DVB-T接收前端下变频电路设计*

顾 彬，李小进，赖宗声

（华东师范大学 微电子电路与系统研究所，上海 200062）

1 引言

DVB-T是一项技术比较成熟的地面数字电视广播标准，已得到相当广泛的应用。地面数字电视广播是利用RF频段信号在地表附近传播的，而接收则是利用天线进行无线接收。从接收到的RF信号到音视频信息的转换过程中，必须将RF信号变成数字基带信号，以便进行同步、解码等一系列数字基带处理，才能最终得到图像和声音信息[1]。这其中从RF信号变为数字基带信号的过程，一般有2个步骤：从RF到中频，再由中频到基带。本文所设计的电路即为从RF到基带的下变频电路。

2 实现方案

DVB-T RF 信号（51～858 MHz）由天线接收并输入到调谐器（Tuner）中，经混频、放大后，输出差分中频信号，其中心频率为36.13 MHz，带宽为8 MHz。此中频信号进入A/D转换器（ADC），利用带通采样的原理，进行数模转换，得到数字基带信号，ADC采样率为32 MS/s（兆符号/秒）。最后设置了缓存（Buffer），对输出数字基带信号进行电平调整，并增强其驱动能力，以便与后续的FPGA的I/O电平匹配。本电路通过一组I/O将最终的数字基带信号送入FPGA中，进行同步、解码等处理[2-3]。

图1为本文方案的模块图。其中，调谐器TD1316AL/IHP、A/D转换器AD9236和Buffer 74FCT244组成数据主通路，而控制部分则由微控制器Mega8和D/A转换器（DAC）AD7249 组成。

图1 方案实现框图

3 电路原理与设计

3.1 调谐器

调谐器的工作是将无线射频信号进行下变频，得到中频信号。本方案选用的调谐器为Philips公司的TD1316 AL/IHP，它是符合欧标的数字调谐器。

TD1316AL/IHP可以接收的RF信号频率范围为51～858 MHz，输出的中频信号频率为36.13 MHz，经SAW滤波的差分中频输出信号可以直接驱动ADC。TD1316AL/IHP具有射频AGC和中频AGC2个放大器。其内部PLL的工作频率及AGC放大器电压等参数均通过I2C总线进行配置。I2C总线为Philips开发的一种两线串行总线，广泛应用于各种电子产品中。

RF_AGC，IF_AGC分别为射频信号增益控制和中频信号增益控制，两者都可以进行调节，以使中频输出的值在ADC的工作范围之内，一旦ADC溢出（overflow信号有效），就需要调节这2个AGC。参考调谐器的数据表，用其首选方案，将RF_AGC设置为最大，对IF_AGC进行实时调节。表1给出了调谐器主要参数及定义，表2中列出了调谐器的I2C控制字。通过I2C总线，还可以得到调谐器的工作状态，表3中列出了调谐器的I2C状态字，其中的关键参数PLL频率锁定标志FL，当PLL锁相成功时，其值为1。

表1 调谐器I2C控制字的参数定义

表2调谐器I2C控制字

表3调谐器I2C状态字

3.2 A/D转换器

调谐器输出的差分中频信号进入ADC，进行带通采样。选用的ADC为ADI公司的AD9236，它具有12位转换精度，80 MS/s的采样率，可适应Vpp为1～2 V的差分模拟输入。它提供Overflow信号，用于检测输入信号幅值溢出。

将ADC的采样率设为32 MS/s，此采样时钟是通过一块32 MHz的有源晶振来提供的。

3.3 控制器（Mega8）

本方案中的控制器是由单片机来实现的。选用ATMEL公司的AVR Mega8，它是8位MCU芯片。使用带有C编译器的开发软件CVAVR来编写控制程序[4]，并通过并口ISP下载线对Mega8进行编程。在编写I2C总线操作部分程序时[5]，调用了CVAVR软件自带的软件I2C模块来完成。

Mega 8作为控制器，协调各组件的工作。主要完成以下2项工作：

1）第1项工作为配置调谐器，使其正常工作，输出正确的中频信号。

利用I2C总线，初始化调谐器，写入控制字，来配置各项参数。方法为：根据预先知道的RF信号频率或频率范围，计算出相应的调谐器频率参数，通过I2C总线写入调谐器中。然后通过I2C总线读取调谐器的工作状态，若频率锁定参数FL有效，说明调谐器中的PLL已锁定频率，使调谐器进入正常模式，单片机进入第2项工作。若频率锁定参数无效，则PLL未锁定频率，此时将频率参数值加1或减1（由开关控制），并将频率参数通过I2C总线写入调谐器中，再次读取调谐器工作状态，判断频率锁定参数FL是否有效；若仍然无效，则继续上述过程，直到FL有效，则使调谐器进入正常模式，单片机进入第2项工作。

2）第2项工作为控制IF_AGC，使中频信号的幅度满足ADC的输入要求，保证ADC正常工作。

将RF_AGC设成最大 （初始化调谐器时通过参数配置），实时调节IF_AGC的大小，以使调谐器的中频输出信号幅值在ADC的参考电压范围内。一旦其超出范围，ADC便产生一个overflow信号。Mega 8检测到这个信号后，将IF_AGC所对应的寄存器值减1，再将新的值以串行方式传送给DAC。DAC将接收到的串行数据转换成并行数据，并转化为模拟信号 （0～3 V）输出到调谐器的IF_AGC引脚。若此时的IF_AGC可使中频输出信号符合ADC的参考电压，则调节完成；若仍然不符合，则ADC再次发出overflow信号，重复上述过程。

控制程序代码片段如下：

4 调试结果

所选测试信号为上海东方明珠移动电视，其采用DVB-T标准，信号覆盖广，接收频率为722 MHz。天线选择001电视接收天线SN03A，可接收频率范围为45～860 MHz。利用Agilentinfiniium54833DMSO示波器来观察测试结果。

图2所示为根据本文电路设计的PCB板，利用Protel99SE绘制并完成，以下调试结果均是基于此PCB板得到的。

图2 根据本文电路设计的PCB板

图3为调谐器差分中频输出之一的信号波形图。中频信号的频率为36.125 MHz，带宽约为8 MHz，Vpp约为1.27 V，可以满足ADC的输入要求。

图4为经ADC采样后的输出波形图。数字基带信号带宽约为8 MHz，其高电平值约为3.3 V，与FPGA的I/O电平匹配。

5 小结

图3 调谐器中频输出信号图

图4 ADC输出波形图

笔者首先介绍了DVB-T接收系统前端部分的基本原理。根据原理，设计了DVB-T RF信号到数字基带信号的变频电路，主要包括2段过程，由调谐器将RF信号下变频为中频差分信号，再由A/D转换器ADC进行带通采样，将中频差分信号采样为数字基带信号。电路中还包括通过I2C总线实现的控制部分。通过测试，本电路成功地将DVB-T RF信号转换为数字基带信号。

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[1]ETSI EN 300 744 V1.5.1，Digital video broadcasting （DVB）：framing structure，channel coding and modulation for digital terrestrial television[S].2004.

[2]程金泉，朱维乐.DVB-T接收系统前端实现[J].现代电视技术，2005（6）：88-90.

[3]牛光辉，苏鹏.带通采样在多载波数字中频接收机中的应用[J].电讯技术，2008，48（1）：47-51.

[4]金春林，邱慧芳，张皆喜.AVR系统单片机C语言编程与应用实例[M].北京：清华大学出版社，2003.

[5]Philips Semiconductors.The I2C-BUS specification[EB/OL].[2009-10-12].http://www.nxp.com/acrobat_download2/literature/9398/39340011.pdf.