTs)濾波器h(t)模擬脈沖模擬信號y(t)重采樣t=kTi原采樣時間重采樣時間(mk+2)TsmkTs(mk+1)Tsmk+1TskTi(mk-1)Ts(k+1)Ti(k-1)Ti

內(nèi)插濾波器輸出碼流需要經(jīng)過Nyquist濾波以減少碼間干擾。定時誤差檢測器(TimingErrorDetector，TED)求得的誤差值通過環(huán)路濾波器（LoopFilter）后更加平滑，用來驅(qū)動數(shù)控振蕩器(number-controlledoscillator，NCO)。內(nèi)插濾波器從NCO中得到內(nèi)插參數(shù)，進(jìn)行有效的內(nèi)插工作。

TED采用Gardner算法，每個符號只需要有2個采樣值，數(shù)據(jù)量少。其時鐘鎖定過程與載波無關(guān)，因此定時調(diào)整可先于載波恢復(fù)完成，定時恢復(fù)環(huán)和載波恢復(fù)環(huán)相互獨(dú)立，這給解調(diào)器的設(shè)計和調(diào)試帶來了方便，DVB-S、DVB-C中的定時恢復(fù)都采用這種方法，詳見參考文獻(xiàn)53、54、55。

常用的易于實(shí)現(xiàn)的內(nèi)插濾波器有:線性、三次、分段拋物線三種。通過比較可以發(fā)現(xiàn)，三次、分段拋物線與線性相比有主瓣寬、旁瓣抑制度大等特點(diǎn)，采用Farrow結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)時內(nèi)插濾波器結(jié)構(gòu)非常簡單，詳見參考文獻(xiàn)56。

2.載波恢復(fù)環(huán)路

在模擬正交解調(diào)器中使用的本振信號不是從接收信號中提取的相干載頻，而是由高穩(wěn)定度的頻率合成器產(chǎn)生的。由于傳輸信號的頻率偏移或接收系統(tǒng)前端的LNB本振的偏移，零中頻調(diào)諧器輸出的模擬基帶信號中會存在一定程度的頻偏和相偏。這樣的模擬基帶信號即使采用定時準(zhǔn)確的時鐘進(jìn)行取樣判決，得到的數(shù)字信號也不是原來發(fā)射端的調(diào)制信號，這種誤差的累積效應(yīng)將導(dǎo)致抽樣判決后誤碼率增大。載波恢復(fù)環(huán)路的作用是要采用數(shù)字的方式將該信號完全轉(zhuǎn)換為基帶數(shù)字信號，克服其中存在的頻偏和相偏

電路一般由兩個環(huán)路構(gòu)成，如圖3-18所示，第一個環(huán)路為頻率恢復(fù)環(huán)路，用來補(bǔ)償輸入信號中存在的頻率偏移。第二個環(huán)路為相位跟蹤環(huán)路，用來跟蹤和補(bǔ)償輸出信號中的相位偏移。圖3-18QPSK解調(diào)載波恢復(fù)環(huán)路結(jié)構(gòu)示意圖×相位解旋轉(zhuǎn)DCOLPF相位跟蹤環(huán)路頻率恢復(fù)環(huán)路PD×頻率解旋轉(zhuǎn)DCOLPFFD載波鎖定指示定時恢復(fù)匹配濾波

頻率恢復(fù)環(huán)路（FrequencyRecoveryLoop）用于糾正信號的頻率偏移，其利用頻差檢測器(FrequencyDetector，F(xiàn)D)產(chǎn)生的誤差信號，經(jīng)過環(huán)路濾波器實(shí)現(xiàn)對數(shù)控振蕩器(Digital

ControlledOscillator，DCO)的頻率控制，輸入信號在頻率解旋模塊（FrequencyDerotate）中分別與DCO產(chǎn)生的兩路正交信號相乘，完成頻率解調(diào)工作。FD常用四重相關(guān)器(quadricorrelator)來實(shí)現(xiàn)，該環(huán)路收斂比較快，有助于環(huán)路的快速鎖定；數(shù)控振蕩器由一個相位累加器和一個Sin、Cos查找表組成，用來產(chǎn)生本地的同相和正交載波。具體算法詳見參考文獻(xiàn)63。

