数字电视机顶盒主要功能模块工作原理及故障分析

2012-08-22王斌

科学之友 2012年18期

关键词：智能卡机顶盒解码

王斌

（太原有线电视网络有限公司，山西太原 030024）

1 主处理模块

1.1 主处理模块功能及组成部门

主处理模块完成本系统的主要功能：CPU控制、MPEG-2传输流解扰解复用、MPEG-2视频解码视频输出编码、MPEG-2音频解码。

主处理模块主要包括以下几个部分（见图1）。

图1 主处理模块框图

小系统包括CPU、FLASH和内存，其作用为处理系统所有的初始化、配置、中断处理、时钟和电源管理。CPU的主频为133 MHz；FLASH（目前主要采用SPANSION的4 M或8 M，SDRM）主要是32 MB，16位宽，程序和视音频内存。

Memory 接口子系统：提供 I/O BUS、HSDP（High Speed Data Port）和SDRAM接口，还提供DMA访问。通过ASXBUS总线，内部的中断控制器、音视频解码器、视频编码器、外部总线接口等进行DMA数据传输。

数字视频/音频子系统：提供完成同步的数字视频解码编码、音频解码。包括MPEG-2传输解复用、MPEG-2视频解码、MPEG-2/杜比数字音频解码、NTSC/PAL/SECAM视频编码。

外围设备子系统：包括通用计数器、PWM（脉宽调制）、I2C单元、智能卡接口、UART750串行接口、同步串行接口、串行控制器、GPIO（通用IO）控制器、红外接收、实时时钟/前面板控制器。

1.2 主处理模块故障分析

主处理模块其实指的是单板的逻辑电路，它主要由CPU、FLASH和SDRM组成，也称小系统。小系统出故障主要会引起不开机（1002）、死机重启（1001）、不能升级（A124）等。遇到这类故障时，可以通过“望、闻、问、切”判断硬件有无明显损坏，如烧焦；检测各工作电压是否正常，有无短路现象；再要考虑系统时钟与复位信号。通常软件问题比较容易排除，如果怀疑FLASH有问题，可以直接更换一个已加载好软件的新FLASH.

表1 CPU故障信息表

2 高频头模块

高频头模块主要实现信道解码的功能。该模块从有线电视线接收经前端调制完成的射频信号（可用频率范围51～860 MHz，数字电视节目实际使用其中的某一段）并下行变频为36 MHz中频信号，然后QAM解调模块进行QAM解调，输出MPEG传输流的串行或并行数据。QAM解调模块使用TDA10023的单芯片解码模块，支持4-256QAM调制格式。高频头模块主要可分为以下几个部分：RF射频接收器、QAM调制器、差分解码、解随机、比特到字节转换、卷积解交叉器、RS解码器。

RF射频接收器：接收来自Cable或卫星接收器的高频信号RF，然后将高频信号转换成中频信号，然后将中频信号送给ADC转换器。

QAM解调器：接收来自RF射频接收器的中频模拟信号，将模拟信号进行QAM-64或QAM-256调制转换成数字信号，然后将数字信号送给差分解码单元。

差分解码单元：接收来自QAM调制器的数字，完成差分解码。

解随机单元：将差分解码单元处理完成后的数据完成解随机处理。

比特到字节转换单元：完成解随机单元处理后的数据从串行到并行8 bit的转换。

RS解码单元：完成比特到字节转换的数据的RS（204，188）的RS解码处理。

经高频头模块处理完成后的数据被还原成了MPEG-2的TS（Transport Stream）传输流，然后传送给MPEG-2处理模块，完成MPEG-2的传输流的处理。

3 内存模块

该模块完成主板内存的功能，即用来存放主板的运行后的临时文件，包括主板启动后从FLASH搬移后的程序运行文件。另外,主板的内存还用来存放CPU主芯片工作时视频解码文件、音频解码文件以及数据文件。

4 时钟模块

DV32SEMP VER C单板时钟由一个10.111 MHz（X1）时钟源和U2组成时钟单元，为CPU及其他相关电路提供时钟信号。

5 复位模块

复位模块的原理是单板正常运行后CPU不断向复位芯片送数据，在既定的时间内复位芯片收到CPU送来的数据后会自动将其内部的计数器清零重新计数，循环往复。当CPU由于某种原因不能够给复位芯片送数据，超过既定的时间后，复位芯片计数溢出，就会送给CPU一个复位信号，整个单板会重新启动。

复位采用分离器件提供的复位信号，借助单板上电之初给主芯片发送复位信号，主芯片接收到并对系统进行配置，完成后输出Reset Out，送到各周边芯片。

6 音视频输出模块

视频音频输出单元主要用于输出给电视、音箱或功放的视频和音频信号。

视频输出有3种格式：①CVBS，即混合视频输出（两路）。②S-Video，即视频的亮度和色度分开输出。③YPbPr：也叫色差分量接口，采用的是美国电子工业协会EIA-770.2a标准；还有一种接口被称为YCbCr接口。它们二者的区别在于，前者是逐行扫描色差输出，后者是隔行扫描色差输出。

音频输出采用2种：①直接模拟音频输出。②光信号音频输出（S/P DIF）。模拟音频输出部分包含1个D/A转换和音频运放。CPU输出为数字音频信号，在CPU输出后级包括1个音频D/A转换模块和1个音频运放模块。

7 智能卡控制模块

智能卡是用于存放机顶盒用户资料的设备，它通过定时向机顶盒提供专用的控制字，使机顶盒能够识别有线电视数字节目中的加扰码流。智能卡采用单独使用1块小板的方式提供1个智能卡接口，通过主板的智能卡连接器连接主板和智能卡小板。用户智能卡板包含了智能卡接口芯片及其周边电路和智能卡座。

8 电源模块

机顶盒系统采用的开关电源模块是通过电源连接器获取220 V电源，转化为 3.3 V、5 V、12 V、-12 V4个电压。

通常电源采用集成高压开关芯片NCP1014构成的反激式电路，输入交流100～240 VAC，输出4个直流电压：3.3 V/1.1 A，5 V/0.7 A，±12 V/0.035 A，输出功率为8 W.其中3.3 V采用闭环稳压控制，精度可达±3%，其他电压受3.3 V调节，精度为±10%.具有稳定性好、效率高（77%220 VAC）、待机功耗低等优点，并具有短路、开环过压、过温保护等功能。主控板内3.3 V电压通过电压调整器LM1117转化为1.8 V和1.25 V.