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射頻/無線  

以更經濟方式實現高畫質DTV接收器

上網時間: 2007年09月19日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:數位電視  DTV  TVP9900 

隨著數位電視(DTV)市場迅速成長,系統開發者不斷尋求能以更具成本效益的方式,在不犧牲畫面品質的前提下實現DTV接收器。本文將以德州儀器(TI)的TVP9900 ATSC 解調器為例,說明一個帶多徑功能的高性能接收器前端方案,它有助於DTV製造商在降低元件成本的同時,仍能維持大眾對數位傳輸所期待的高品質畫面。TVP9900針對行動應用所設計,並採用了由TI提供、已用於其他DTV產品中的成熟技術。

除了晶片外,TI也為系統開發者提供支援,協助評估DTV概念並迅速開發電路和軟體。其中最有用的工具之一是TVP9900評估模組(EVM),該EVM提供一個可立即使用的ATSC前端接收器(與Alps的調諧器子板共同組成一個完整單元)。在該EVM內的TI WinVCC(Windows視訊控制中心)軟體,可提供一個用於初始化、最佳化、狀態和視覺化的用戶介面。該EVM硬體和WinVCC軟體可共同使用,以簡化TVP9900的開發,並加速DTV的上市速度。

TVP9900 ATSC 解調器

TVP9900 ATSC 解調器支援DTV廣播接收,包括北美的高解析度電視(HDTV)接收。該解調器支援所有的標準無線和有線ATSC傳輸。這款獨立的解調器與標準ATSC調諧器及多種TI或其他廠商生產的DTV視訊處理器相容。圖1顯示了採用TVP9900的DTV接收器的主要元件和連接部份。

TVP9900的性能符合甚至超越了美國電視標準委員會(ATSC)的A/74建議,能在確保高品質畫面的同時簡化接收器設計。其訊號等化可涵蓋A/74 導則要求的迴音規格,另外,多徑和突發雜訊減損性能可使其解調所有巴西E通道(Brazil ensemble)──這是業界用於多徑性能的最苛刻測試之一,使其在更廣闊的發射範圍內具有改進的訊號接收能力。圖2展示了TVP9900的多徑性能(頂行)如何大幅超越了A/74 要求,確保為用戶提供高品質畫面。

憑藉TVP9900的高系統整合度,該解調器可顯著降低DTV製造商接收器的材料總數,降幅可達20%。TVP9900尺寸僅14 x 14 mm,且省去了週邊電路,與其他替代解調方案相較,可減少達300 mm2的PCB面積。

TVP9900解調器包含了幾項主要特性:

•ATSC 8-VSB 解調和前向糾錯(FEC)支援無線廣播接收;

•相容於TU-J.83B的64/256 QAM 解調和FEC支援有線接收;

•直接44MHz中頻輸入無需外部下變頻就可接收標準調諧器的訊號輸出;

•一個整合的高速10位元類比數位轉換器(ADC)和一個臨近通道濾波器減少了所需的外部聲波表面濾波器數量,且無需中頻放大;

•由調諧器驅動的可選4MHz時脈輸入能讓解調器不再需要一個晶振;

•全數位時脈和載波恢復無需外部元件就可保有訊號完整性;

•一個sigma-Delta(Σ-△)數位類比轉換器(DAC)可透過將反饋提供給支援該特性的調諧器,提供自動增益控制(AGC);

•透過專用I2C介面可直接控制調諧器,將來自主系統I2C匯流排帶給該調諧器的雜訊耦合降至最小;

•標準的串列/平行MPEG-2 輸出與ISO/IEC 13818-1 相容,能以平行或串列模式與各種DTV處理器進行通訊;

•一個EIA/CEA-909 天線控制介面支援用於改進接收的智慧天線。控制參數包括天線指向、天線極化、前置放大器增益和通道數;

•採用節省空間的14x14 mm的80腳TQFP封裝,將所需的PCB空間減至最小。

圖1:基於TVP9900的DTV接收器。
圖1:基於TVP9900的DTV接收器。

圖2:TVP9900的多徑性能。
圖2:TVP9900的多徑性能。

圖3展示了TVP9900 ATSC 解調器的架構。

圖3:TVP9900架構圖。
圖3:TVP9900架構圖。

TVP9900評估模組

為協助設計師評估TVP9900解調器並迅速測試設計概念,TI提供了TVP9900 EVM。該EVM PCB提供操控TVP9900及在接收器系統內動態除錯、糾錯該晶片功能所需的電路以及測試點和跳線。該EVM提供的WinVCC軟體也提供用於8-VSM和64/256 QAM 解調的一鍵式設定功能。