相位跟蹤環(huán)路(PhaseTraceLoop)的結(jié)構(gòu)與頻率恢復(fù)環(huán)路類似，利用相差檢測器(PhaseDetector，PD)輸出的誤差信號經(jīng)環(huán)路濾波器、數(shù)控振蕩器，最后在相位解旋器（PhaseDerotate）完成相位糾正。PD采用極性科斯塔斯環(huán)來提取相位誤差，電路和算法詳見參考文獻(xiàn)24和63。

DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)中，提供可選的導(dǎo)頻，幫助接收機(jī)載波恢復(fù)。

3.1.7解調(diào)和信道解碼芯片STV0299

ST公司的STV0299是常用的解調(diào)信道解碼IC，其內(nèi)部組成框圖如圖3-19所示，它包括一個雙路6bitA／D變換器、QPSK／BPSK數(shù)字解調(diào)器(時鐘恢復(fù)、載頻恢復(fù)、AGC控制、內(nèi)插器等)、信道解碼器(卷積解碼、去交織、RS解碼、能量去擴(kuò)散)，支持DVB、DBS等多種標(biāo)準(zhǔn)。采用TQFP（ThinQuadFlatPackage，方形扁平封裝）64封裝。

F22Diseqc

圖3-19STV0299型數(shù)字解調(diào)和信道解碼電路方框圖奈奎斯特內(nèi)插濾波

解相位旋轉(zhuǎn)

AGC1

偏置比較

雙A/D

AGC

VTOP

VBOT

IN/IPQN/QP時鐘產(chǎn)生

XTALIN

XTALOUT

AUXCLK

22KDiseqc接口

I2C接口

SCL

SDA

SDAT

SCLT

AGC2

定時恢復(fù)定時鎖定指示定時數(shù)控振蕩器C/N指示Viterbi譯碼解交織RS解碼能量解擴(kuò)散D0～D7STROUTERRORCLKOUTD/P誤差監(jiān)視通用功能DAC

IP0

OP0（0～2）

載波鎖定指示

1.STV0299的主要性能

(1)數(shù)字解調(diào)模塊：①雙路6位模數(shù)轉(zhuǎn)換器；②完成QPSK和BPSK解調(diào)；③數(shù)碼率為90Mb/s，符號率為1～50MS／s；④數(shù)字奈奎斯特(Nyquist)濾波器，滾降系數(shù)為0.20或0.35；⑤帶鎖相檢測的數(shù)字載波環(huán)：寬范圍解相位旋轉(zhuǎn)器(Derotator)和跟蹤環(huán)路；⑥帶鎖相檢測的數(shù)字時間恢復(fù)：內(nèi)設(shè)全集成定時環(huán)路、內(nèi)插濾波器和時鐘基準(zhǔn)；⑦雙路數(shù)字AGC：采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)實(shí)施調(diào)諧器增益控制；在設(shè)定信號帶寬下實(shí)施功率優(yōu)化的內(nèi)部AGC，有利于時鐘、載波的恢復(fù)。⑧具有調(diào)諧器和高頻頭(LNB)控制(H／V、22kHz等)的外部輔助端口。

(2)前向糾錯模塊：

①軟判決Viterbi解碼器：約束長度為7、碼率為1／2的收縮卷積碼；自動識別或手動設(shè)置識別收縮率：為1／2、2／3、3／4、5／6和7／8；②解交織：同步字提取和解卷積交織；③RS解碼器能糾正達(dá)8個字節(jié)的錯誤；④能量解擴(kuò)散⑤芯片內(nèi)設(shè)有誤差監(jiān)視功能；⑥可編程并行或串行輸出格式；

2.STV0299的主要電路功能：

(1)時鐘產(chǎn)生電路。利用外部晶振產(chǎn)生的4MHz時鐘，通過其內(nèi)部的壓控振蕩器(VCO)和分頻器產(chǎn)生主時鐘(MCLK)，用于對信號的取樣；產(chǎn)生輔助時鐘(AUXCLK)的頻率可在50～800Hz范圍變化，用于對LNB中的某些功能進(jìn)行控制；所產(chǎn)生的22kHz時鐘，用于LNB的高低本振的切換和DiSEqC(DigitalSatelliteEquipmentControl數(shù)字衛(wèi)星電視天線切換控制)接口功能。

