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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
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