數(shù)字高頻調(diào)諧器原理與結(jié)構(gòu)分析

1、課程設(shè)計說明書第i頁數(shù)字高頻調(diào)諧器原理與結(jié)構(gòu)分析摘要數(shù)字電視調(diào)諧器是電視接收機頂盒中的重要部件，是數(shù)字電視接收機的前端部件， 數(shù)字信號高頻調(diào)諧器簡稱數(shù)字高頻頭，在數(shù)字電視芯片中占有十分重要的地位。它承擔 了數(shù)字電視接收機的全部高頻信號的處理工作。它主要是對模擬電視機的升級，使模擬電 視機能接收和收看數(shù)字電視節(jié)目，同時具有所有廣播和交互式多媒體應用功能，現(xiàn)在就基于數(shù)字高頻調(diào)諧器原理與結(jié)構(gòu)進行分析，通過時鐘輸入采用從信號源上的bs信號輸入，經(jīng)過鎖相環(huán)電路（cd4046）及分頻器控制電路（cd4522）即分頻比為n,則從vco 振蕩輸出口得到合成頻率為 nf信號。把壓控振蕩器vco的輸入端用導線直接

2、連接到相位比較器2的比較信號輸入端第三引腳 pd12,這時，該電路就是一個基本鎖相環(huán)電 路。本電路采用反饋封鎖的辦法，實現(xiàn)了使用極少的器件控制著眾多批頻率（即從100hz99.9khz）的靈活轉(zhuǎn)換功能。分頻比范圍控制電路，主要通過改變電阻、電容 的值來改變頻率合成器分頻比的范圍。關(guān)鍵詞：數(shù)字高頻頭，鎖相環(huán)，控制電路課程設(shè)計說明書第ii頁1緒論12數(shù)字調(diào)諧器的分類、特點及組成 13.頻率合成式數(shù)字調(diào)諧器工作原理 33.1 數(shù)字頻率合成器的組成33.2 鎖相環(huán)路的工作原理及組成 33.3 數(shù)字鎖相式頻率合成器系統(tǒng)設(shè)計總體框圖 43.3.1 常用集成鎖相環(huán)路cd4046簡介53.3.2 cd4046

3、的內(nèi)部功能框圖及各引腳功能如下 63.3.3 可預置1/n計數(shù)器cd4522工作原理及引腳圖 7總 結(jié)11致 謝12參考文獻13課程設(shè)計說明書第15頁1緒論1.1課題描述數(shù)字電視調(diào)諧器是數(shù)字電視接收機的前端部件， 在數(shù)字電視芯片中占有十分重要的 地位。它承擔了數(shù)字電視接收機的全部高頻信號的處理工作。傳統(tǒng)的電視調(diào)諧器由分立元件構(gòu)成，通過印刷電路板互連，外型是一個鐵盒裝置， 將各區(qū)域隔離，防止信號之間用擾，內(nèi)部各個區(qū)域?qū)崿F(xiàn)不同功能，通過金屬將各區(qū)域隔 離，防止信號之間的用擾，此類調(diào)諧器存在幾個難以解決的缺餡：性能不穩(wěn)定，每個器 件都有獨立的電氣和溫度特性，因此隨著時間推移和外部環(huán)境的變化，調(diào)諧器的

4、總體性 能的變化范圍較大，最終導致圖像質(zhì)量的變化；體積較大，因為內(nèi)部空間需要容納眾多 器件，包括芯片，線圈，電容等，而且要考慮散熱問題；成本較高，調(diào)諧器的成本包括 內(nèi)部的多塊芯片，線圈，電容，外層鐵盒以及 pcb板的制作費用，價格不菲。隨著微電子技術(shù)，超大規(guī)模集成電路設(shè)計技術(shù)，數(shù)字信號處理技術(shù)以及計算機技術(shù) 等方面的實用技術(shù)突破，國際市場競爭的加劇，電視調(diào)諧器的制作越來越優(yōu)良，性能越 來越優(yōu)異，并向集成化，小型化和高可靠性發(fā)展，從上世紀 70年代開始，分離器件構(gòu) 成的電路模塊逐漸被相應專用的集成電路所替代，并隨著集成電路設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，電 視視調(diào)諧器專用芯片的集成度越來越高。2數(shù)字調(diào)諧器的分類