(2)

AGC電路。主控AGC1將I、Q輸入信號與內(nèi)部一個可編程的閥值進(jìn)行比較，其差值經(jīng)積分后形成一個脈沖寬度調(diào)制(PWM，PulseWidthModulation)信號，經(jīng)外部簡單的低通濾波器濾波后，可用于控制前端調(diào)諧解調(diào)器的放大器增益，從而根據(jù)輸入信號的強(qiáng)弱改變前端放大器的增益。

輔控AGC2把I、Q輸入信號的有效值與一個可編程閥值進(jìn)行對比，獲得誤差信號，再分別加到I和Q通道的復(fù)用器上，對I、Q兩路的信號進(jìn)行增益控制。

(3)定時控制電路。由于A／D轉(zhuǎn)換采用的取樣時鐘不是從輸入信號中提取出來的，難以保證最佳的取樣時間，使得取樣判決后的誤碼串增大，采用定時恢復(fù)環(huán)路校正固定取樣所造成的樣點(diǎn)誤差，保證抽樣判決后，輸出端的信號有最低誤碼率。與STV0299定時環(huán)路有關(guān)的寄存器有：符號率寄存器、計時常數(shù)寄存器和計時頻率寄存器。其中符號率寄存器與所需的符號率相對應(yīng)；計時常數(shù)寄存器用來控制定時二階環(huán)的自然頻率和阻尼因子；計時頻率寄存器在定時鎖定時，其所存的數(shù)值即為頻率偏移的對應(yīng)值。

(4)載頻定時環(huán)路。由于前端的模擬正交解調(diào)器中所采用的是非相干本振信號，基帶輸入信號存在頻差和相位抖動，載波定時電路可以糾正標(biāo)稱頻率與實(shí)際頻率的差別，可以校正LNB的隨機(jī)頻率偏移，使有用信號的頻譜集中于解調(diào)頻率兩側(cè)。與載頻定時環(huán)有關(guān)的寄存器有：載頻環(huán)控制寄存器和載頻頻率寄存器。前者寄存控制載頻環(huán)的自然頻率和阻尼因子的值；后者是在搜索時，寄存載頻的偏移量值。

(5)載噪比(C/N)指示器。用于指示接收信號的質(zhì)量。包括天線是否正確對準(zhǔn)、前端電路(天線、高頻頭、電纜、調(diào)諧器等)性能是否良好。還可以指示RF信號質(zhì)量是否符合接收要求。

(6)Viterbi解碼與同步。Viterbi解碼器計算出4種可能路徑中的每個符號，它們是以接收到的I、Q輸入信號的歐幾里德(Euclidian)距離的平方值為度量的。在誤差率的基礎(chǔ)上測定出收縮率(PunctureRate)和相位。DVB-S的收縮率有5種，當(dāng)選擇自動識別收縮率時，對于每一個可能的收縮率，將其當(dāng)前的誤差率與一個可編程閾值比較，若誤差較大，則要嘗試其他收縮率或相位，直到獲得最小誤差為止。

Viterbi解碼器也可以根據(jù)已知的收縮率進(jìn)行設(shè)定，這樣，同步的時間會短一些。

(7)去交織、RS解碼器、能量去擴(kuò)散。這些操作在STV0299內(nèi)部自動完成，用戶只要對相應(yīng)的寄存器進(jìn)行使能和某些初始設(shè)置即可。

(8)輸出接口。STV0299輸出的信號端子共有4組：數(shù)據(jù)線(D0～D7)；數(shù)據(jù)時鐘信號(BCLK)；數(shù)據(jù)／奇偶校驗(yàn)時鐘(D／P)；錯誤指示信號(ERROR)。數(shù)據(jù)線可定義成并行輸出方式或串行輸出方式。若是并行輸出方式，則D0～D7為8bit并行數(shù)據(jù)輸出線，相應(yīng)的BCLK為比特時鐘；若是串行輸出方式，數(shù)據(jù)從D7端輸出，相應(yīng)的BCLK為時鐘。

