数字电视设备与检测

 

无智不明

  

【摘要】我们正处在数字机顶盒与综合数字电视接收机市场快速成长的时代，数字技术已成为电子业界的热点。当前数字设备在技术上已经到达了什么地步?电子工程师们用何种办法检测数字电视设备故障?本文着重介绍现行使用的数字电视设备技术情况。

 

业内人士现在谈论最多的话题就是数字电视。在卫星传送下行链路上,由LNB(高频头)拾取的地面电视信号依然是模拟信号。模拟信号由I(周相) 和Q(正交)调制载波组成。由调频器处理,产生IF(中频)信号混合同步解调器来提供模拟I和Q输出信号。这些信号通过数字处理和解码接收机后,才被转换为数字格式。因此,双重模-数转换器(ADC)要安装在调频器和数字处理器之间。无论是否处在UHF段, 终端输出都会构成视频或三基色(红绿兰,缩写RGB)形式,或是多频道音频,但这些信号又会被重新转成模拟格式。

在模拟电视与数字电视并存的时期, 由于开展数字业务的需要,数字电视接收机/解码器可以被看成由独立的模拟设备和数字设备两大部分所组成。模拟设备这部分由从前部的调频器至后部的数字PAL编码器、UHF调幅器等几部分组成。数字设备这部分由软件程序、控制器、双重模-数转换器、数-模转换器、数字处理和解码器等设备组成。

在数字机顶盒和综合数字电视接收机中,其纠错功能与传统应用的逻辑探针和(或)示波器可用来检查数据、地址和控制信号路径,测量仪表和示波器还可用于检测所使用的各种IC卡插口的状态。

信号跟踪

跟踪信号路径是查出故障段的一种逻辑方法。在涉及到的相关点,通过解码器/接收机来检查模拟信号和数字数据流码。如缺少I或Q调幅或数据流码时, 就会导致电视无画面或无伴音,或者既无画面也无伴音。也可能是部分故障, 如信号数据或可寻址线错误,可能会导致全部或间隙性无画面、画面扭曲,或伴音变调,或者两种情况同时发生。

逻辑探针可用于检查数字比特率流码。逻辑状态仪器可以指示出所选择的测试点的逻辑状态。指示表上可以显示逻辑1(高点) 、逻辑0(低点)、开放电流条件或数据码流的现状。指示器上的两个液晶显示屏显示高点或低点。如果有开放电流或不确定逻辑动态,液晶显示屏上则无任何显示。数字动态(比特流码) 会在闪烁的液晶屏或专用指示器上显示出来。使用脉冲扩展器会使脉冲缩窄到可探针的10n/秒。

虽然逻辑探针不能测量波形,但也不能说它就不能提供快捷简单的检测数字状态的方法。需要检测实时波形时,可使用数字示波器。数字示波器不但能显示出模拟和数字波形,还能测量振幅、频率和时间。在数字电视接收机中的模拟信号与在模拟接收机中的模拟信号都是相同的,在有适当带宽的普通的模拟示波器上都可显示出来。要测量数据比特码流,就需要把带宽减少至100MHz, 数字存储示波器的采样率调至每秒5亿以上。这种数字示波器也能用于显示和测量模拟信号。

存储式示波器可测量出部分数据比特码流,存储并显示其波形在屏幕上,以供技术人员观察和测量。对于其它部分的数据码流也是如此。与模拟电路系统不同的是: 测试点依照波形、频率和振幅而有自己特定的信号,在数据码流中的其它点与零点的关系也有同样通用的波形和振幅,而这与它在整个电路上的位置无关。

 

定时与控制

在微处理系统中, 由于错误或丢失时间信号,或是不当的数据定时和控制信号, 这些都会造成不能正常工作。一旦定时/同步出现错误时，则会导致部分或整个系统工作不正常。多路追踪示波器可定时和同步几个数据,用同时显示二个或以上的数据码流来控制所检测的比特流码。一个典型的多跟踪显示屏,可显示在挑选芯片(CS) 和对记忆芯片允许输出(OE)控制信号、数据线和时钟输入之间的时间关系。