5、、特點及組成高頻調(diào)諧器分機械調(diào)諧和電調(diào)諧兩類。機械調(diào)諧高頻頭是通過改變電感進行頻道 選擇的。該調(diào)諧方式的優(yōu)點是：開關(guān)每轉(zhuǎn)動一檔，就可切換一個頻道，不需另加選臺裝 置，電性能穩(wěn)定，維修調(diào)整均方便1。主要缺點是體積大、機械結(jié)構(gòu)復雜，并且機械觸 點多，用久易發(fā)生接觸不良。電調(diào)諧高頻頭是通過改變回路中的電容進行頻道選擇的。目前，都是采用變?nèi)荻O管代替可變電容。 它的優(yōu)點是無機械觸點、壽命長。在波段范圍內(nèi)頻率連續(xù)可調(diào)，但頻率位置不能固定，在更換臺時需臨時調(diào)整。 為避免這一麻煩，就必須附設(shè)多路頻道預 選器。另外，電子調(diào)諧器的本振頻率易受溫度變化的影響，故常設(shè) afc電路。不論是機械調(diào)諧還是電調(diào)諧，都必須同

6、時改變輸入回路、高放及本振回路的調(diào)諧參數(shù)（電感或電容）才可以切換頻道。 近年來，電視接收機調(diào)諧器不僅出現(xiàn)了各種類型的模擬或數(shù)字式電子選臺和自動預選裝置，而且已廣泛使用光控式近紅外遙控器，以及與 微處理器結(jié)合的多功能遙控器，應用語言識別技術(shù)的語言遙控器也正在進行研究。 高頻頭的電路結(jié)構(gòu)如下圖所示。由于受壓控變?nèi)荻O管容量變化范圍的限制，我國將 tv分為三個頻段：高（uhf）、中（uhf-h）和低（vhf-l ）頻段。電路包含：三套獨 立的高放（包括輸入調(diào)諧電路、高頻放大器和輸出調(diào)諧器），本機振蕩器、混（變）頻 器和前置中頻bpf等電路。由頻段開關(guān)選擇切換；輸入回路單調(diào)諧，q質(zhì)低，帶寬約12mhz

7、;輸出回路雙調(diào)諧，矩形系數(shù)好，帶寬約 12mhz;雙柵場效應低噪聲放大管， g1為tvrf信號輸入端，g2是放大器增益控制端，電壓高時增益大，最大增益約20db。 增益大有利于在接收小信號的 tv時提高整機的信噪比，接收靈敏度好。由于我國 tv 中頻規(guī)定38mhz,在輸入/輸出回路與本振統(tǒng)調(diào)情況下，本振頻率始終比 rf信號頻率 高38mhz?；祛l器如同模擬乘法器2,兩個不同頻率的信號相乘將產(chǎn)生 和頻”和 差頻” 信號，其中 差頻”就是所指的中頻tv信號。和頻'將被中頻帶通濾波器濾除。由于本 振的頻率穩(wěn)定度較差，因此中頻信號時常偏離 38mhz,形成 跑臺”的故障現(xiàn)象。里調(diào)諧三更放 雙調(diào)

8、諧 溫頻 _運.g2 _1.心herm蜀任卜v r 一bu eh bl ago vti圖1基本原理框圖數(shù)字調(diào)諧控制電路部分是數(shù)字調(diào)諧的核心部分，主要有鎖相環(huán)（pll）,數(shù)字頻率合成器和微處理器（cpu）調(diào)諧控制器和顯示驅(qū)動器。頻率合成是對高穩(wěn)定度的頻率進行 加減乘除基本運算，以產(chǎn)生一系列所需要的各種離散頻率技術(shù)。數(shù)字調(diào)諧器分為衛(wèi)星數(shù)字調(diào)諧器，有線數(shù)字調(diào)諧器，地面數(shù)字調(diào)諧器三種，由于信 號傳輸媒介的不同，采用的信號調(diào)制方式與信道編碼方式也有所不同，不可混用，而相 同的傳輸媒介，國際上的傳輸標準也不相同，目前國際上數(shù)字電視傳輸標準主要分為：以美國為代表的atsc標準，歐洲dvb標準以及日本的isd

9、b標準，而我國除衛(wèi)星信 號傳輸標準采用歐洲dvb-s標準外，其地面與有線標準尚在制定之中，因此，傳輸標 準是調(diào)諧器完成信道解碼功能所必須遵循的，但無論采用何種標準，數(shù)字電視調(diào)諧器均 完成統(tǒng)一的mpeg-iits傳輸流輸出，供解復用及信源解碼之用。rf調(diào)諧器的概念，是將傳輸媒介送達的不同頻率的載波信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的中間頻率或 基帶信號的模組，主要用于音視頻終端接收設(shè)備的高頻前端。調(diào)諧是相對載波的諧振回 路，高頻是相對載波的頻率。基本原理框圖如圖 2所示。輸 出 回 路本振回路圖2高頻頭的電路結(jié)構(gòu)圖3頻率合成式數(shù)字調(diào)諧器工作原理3.1 數(shù)字頻率合成器的組成數(shù)字鎖相式頻率合成器根據(jù)信道間隔和工作頻率可