3.1.8303211MT型衛(wèi)星數(shù)字調(diào)諧器三星(SamSung)公司303211MT型衛(wèi)星數(shù)字調(diào)諧器是典型的產(chǎn)品，方框圖如圖3-20所示。它就是由調(diào)諧解調(diào)芯片SLl925、頻率合成器SP5769、數(shù)字解調(diào)和信道解碼器STV0299三片芯片組成。三星公司TBMU24311IMB型衛(wèi)星數(shù)字調(diào)諧器采用單片合成零中頻調(diào)諧器SLl935，體積縮小為85×45×13。D0～D7圖3-20三星公司303211MT型衛(wèi)星數(shù)字調(diào)諧器方框圖÷2正交解調(diào)第一中頻～～低通解調(diào)信道解碼STV0299BCLKVALIDERRORAUXCKAGC950～2150OPFIOPFQIPFQIPFIIoutQoutLoselTankvTanks222F22KSL1925頻率合成器SP5769I2C總線VCOVVCOSPsout調(diào)諧器件低通低通低通低通

3.2衛(wèi)星數(shù)字調(diào)諧器的發(fā)展

目前世界各國都在大力發(fā)展衛(wèi)星數(shù)字電視，衛(wèi)星數(shù)字調(diào)諧器中蘊(yùn)藏著巨大的商機(jī)，幾家主要的數(shù)字電視集成電路制造商正不斷地研制出新的產(chǎn)品。產(chǎn)品的主要特點(diǎn)是芯片數(shù)目從3片減少為2片，甚至1片；外接元件越來越少，濾波器、調(diào)諧元件逐漸被集成到芯片中。3.2.1STB6000和STV0299芯片組3.2.2ZL10036和ZL10312芯片組3.2.3L64733C、L64734芯片組3.2.4MB86A15APMT-M-BND單芯片3.2.5國產(chǎn)GX1101系列衛(wèi)星信道接收芯片

3.2.1STB6000和STV0299芯片組

ST公司04年3月推出STB6000型高集成零中頻調(diào)諧集成電路，電路包括低噪聲放大器、下變頻混合器、基帶低通濾波器、增益控制、壓控振蕩器、低噪聲鎖相環(huán)。圖3-21是STB6000的組成方框圖。寬的增益控制范圍能用于低符號率應(yīng)用，簡單的兩線接口控制，外部元件很少可以減少生產(chǎn)成本、增加可靠性，與前面介紹的解調(diào)信道解碼芯片STV0299一起組成數(shù)字調(diào)諧器能與ST公司的OMEGA解碼芯片（詳見4.3）無縫接口，組成衛(wèi)星數(shù)字電視接收機(jī)。

ST公司的芯片STV0399將低噪放大、模擬調(diào)諧、零中頻解調(diào)、數(shù)字解調(diào)、信道解碼等集成在一塊芯片上，相當(dāng)于STB6000和STV0299的組合。利用STV0399可以減少元件的數(shù)目和系統(tǒng)的成本。圖3-21

ST公司STB6000型零中頻調(diào)諧電路方框圖AGC8RFINAXTAL11AGC××濾波濾波IOUTIOUTBQOUTQOUTB2019181790o帶寬增益兩線總線CLK15DATA1413AS振蕩器／P28V調(diào)諧ANPLLCDCP3127CPCPCD／R／KXTALBXOOUT242322STV6000

3.2.2ZL10036和ZL10312芯片組

1.ZL10036ZL10036是ZARLINK公司04年3月推出的零中頻調(diào)諧和頻率合成電路，與DVB格式兼容，符號率1～45MS/s，完全集成不用調(diào)整的本地振蕩器，集成的寬帶濾波器頻寬4～40MHz可調(diào)，RF的環(huán)通輸出可作級連調(diào)諧用。圖3-22是ZL10036的組成方框圖。正交解調(diào)后的基帶信號經(jīng)7級低通濾波器濾波，低通濾波器的帶寬由6位設(shè)定值BF1～BF6決定的數(shù)值BF(0～62)和基準(zhǔn)頻率分頻器的設(shè)定值BR4～BR0決定的數(shù)值BR經(jīng)指定公式計算決定?；鶐ǖ烙兄绷餍Ｕ芈?，回路的高通性質(zhì)由IDC和之間以及QDC和之間的片外連接電容決定。輸出基帶信號有低阻抗驅(qū)動能力和低的交互調(diào)制，能接差分或單端負(fù)載。圖3-22調(diào)諧和頻率合成芯片ZL10036結(jié)構(gòu)方框圖RFIN×IOUTIOUTB×6位編程低通6位編程低通QOUTQOUTBRFINARFBYPASSRFBYPASSA直流校正IDCIDCB電壓調(diào)整QDCQDCB移相VCOI2C總線接口15位編程分頻5位編程分頻XTALCAPXTAL頻率合成LOCKVCCTUNEDRIVEPUMPVVARVCCDIGDIGDEC3.3VADDSDASCLSLEEP直流校正