检查有疑问的芯片

来自数字信号处理芯片的输出没有信号,并不一定是芯片损坏。在微处理控制和基码系统中,没有IC输出信号一般有几种可能:没有时钟脉冲;没有输入控制信号或控制信号输入不正确; 软件回路出现故障;在数据或地址线路上出现问题;相关记忆芯片出了问题;再次输入的状态不正确;直流(DC)电压太低或为零。

一般来说,对怀疑有问题的IC可以用以下方法检测:

(1)检测IC输入端相关点的直流电压。如果不正常,再检查电源端,找出故障点。若不是,则再检查微型耦合电容器、开放线路线圈、开放线路反馈电阻或开关晶体管。

(2)芯片在正确时钟频率下工作。使用示波器检测时钟脉冲。计数器可测出其频率。凡是在芯片有一路以上输入的地方,都必须检查。

(3)芯片能接收能发自微处理器或微控制器芯片的正常指令。这时可检查控制信号和数据、地址线路。

(4)所有的软件是有效的或是最新版软件。

检查直流电压时, 可使用数字电压计(DVM)来测量芯片相关点的电压。使用具有适时频率响应的示波器,可检测时钟信号。时钟脉冲必须达到:

(1)快速生长的方形波形;

(2) 在3.5-5.25V的振幅,名义上可达到4.8V(假设在输入电压为5V的情况下工作);

(3)可以从波形的周期性时间来计算出正确的频率。

对于数字适配或存储示波器, 采用逻辑探针来检查控制线路,以检测各种信号的波形, 如挑选芯片(CS),确认(ACK)、读/写(W/R)、选通(STR)和中继要求(IQR) 。使用逻辑探针或DVM来检测重设(RST)线。在活动点高时,采取低重设芯片, 动态点就降低到正常值。因此,动态低点重设线应比正常值高。使用逻辑探针或示波器可检测数据和地址线。

软 件

不适当的软件,如淘汰软件、删除软件、可靠性差的软件都有可能造成数据码流的中断。软件处理例行程序一般存储在闪速存储器芯片中。通过RS232端口(在闪速存储器中的PC负荷新软件)把PC与接收机联接起来,进行重写或升级。当然,也可用新的程序存储器来代替闪速存储器。

检查调频器

调频器执行正常功能,如频率转换、放大和过滤,加上同步输入解调,可产生能传载数字解调的模拟IF输出信号。同步解调类似于在PAL解码器中的同步信号解调。局域振荡器由从附随的数字解调器中出来的AFC (自动频率控制)电压来控制。图1说明了主要的输入和输出。

当调频器开关打算锁定预计时,这称之为“家庭信道”。如果锁定失败,搜索锯齿形波形就会显示在AFC输入点上。与此同时,AGC输入产生最大调频增益。DVM可用于检测LNB源/开关电压上。

检测信道解码

本部分接双重ADC。在卫星传送或地面传送I和Q COFDM(编码正交频分复用)载波情况下,信号输入由数字I和Q QPSK(正交相移键控)传载。接收机的本部分功能就是把输入载体转换成称之为传送码流的数字数据码流,如数字解调和传载前向纠错(FEC) 。前一部分的操作由QPSK或COFDM处理芯片执行。在接收信号中,前向纠错主要用于补偿出现的错误。

测试数据处理/解码芯片的主要过程是检查:

(1)输入和输出数据码流;

(2)处理和其它时钟信号;

(3)微处理控制和通信信号;

(4)任何存储数据/地址总线和控制信号。

对于测试接收信道解码部分, 对于数字动态情况,采用逻辑探针或示波器, 逐个检查提供传送数据码流的输出数据线。传送码流由MPEG数据包(压缩视频和音频)组成。

对于双重ADC的样板时钟输出的正常设置为两倍符码(调幅)率。采用每秒27.5M符码率, 样钟将在55MHz工作。接收机没有输入时,时钟脉冲码流就会打开工作。

如果传送数据信号无输出,检查I和Q输入信号、样钟和参考钟,然后调整信号和微处理数据及地址通信总线。某些控制信号和它们的特性如下:

MPEGSTART输出口:对于每个传送码流MPEG数据包来说,第一个字节最高;

MPEGFAIL输出口:如果数据包有错误(尽管FEC),第一个字节则最低;

DATAVALID输出口:对于188个字节的数据包来说,第一个字节最高;对于16检查字节来说,第一个字节最低;

SYNC输出口:在数据同步出现错误时,第一个字节最高;

RST(重设)输入:如果“动态低(对于重设)”,第一字节高些是正常的;

SCL:I C控制线时钟脉冲输入;

SDA:I C数据线;

检测TS解复用器

对于传送码流解复用芯片的输入。包括了来自信道解码器的MPEG数据包和MPEGSTART、 MPEGFAIL、MPEGCLOCK信号。它的功能是把MPEG数据包按要求分类,按正确的次序给所选定的程序重新排列视频包和音频包。然后再把这些“包”传送给MPEG视频和音频解码器。

    如果视频和音频输出数据线是无效的,检查来自信道解码器的控制输入、25MHz解复用器和27MHz帧系统钟。如果时钟信号丢失,向回路检查电源。有条件接收基准(CAM) 与接收机的这部分相连。首先采用编码程序,然后采用“自由”(非编码)程序来测试检查从CAM界面的输入和输出数据码流。还要使用逻辑探针或示波器来检查CAM控制信号。程序如下:

BCLOCK(字节钟):对原状数据提供延迟要求;

DSTARTIN:数据包的第一个字节最高;

DVALIDIN:当数据出现无序错误时第一个字节最高;

对于数字动态--CS(芯片选择),R/W(可读/可写)、IRQ(中断请求)、RST(重设)、SCL(I C总线时钟)和SDA(I C总线数据),检查解复用器控制线。这些线路在此过程中应属一般动态。

视频数据无输出会导致VSTROB(视频选通) 无输出或来自MPEG视频解码器的VREQ(视频请求) 无输入。在解复用器芯片和MPEG视频解码芯片之间的数据转换,在后来的动态VREQ指示愿意接收数据时才发生。通过采用VSTROB信号,MPEG数据才选通。对于音频输出也一样，有一系列数据线。在这种情况下,也由ASTROB来选通MPEG音频解码器动态AREQ和数据。

对于数据和地址线上的数字动态及可读/可输出(OE)、可写(WE)控制线, 也可用相关的SRAM存储芯片检测。芯片启动(CE)线动态低,正常情况下也低。SRAM存储芯片出现故障则会造成无画面无伴音。

MPEG视频解码和数字PAL编码

接收机的这部分见图5。MPEG视频解码器转换所接收的数据包成为多复用明视度(Y) 、红色度(CR)和兰色度(CB)数字数据。对于数字动态,可使用逻辑针来检测输入和输出的数据流码,也可使用示波器来测试实时波形。

检查27MHz帧系统时钟和解码器处理时钟, 然后再检查在MPEG解复用和解码芯片之间,控制转换的VREQ和VSTROB两线。再检查微处理总线和控制信号。通过检测数据、地址和控制线,可测试出相关DRAM芯片。DRAM芯片损坏会造成整个系统无视频输出。如信号数据和地址线等部分存储损坏,会造成无画面、间隙性无画面、画面扭曲。

视频输入至PAL解码芯片的信号仍是数字信号。这个芯片把输入信号转换成传统模拟RGB后,复合视频输出。

MPEG音频解码

MPEG音频解码芯片接收从解复用芯片输出的系列PCM(脉码调制)数据,转换成立体声左右声道输出。AREQ和ASTROB这两种控制信号把从解复用器来的压缩数据转换至MPEG解码芯片。解码器后面就是数模转换器,它有样钟和音频数据输入。可像前面所述办法,用逻辑针或示波器检测。可用一台简单的模拟示波器来检测输出。