在前端部份,EVM主模組能與一個具備Alps TDQU4X005A 調諧器的子板和射頻輸入進行介面連接。一個公共介面允許方便地與其他調諧器板通訊。MPEG-2 資料透過一個兼具平行和串列設置的埠,輸出至開發者選取的DTV處理器。透過一個模擬I2C匯流排的PC主埠,可對解調器進行控制並向WinVCC軟體報告。板上提供的一個25MHz 晶振可作為元件時脈,或可選用來自調諧器的4MHz 時脈作為時脈源。既可直接透過TVP9900解調器,也可透過模擬I2C匯流排控制調諧器。

除了提供全部可用的TVP9900解調器功能進行評估外,該EVM還為開發者自行開發的電路提供佈局指導,在文件中提供了完整的原理圖。還可獲得基於TVP9900的其他參考設計。圖4顯示了該EVM的結構圖。

圖4:TVP9900的評估模組結構圖。
圖4:TVP9900的評估模組結構圖。

WinVCC軟體

包含在TVP9900 EVM 內的WinVCC軟體可用於控制和除錯DTV接收器前端。WinVCC可加強解調器評估的任務包括:

•透過具備不同暫存器資料設定的命令檔進行的系統初始化;

•把韌體下載到TVP9900;

•使用可編輯和儲存的屬性表(property sheet)最佳化暫存器設置;

•透過暫存器報告狀態;

•視覺化的即時狀態標繪。

為便於使用,所有WinVCC功能均由主視窗任務欄控制,它會呼叫執行特定任務的視窗,包括編輯設置的互動視窗。這些任務包括:系統初始化;ATSC調諧器控制;TVP9900屬性表;I2C暫存器圖編輯器;虛擬示波器;視圖/星座圖。

提供調諧器數位控制的視窗包括圖5所指示的特性。此視窗和下一個視窗包括紅/綠燈以指示通道和鎖閉狀態。

圖5:ATSC調諧器控制。
圖5:ATSC調諧器控制。

TVP9900本身的配置和控制透過屬性表完成,如圖6所示。這種互動表允許透過移動一個游標來評估完整的參數值範圍,另外還顯示了其他特性。其所提供之類似的暫存器編輯表允許用戶顯示和編輯目前I2C暫存器空間內的所有位元狀態。屬性表中的值可被儲存為初始化資料設定,並可插入系統軟體以節省程式修改時間。

圖6:TVP9900屬性表。
圖6:TVP9900屬性表。

WinVCC軟體還提供可從屬性表中選擇的視覺化工具。這些工具套件包含了圖7中所見的虛擬示波器,該示波器可提供最多4個狀態暫存器的即時標繪。該工具儲存從零點時間起所有獲取的資料,並提供儲存資料用於下線分析的選項。有助於訊號分析的特性包括:實數(Real)、振幅、相位或都卜勒(Doppler)平面圖類型;可變時間和分割;可變Y偏置和等級;自動Y調整;縮放和水平搖攝。

圖7:4通道虛擬示波器。
圖7:4通道虛擬示波器。

圖8所示的視圖和星座圖工具也提供了視覺化功能。工具在載波恢復分割器(slicer)輸入端以持續穩定的圖表顯示訊號變化,並允許用戶將資料存入一個記錄文件。視圖在三個連續圖表上顯示I資料,允許用戶透過觀察圖表中‘眼’的睜開程度來評估訊號品質。星座圖顯示獨立的I資料的高度以及水平軸;對VSB來說,其點的群聚呈現出8條垂直線;對QAM來說是8 x 8 或16 x 16的柵格。透過檢查實際曲線與理想圖表的接近程度來評判訊號品質。

圖8:視圖/星座圖。
圖8:視圖/星座圖。

本文小結

在DTV市場不斷演化之際,製造商正在尋求新方法以降低實現前端接收器中標準功能的成本。TI的TVP9900 ATSC 解調器可協助開發者在保持高品質成像的同時降低成本,使開發者可集中資源於開發吸引消費者的增值特性。這款獨立解調器透過拿掉了若干濾波器及其它過去在外部實現的功能減少了元件數,另外,其小巧的TQFP封裝還減少了PCB面積。

與調諧器的直接連接及標準的資料輸出串流,使TVP9900能相容於各種前端和後端接收器元件;另外,各種控制和介面選擇也帶來了實現時的靈活性。TVP9900 EVM和WinVCC 軟體提供的深度支援簡化並加速了概念評估和系統開發,使設計師能為快速成長的DTV市場創造出消費者負擔得起的產品。

作者: Marc Pyne

數位視訊應用工程師

德州儀器




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