2.ZL10312

衛(wèi)星電視QPSK解調(diào)和信道解碼芯片ZL10312接收ZL10036輸出的模擬I、Q進(jìn)行A/D變換、數(shù)字解調(diào)、前向糾錯，輸出MPEG2TS流。圖3-23是ZL10312的組成方框圖。圖3-23信道解碼芯片ZL10312的組成方框圖雙ADCIQ解旋轉(zhuǎn)濾波定時恢復(fù)匹配濾波相位恢復(fù)DVB／DSS前向糾錯TS流模擬AGC時鐘發(fā)生器搜索控制2線總線接口

A/D轉(zhuǎn)換輸入端可以是單端或差分輸入，雙A/D轉(zhuǎn)換電路附有改進(jìn)的SiNaD（Signal-NoiseandDistortion）電路和通道匹配電路，生成的AGC電壓經(jīng)濾波后送ZL10036。芯片只需外接10MHz或16MHz晶體，利用可編程PLL提供固定取樣率的時鐘，也可以使用4～16MHz的外部時鐘信號作主時鐘。片內(nèi)的數(shù)字濾波器用來代替原來片外的可編程抗混疊濾波器。

頻率、定時、載波相位恢復(fù)都是數(shù)字的，數(shù)字相位恢復(fù)環(huán)路可以進(jìn)行很精細(xì)的帶寬控制以克服由于相位噪聲和熱噪聲引起的性能下降。ZL10312的內(nèi)部控制器執(zhí)行所有的搜索算法，指定符號率和維特比碼率后ZL10312工作在一種CDC(CommandDrivenControl)方式，使ZL10312編程很簡單，當(dāng)ZL10036編程為指定的頻道后，ZL10312只需編程5個寄存器。ZL10312也作好搜索未知的符號率和維特比碼率的準(zhǔn)備。

QPSK解調(diào)電路由幅度偏移補(bǔ)償、頻率偏移補(bǔ)償、可調(diào)濾波、載波恢復(fù)、符號恢復(fù)和匹配濾波組成。頻率偏移補(bǔ)償電路能跟蹤±22.5MHz的頻率偏移，所以系統(tǒng)能克服由LNB引入的相對大的頻率不穩(wěn)定性。為了對LNB進(jìn)行完全控制芯片提供DiSEqCV.2接口，可以讀寫DiSEqC信息，有8個字節(jié)的發(fā)送緩存器和8個字節(jié)的接收緩存器。

一個內(nèi)部的狀態(tài)機(jī)處理所有的解調(diào)功能、控制信號的捕獲和跟蹤，采用不同的預(yù)置方式常常是有效的。當(dāng)接收機(jī)沒有接收信號的先驗(yàn)知識時進(jìn)行盲搜索；對于低符號率的應(yīng)用提供快速捕獲算法，捕獲功能的完全交互的控制可以進(jìn)行查錯；當(dāng)信號很弱時QPSK解調(diào)允許為FEC重新獲得鎖相等候足夠的時間，例如通過維特比解碼器進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)，這樣能盡量避免由于信號微弱而產(chǎn)生的信號丟失，只有當(dāng)FEC在一段可編程的閾值時間內(nèi)重新獲得鎖相失敗，QPSK解調(diào)重新獲取信號。匹配濾波器是升余弦平方根濾波器，與DVB兼容時滾降系數(shù)是0.35，與DSS兼容時滾降系數(shù)是0.2。

ZL10312提供關(guān)于輸入信號信息和芯片各部分的狀態(tài)信息，包括信噪比、信號電平、AGC鎖定、定時和載波鎖定。當(dāng)事件發(fā)生時可屏蔽中斷輸出有效，通知主控制機(jī)。