解码芯片与在正常条件下测试的DRAM芯片相关。音频存储器的失效一般会引起音频信号的丢失。部分失效会造成间隙性伴音或无伴音。

启动程序

一台机顶盒通常不会自行关闭: 在不使用时,它会自动处于准备模式状态。它的微处理器、微控制器和处理芯片仍处于设置状态,随时准备接收和处理数据。当打开接收机/解码器开关时,就进入设定程序:初始化、确认、编程控制与信号处理芯片。这包括从闪烁存储器芯片、DRAM存储器和其它芯片上下载软件例行程序,这一过程称之为启动程序或开机程序。启动程序主要阶段如下:

(1)电源输出电压要达到运行正常值;

(2)微处理器和微控制器芯片中RST接脚分别要达到5V;

(3)其它处理芯片的设定同上;

(4)下载软件分两个阶段:第一阶段对微处理器和微控制器芯片,只在微总线和控制线上进行数字动态描述。第二阶段包括初始化和编程信道解码器、传送信号解复用器以及MPEG视频和音频解码器芯片。

(5)用数字解调器来设置样板频率;

(6) 信道解码器开始搜索有缺陷的信道,这称之为“家庭信道”。搜寻到信号时,信道解码器就会自动锁定并接收数据、处理和解码。然后输出画面和伴音信号。如果搜寻不到“家庭信道”,信道解码器就会搜寻其它有缺陷信道。没有锁定住输入的信号, 屏幕上会显示“无信号”(no signal)字样。

起始程序需要两分钟左右的时间才能完成,用户通过接收机上的液晶屏幕显示和电视屏幕上的信息即可了解。

测试逻辑仪器

数字电视接收机可与很多逻辑装器(如选通电极、多谐振荡器、计数器、反相器)合为一体。可检查出线脚故障(某一线脚与电源线短路,或是线脚与机壳短路) 和开放电路故障,这类故障通常是由IC引起的。用逻辑探针和逻辑脉冲器,可查找到线脚故障和开放电路故障。

逻辑脉冲器可调整IC中的逻辑状态, 或把测试点又重新调整原状态,如驱动一个低线脚由高至低,或高线脚由低至高。如用脉冲器这类选通电路来测试逻辑装置,可改变输入线脚的状态,用逻辑探针检查输出效果。例如,以图7为例的简单操舵网络中, 使用的是英国派司(Pace)公司接收解码器来设定可读(RD) 和可写(WR)控制信号反馈至调制解调控制器芯片。用一个7400四方形NAND芯片来提供操舵。用安置在线脚2点的脉冲器来检测选能电路,用逻辑探针来监视线脚3点的输出。因为其它输入(线脚1) 为5V,在线脚2处的状态变化会引起输出线脚变化, 这在探针上的闪烁指示上可观察到.无探针指示时可能是连接至线脚2、线脚3、线脚10、线脚12的电路有故障。在其它选能电路上重复这一过程,直至找出故障原因。采用在可疑线脚安置脉冲器和探针来确认。如果脉冲器操作对探针闪烁没有影响,则可确认所诊故障。

IC线脚在0点或1点可鉴别,分别查出接地短路的原因或DC供应电压的原因。如果查出芯片线脚8在0点STUCK,那么下面调制解调器控制芯片上的这个线脚或线脚55有可能与外壳短路。用灵敏度高的欧姆表或者电流跟踪器与脉冲器相配合,查出故障点。

电流跟踪器产生的快速脉冲对于磁场灵感,它用指示灯或连续不断的声音来指示故障。使用电流跟踪器时,必须关闭被检设备的电源。把脉冲器放置在可疑线脚上。如果短路在调制解调器控制芯片的线脚55处,来自脉冲器上的脉冲就会从线脚8通向线脚55。跟踪器就会检查出在线脚55处的电流。如果短路在线脚8处,那么在线脚55处就无电流脉冲。

本文所讨论的芯片功能分类主要是新一代的数字电视处理芯片。随着技术的发展, 芯片功能日益增多,最后会集成为很少的几种芯片。这会为今后的设计师们创造更大的设计空间。

 

 

（本文发表于《卫视周刊》2000年第23、24期）