10、分為直接式頻率合成器和吞脈 沖式頻率合成器。典型的直接式頻率合成器組成框圖如圖4所示。它由參考振蕩器、參考分頻器、鑒相器（pd）、環(huán)路濾波器（lf）、壓控振蕩器（vco）和可編程分頻器 等部分組成。3.2 鎖相環(huán)路的工作原理及組成鎖相環(huán)（pll）是一個相位誤差控制系統(tǒng)，利用反饋控制原理實現(xiàn)頻率及相位 的同步技術(shù)。鎖相環(huán)通過比較輸入信號和壓控振蕩器輸出頻率之間的相位差，產(chǎn)生 誤差控制電壓來調(diào)整壓控振蕩器的頻率3,以達到與輸入信號同頻。圖3系統(tǒng)原理框圖鎖相環(huán)路的基本組成框圖如圖 4所示。它由鑒相器（pd）、環(huán)路濾波器（lf） 和壓控振蕩器（vco）三部分組成。其中，pd和lf構(gòu)成反饋控制器，系統(tǒng)是

11、由鎖 相環(huán)路和n分頻器以及信號輸入電路構(gòu)成的。在鎖相環(huán)路模塊中，鑒相器（pd）和壓控振蕩器（vco）可由集成芯片提供，以 降低系統(tǒng)的復雜度。鑒相器輸出的相位誤差電壓是周期性脈沖波形，需要使用環(huán)路低通濾 波器將它平滑后輸出一個直流控制電壓，去控制vco的頻率和相位,使之向減小誤差方 向變化，從而消除頻差與相差達到鎖定狀態(tài)，而高頻噪聲及其它交流諧波分量將受到濾波 器的抑制。n分頻器是將vco輸出信號經(jīng)過n位可控計數(shù)器分頻后輸入鑒相器，使之與參考 信號進行比較。信號輸入電路實質(zhì)就是產(chǎn)生100hz基準信號源，系統(tǒng)將在此信號的基礎(chǔ)上進行一系 列的頻率合成。信號源的精度和穩(wěn)定度將影響整個系統(tǒng)頻率合成的精度

12、和穩(wěn)定度。3.3 數(shù)字鎖相式頻率合成器系統(tǒng)設(shè)計總體框圖分頻比范圍 控制電路時鐘輸入 鎖相環(huán)電路 （cd4046）分頻器個，十位控制電路 （cd4522）圖4系統(tǒng)設(shè)計時鐘輸入可采用從信號源上的bs信號輸入（頻率為f）,經(jīng)過鎖相環(huán)電路（cd4046） 及分頻器個、十、百位控制電路（cd4522）即分頻比為n,則從vco振蕩輸出口得到 合成頻率為n f信號。cd4522為可預置可編程的二-十進制記數(shù)器。n分頻器是鎖相 式數(shù)字頻率合成器主要單元電路之一。 當程序分頻器的分頻比n置成1,也就是把sw1 斷開，sw2置成“0001狀態(tài)，或者不接入兩級程序分頻器，即把壓控振蕩器vco的輸入端用導線直接連接到

13、相位比較器 2的比較信號輸入端第三引腳 pd12,這時，該電路 就是一個基本鎖相環(huán)電路。本電路采用反饋封鎖的辦法4,實現(xiàn)了使用極少的器件控制著眾多批頻率（即從100hz99.9khz）的靈活轉(zhuǎn)換功能。分頻比范圍控制電路，主要 通過改變電阻、電容的值來改變頻率合成器分頻比的范圍。3.3.1 常用集成鎖相環(huán)路cd4046簡介cd4046是通用的cmos鎖相環(huán)集成電路，具特點是電源電壓范圍寬（為 3v 18v）,輸入阻抗高（約100m）,動態(tài)功耗小，在中心頻率f0為10khz下功耗僅 為600pw,屬微功耗器件。cd4046是帶有rc型vco的鎖相環(huán)路，屬于低頻鎖相環(huán)路。采用 16腳雙列直插 式，圖