FEC模塊能糾錯DVB-S和DSS傳送流，維特比解碼模塊能解碼碼率為1／2、2／3、3／4、5／6、6／7、7／8的卷積碼。模塊能自動同步、自動I、Q相位判定、自動碼率檢測、在高碼率時提供較好的性能。片內(nèi)的同步算法允許維特比解碼器在信噪比很差時鎖住信號，一個維特比誤比特率監(jiān)視提供QPSK輸出的錯誤率指示。維特比解碼器中的24位錯誤計數(shù)寄存器監(jiān)視QPSK解調(diào)輸出的誤比特率，RS解碼器中的24位錯誤計數(shù)寄存器監(jiān)視維特比輸出的誤比特率，16位的不能糾正包計數(shù)器產(chǎn)生輸出包錯誤率信息，這三個監(jiān)視和QPSKSNR寄存器使芯片性能和它的QPSK解調(diào)、維特比解碼等獨(dú)立模塊被外部微處理器徹底地監(jiān)視。幀／字節(jié)校正模塊有復(fù)雜的同步算法保證在最壞的條件下可靠地恢復(fù)DVB和DSS幀數(shù)據(jù)流。

RS解碼器解碼截短的（255，239）碼，DVB碼塊大小是204字節(jié)而DSS碼塊大小是146字節(jié)，解碼器提供不能糾正塊數(shù)目的計數(shù)和糾正的錯誤比特數(shù)計數(shù)，后者給出維特比解碼輸出的比特錯誤率指示。在DVB方式，解擾按DVB說明進(jìn)行，最后的輸出是并行或串行的TS流、包同步、數(shù)據(jù)時鐘和塊錯誤信號。數(shù)據(jù)時鐘可以在軟件控制下反轉(zhuǎn)。圖3-24是ZL10312和ZL10036的連接圖，可以看出，只需少量的外接元件。

5V0.22×25V10002.7k1006800100010003n9H121000100075RFINRFBYPASS0.27×213k1.2k3.3V2000.010.220.1×410×2100R×25V4.7k4.7k100×210.111M15100k470k22k0.0136k5V0.01MPEG接口Host接口RFINRFINBRFLOOPRFLOOPBVCCRFPUMPDRIVEVVARVCCTUNEVCCDIGDIGDECIDCBIDCQDCQDCBXTALXTALCAPSDASCLIOUTIOUTBQOUTQOUTBRFAGCZL10036XTIXTODATA2CLK2IinIinBQinQinBAGCMDO0MDO7MOVALBKEERMOSTRTMOCLKTIRQDATA1CLKSLEEPSTAtusRESETDiSEqC1DiSEqC2DiSEqC3ZL10312圖3－24ZL10036和ZL10312的連接圖

3.2.3L64733C、L64734芯片組

L64733C、L64734調(diào)諧器和衛(wèi)星接收芯片組是LSILogic公司新一代的調(diào)諧和通道接收芯片組，芯片組內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-25所示。

調(diào)諧芯片L64733C的RFIN腳接收從高頻頭(低噪聲下變頻器)引下電纜送來的925～2175MHz第一中頻信號，RFIN腳內(nèi)部接75匹配電阻，除了隔直電容外不需要任何匹配網(wǎng)絡(luò)。從L64734送來的INSEL信號控制RF開關(guān)，選擇環(huán)通或正常方式。RF送到增益可控放大器，放大器由L64734送來的AGC1信號控制增益，放大器的輸出信號饋送到正交解調(diào)器的兩個混合器，與相位相差90°的本地振蕩相乘，將第一中頻信號直接轉(zhuǎn)換、分裂為I、Q信號。

圖3-25

L64733C、L64734調(diào)諧器和衛(wèi)星接收芯片組增益可控放大器RF開關(guān)正交鑒相晶振8分頻90°×鑒相電荷泵×增益可控放大器增益可控放大器VCO倍頻÷32／33或÷1／2電荷泵濾波器電荷泵濾波器L64733C合成器控制模塊AGC控制濾波控制模塊Fc載波回路控制定時回路控制FDOUBINSELMODPSOUTPLLINCPGAGC1AGC2QOUTIOUTFLCLK雙ADC插入／抽取濾波匹配濾波輸出控制外部微處理機(jī)接口解擾碼RS解碼解卷積交織RS同步維特比譯碼維特比同步外部微處理機(jī)數(shù)據(jù)地址總線IQL64734TS流IFINIFOUTTANKFBLOBUFLODIV2222222CLK片內(nèi)PLL產(chǎn)生