14、6為cd4046的內(nèi)部功能框圖和構(gòu)成鎖相頻率合成器時的外圍元件連接圖。從圖 中可以看出，cd4046主要由相位比較i、h、壓控振蕩器（vco）、線性放大器、源 跟隨器、整形電路等部分構(gòu)成。芯片內(nèi)含有一個低功耗、高線性 vco,兩個工作方式 不同的鑒相器pdi和pdii , a1為pdi和pdii的公用輸入基準信號放大器，源跟隨器 a2與vco輸入端相連是專門作fm解調(diào)輸出之用的，此 外還有一個6v左右的齊納穩(wěn)壓管。3.3.2 cd4046的內(nèi)部功能框圖及各引腳功能如下1腳相位輸出端，環(huán)路入鎖時為高電平，環(huán)路失鎖時為低電平，2腳相位比較器i的輸出端，3腳比較信號輸入端，4腳壓控振蕩器輸出端，5腳

15、禁止端，高電平時禁止， 低電平時允許壓控振蕩器工作，6、7腳外接振蕩電容，8、16腳電源的負端和正端，9 腳壓控振蕩器的控制端，10腳解調(diào)輸出端，用于fm解調(diào),11、12腳外接振蕩電阻，13 腳相位比較器r的輸出端，14腳信號輸入端，15腳內(nèi)部獨立的齊納穩(wěn)壓管負極。圖6 cd4046內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.3.3 可預置1/n計數(shù)器cd4522工作原理及引腳圖 工作原理，不要外接門電路即可實現(xiàn)1/n計數(shù)/分頻，可以完成可編程序的減計數(shù)(2)cd4522引腳圖圖7引腳圖mc14522由兩部分組成：一是可預置的二一十進制減計數(shù)器，二是“0”輸出r-s 觸發(fā)器。mc14522有四個輸出端q0-q3；還有一個q

16、c輸出端5,作為多級級聯(lián)使用。 它的輸入端較多，除了時鐘端 cp,時鐘禁止端en和清零端cr外，還有與qoq3相 對應的四個預置數(shù)輸入端 p0-p3,以及預置控制端 pe。止匕外，為了完善電路的功能， 還有一個級聯(lián)反饋輸入端cf。（3） mc14522的工作過程mc14522是由4個觸發(fā)器和幾個進位及反饋門電路組成表1 mc14522功能表輸入輸出cpenpe crp0 p1p2 p3q0 q1q2q31000010d1 d2d3 d4d1 d2d3d4j000計數(shù)0000不計數(shù)100不計數(shù)器的各輸出端均置為“ 0”電平。只要cr為“0”，pe為“1”，則加在p0r上的數(shù) 據(jù)送入對應的q0-q

17、3o按照表（a）所列狀態(tài)，在時鐘上升沿作用下，計數(shù)器將做減計 數(shù)。而表（b）表明了級聯(lián)反饋端6、計數(shù)器內(nèi)部數(shù)據(jù)與qc輸出端之間的關(guān)系。當cf 輸入端為“1”時，并且計數(shù)器內(nèi)部數(shù)據(jù) qoq3均為“0”電平時，則r-s觸發(fā)器置數(shù), qc輸出端為“1”電平。這是r-s觸發(fā)器置數(shù)的唯一條件70若cf為“0”電平，即使 qo q3全為“0”狀態(tài)qc輸出端仍為“ 0”狀態(tài)。典型參數(shù)：工作電壓：3v到18v單一直流電壓，最大功耗；500mw,異步預置允許， 而vco就是它的控制對象圖8 protues仿真實驗電路圖圖9 protues仿真實驗結(jié)果網(wǎng)，具備產(chǎn)品制作由仿真結(jié)果看，該電路設(shè)計具有可行性，能夠輸出所

18、需方波信號 基礎(chǔ)。由于實驗設(shè)備的限制，測得的實際數(shù)據(jù)如下:表3 vco實驗數(shù)據(jù):cd4046 9腳的電壓（v）輸出頻率（hz）0.99001.0399001.14199001.25299001.34399001.42499001.5599001.57699001.63799001.69899001.7599900總 結(jié)為期三周的課程設(shè)計就要結(jié)束了，回首整個過程，仍會感到一些緊張，但更多的是 充實，在設(shè)計電路的過程中學到了很多以前沒有注意的知識。剛拿到課程設(shè)計任務(wù)書的時候，感覺自己的題目很簡單，應該一周之內(nèi)就能完成的, 可當自己真正的設(shè)計時，好多需要考慮的問題一個一個的出現(xiàn)在我的眼前，要想完成電 路的設(shè)計，就需要仔細地把一個個問題解決好。為了解決設(shè)計中的問題，自己不厭其煩 的去圖書館查資料，和同學交流一起想解決問題的辦法。以前在學習專業(yè)課時，感覺沒有多少實際的用途，因而學習興趣不高。通過這次的 課程設(shè)計，我認識到了學校開設(shè)的課程都是有一定作用的，只是在學習的時候沒有體會 到罷了。以后要好好學習自己的專業(yè)課，勤于動手，把所學的用于實際的生活