基帶信號通過一對由L64734送來的AGC2信號控制增益的可控放大器后進(jìn)入一對抗混疊七級Butterworth濾波器，濾波器跟隨一個單極延時均衡器。L64734調(diào)整AGC1和AGC2信號使RF信號的信噪比最大,同時維持I、Q信號的適當(dāng)電平。L64734的FLCLK信號控制濾波器的截止頻率，截止頻率是根據(jù)波特率來選取的。濾波后的基帶差分輸出信號IOUTP、IOUTN、QOUTP、QOUTN送到L64734的A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字化，接著進(jìn)行BPSK/QPSK解調(diào)、濾波和前向糾錯解碼，最后輸出MPEG2TS流。頻率合成器功能上分為兩半，在L64734中的合成器控制模塊為調(diào)諧芯片L64733C中的頻率合成器產(chǎn)生控制信號，合成器控制模塊中具有合成器反饋回路中用的可編程計數(shù)器。

L64733C為頻率合成器提供模擬功能、RF本振和晶振。壓控振蕩器VCO的調(diào)諧頻率是543～1088MHz，以5MHz晶體為基準(zhǔn)，以0.625MHz為步長，當(dāng)調(diào)諧925～1086MHz頻段內(nèi)的頻道，L64734發(fā)出控制信號使倍頻器失效；當(dāng)調(diào)諧1086～2175MHz頻段內(nèi)的頻道，L64734發(fā)出控制信號使倍頻器有效。L64733C能改進(jìn)半諧波抑制，要求倍頻控制腳FDOUB特殊編程，有三態(tài)控制。VCO輸出經(jīng)分頻器分頻后從PSOUTP和PSOUTN差分輸出到L64734，L64734的差分信號MODP和MODN控制分頻器分頻率。L64734動態(tài)地改變分頻率保證調(diào)諧步長不受分頻影響，L64734具有可編程計數(shù)器，在信號通過PLLINP和PLLINN腳反饋到L64733C之前進(jìn)一步分頻信號。晶振頻率被8分頻后送到鑒相器，鑒相器產(chǎn)生一個電流信號正比于PLLINP、PLLINN和分頻后的晶振頻率之間的相位差。

電荷泵電路產(chǎn)生電流控制CP和FB腳，一個外部晶體管作為L64733C和28V調(diào)諧電壓之間的緩沖，電流通過一個選通回路濾波轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)諧電壓驅(qū)動VCO調(diào)諧回路的外部變?nèi)荻O管，形成一個頻率控制回路，如圖3-26所示。改變L64734中寄存器的分頻率就能改變VCO的頻率。圖3-26

頻率控制回路原理圖FB28V22k1k10kCP0.0221001k6.8k0.001BC8472424TANKNTANKPVRLO微帶線電感變?nèi)荻O管

3.2.4MB86A15APMT-M-BND單芯片

德國富士通公司的MB86A15APMT-M-BND是單芯片數(shù)字衛(wèi)星廣播的調(diào)諧器和QPSK解調(diào)器，能實(shí)現(xiàn)接收DVB-S信號的全部功能，采用富士通的MCP(Multi-Chip-Package，多芯片包裝)技術(shù)把零中頻調(diào)諧器、QPSK解調(diào)和FEC集成在一起，邏輯模塊采用0.25ｍCMOS技術(shù)，RF模塊采用BiCMOS技術(shù)，外接元件只有F連接器、４MHz晶體和幾個電阻電容，甚至高頻振蕩電路中的電感和變?nèi)荻O管也包含在芯片內(nèi)，這意味著在生產(chǎn)中不需要進(jìn)行調(diào)整。圖3-27是該芯片的典型接線圖。電路的主要性能有：⑴與DVB-S（SCPC，MCPC）和DSS兼容；⑵電源電壓5V、3.3V、2.5V（不需要30V調(diào)諧電壓）；⑶輸入頻率范圍：950MHz～2150MHz；圖3-27

MB86A15APMT-M-BND典型接線圖VLOOPMAOUTMACONTRACONTRAOUTEACONTEAOUT5VCINRFINVTOUTVTINCPOWCINWEINWDINWDOUTWCOUTWEOUTTERTENFSYNCTCLKTS0～TS7PACSDA解復(fù)用SCLSCL813SDAMPEG2解碼AGCINOFFSETIOFFSETQAGCOUT2.5VVREFIINQINIOUTQOUTREG1REG2XIXOCLKINCLKOUTMB86A15APMT-M-BND⑷輸入信號電平：-75～-10dBm；符號率：1Mbaud～45Mbaud；⑸硬件產(chǎn)生DiSEqC1.×信號⑹載波捕獲范圍：±5MHz；⑺自動檢測IQ和viterbi碼率（DVB：1／2、2／3、3／4、5／6、7／8）；⑻載頻偏移和載噪比監(jiān)視功能（通過I2C總線接口）；⑼功耗小于1.5W（45Mbaud時，低波特率時降低）；⑽120腳塑封LQFP(LowProfileQuadFlatPack)包裝；⑾富士通將提供應(yīng)用編程接口軟件（API）源碼；⑿包括PC監(jiān)視軟件的開發(fā)板，軟件提供圖形BER顯示，有信號增強(qiáng)／質(zhì)量條狀圖和發(fā)送管理。

3.2.5國產(chǎn)GX1101系列衛(wèi)星信道接收芯片

杭州國芯科技有限公司的GX1101系列是支持DVB-S標(biāo)準(zhǔn)的衛(wèi)星數(shù)字電視信道接收芯片，主要由雙ADC、QPSK解調(diào)模塊及前向糾錯模塊組成。

片上集成6bit雙ADC，具有偏置功能；對未知符號速率和內(nèi)碼碼率進(jìn)行高速掃描，內(nèi)插和抗混疊濾波器組可以處理1M～45M可變符號速率；具有帶鎖定指示的全數(shù)字定時恢復(fù)環(huán)路、帶鎖定指示的全數(shù)字載波恢復(fù)環(huán)路，片上跟蹤范圍最大可達(dá)±45M；滾降系數(shù)α＝0.35數(shù)字Nyquist濾波器，具有信號質(zhì)量估計指示。通過兩線串行總線對芯片進(jìn)行配置，集成兩線串行總線轉(zhuǎn)發(fā)器，對Tuner干擾更??；內(nèi)部集成PLL，只需外接無源晶體；DiSEqCv2.2調(diào)制輸出用于控制LNB及天線，內(nèi)建自測試（BIST）；輸出MPEG-2格式TS流，串行或并行可編程；64LQFP封裝。3.3有線數(shù)字調(diào)諧器

3.3.1有線電視3.3.2有線數(shù)字電視系統(tǒng)3.3.3有線數(shù)字調(diào)諧器基本結(jié)構(gòu)3.3.4MOPLL芯片SN761672A和TUA60343.3.5解調(diào)和信道解碼芯片STV02973.3.6TCMU30311PTT型有線數(shù)字調(diào)諧器3.3.7TDA8274HN和TDA10023HT芯片組3.3.8國產(chǎn)GX1001系列有線信道接收芯片

3.3.1有線電視

1.有線電視名稱

城市中的高層建筑物引起射頻電視信號的反射、折射，電視機(jī)會接收到同一頻道的有時間差的多路射頻電視信號，造成嚴(yán)重的重影現(xiàn)象。加上城市工業(yè)噪聲等干擾的影響，地面廣播電視圖像質(zhì)量下降。為了改善收看質(zhì)量把室外天線收到的電視信號經(jīng)放大處理后用電纜分配到各戶，形成電視接收、傳輸、分配系統(tǒng)，稱公用天線電視系統(tǒng)(CommunityAntennaTelevisionSystem，CATV)。公用天線電視經(jīng)發(fā)展成為電視頻道多達(dá)幾十個的在整個城市聯(lián)網(wǎng)的電視系統(tǒng)，既可收轉(zhuǎn)當(dāng)?shù)?、鄰近城市電視臺和衛(wèi)星電視節(jié)目，又可制作、播放自辦節(jié)目，這種電視系統(tǒng)稱為有線電視系統(tǒng)。由于用電纜進(jìn)行輸送，稱為電纜電視系統(tǒng)(CableTelevisionSystem，C