2005年,市面上出现一款以HE986为代表的直流微型卫星数字接收机(以下简称微型机)。体积很小,长×宽×高仅为103㎜×64㎜×23㎜,比香烟盒稍大些,采用12V直流供电,尤其适合烧友户外调星。
HE986的整机的结构
微型机采用现今最大众化的CT212S解码方案,它是台湾华邦公司的CHEERTEK(其乐达)子公司于2004年推出的FTA方案。采用该方案开发最成功的要数卓异ZY5518E(天线宝宝)接收机,它是国内首台具有逐行扫描色差输出(YPBPR)功能的接收机。
下面以HE986为例,简单介绍一下CT212S解码方案的整机结构。
1、主芯片
CT212S芯片采用0.18μm CMOS工艺,FTP-208P封装,芯片整合了MPEG-2音频解码、解复用、视频编码器和8位Turbo 8032嵌入式微处理器等,该芯片具有九画面预览及小画面预览功能、PAL/NTSC自动制式转换功能;支持电子节目指南(P-SCAN)输出及RGB输出。
现在采用其乐达方案的接收机,大多数采用CT212R芯片,它是CT212S的改进型,主要功能大体相同,只是将晶体体积缩小,引脚缩减至128个,采用PQFP封装方式以降低量产中的生产成本。
由CT212S芯片组成的DVB-S FTA接收机方案。
2、解谐器
微型机前端采用ZARLINK卓联公司的ZL10039+ZL10313板载的TUNER方案,其中ZL10313片内硬件连接控制器拿得器件具有硬件快速盲扫功能。
ZL10313和卓联的单芯片调谐器ZL10039结合使用,为FTA卫星市场提供了集成度最高和最经济的完整前端解决方案。其中ZL10039芯片,是卓联于2005年8月份推出的、业界第一款用于FTA接收机的单芯片调谐器。ZL10039芯片主要特性包括一个集成LNA、一个集成RF环通(loopthrough)和一个“加电即忘”(power and forget)VCO(压控振荡器),免去了对过去产品中所采用的耗时的VCO校准的问题。
3、存储器
微型机的FLASH使用了一片4M位(1M×4位)EN29LV400B,里面存储系统运行程序。E?PROM采用一片2KB的24C02,用于存储用户开机状态、频道参数等;SDRAM采用一片HYNIX公司HY57V1610ET-7,容量为16M位(1M×16位),用于存储系统运行时的数据和图像解码的数据缓冲。
4、输出接口
由于是微型机,为了减小输出接口所占用的体积,接收机将音响视频输出接口(A/V)和软件升级接口(DATA),浓缩在两个小四芯3.5㎜插座中。
其中CT212S输出的音频PCM码流,经过双声道16位数字音频D/A芯片HT82V731转换为模拟音频信号,再由JRC4558双运放放大,形成的L、R两路音频信号后,送到黄色的A/V插座的②③芯中;复合视频信号,则由CT212S第118脚直接送到A/V插座的①芯中。
黑色的DATA接口为软件升级接口,可通过带有RS232串口电路的转接板连接电脑的RS-232接口,进行系统的软件升级。
5、面板
由于省略了数码管显示,前面板上只有两个LED指示灯,分别显示信号锁定(绿灯)、待机指示(红灯),面板的下方为一排轻触按键,分别具有菜单、确认、频道+、频道-、音量-、音量+六项插座功能,以便没有遥控器时,也可手动完成接收机的主要功能操作。
前面板中的中部为一体化红外遥控接收头,其红外感应球面直接通过倒角孔透露出来,以扩展接收遥控信号角度,也很美观。背面板为四个插座,分别接馈线、音视频线、数据升级线和12V电源线。
HE986的直流供电原理
HE986微型机的电源部分采用了DC-DC转换电路,由于调谐器部分采用了ZARLINK公司的单芯片调谐器ZL10039+解调器ZL10313的设计方案,其中ZL10039芯片内置PLL锁相环电路电源部分已经简化,无需30V调谐电源,因此该机只用到3.3V、5V、13/18V和10.8V四组电源。
接收机所需的12V电源是由输入端直接送给的,其它的三组电源是通过三个34063A型DC-DC转换芯片来完成的。
1、34063芯片简介
34063是一枚常见的双极型线性集成芯片,由于价格便宜,并且开关峰值电流可达1.5A,电路简单且效率满足一般要求,因此应用很广泛。
(1)34063芯片工作原理
①引脚功能
34063芯片的型号很多,国外有KA34063、MC34063、IT34063、SD34063等,国产有CS34063、W34063等,均为塑封双列8引线直插式,有SOIC-8贴片封装和PDIP-8普通封装两种形式。
②电路原理
34063芯片内部,芯片内含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器、驱动器和大电流输出开关。34063芯片输入电压范围在2.5~40V之间,工作振荡频率在100HZ~100KHZ之间。采用34063芯片,可使用最少的外接元件构成开关式升压电路、降压电路和电源反相电路。
芯片内部的振荡器,通过恒流源对外接在CT管脚(③脚)上的定时电容不断地充电和放电,以产生振荡波形。充电和放电电流均为恒定的,振荡频率仅取决于外接定时电容的容量。
在振荡器对外充电时,与门的C输入端为高电平;当比较器的输入电平低于阀值电平时,D3输入端为高电平。如果C和D输入端均为高电平时,触发器被置为高电平,输出开关管导通。与此相反,振荡器在放电期间,C输入端为低电平,触发器被复位,使得输出开关管处于关闭状态。
电流检测IS(⑤脚),通过连接在V+和⑤脚之间电阻R1上的压降VR1来完成检测功能。如果输出电压升高,使得VR1≥300MV时,电流限制电路开始工作,此时③脚对定时电容进行快速充电,以减少充电时间和输出开关管的导通时间时,使得输出电压下降,以维持稳定。
(2)34063芯片使用注意事项
34063芯片能承受的电压,即输入输出电压绝对值之和不能超过40V,否则不能安全稳定的工作,347063开关管允许的峰值电流为1.5A,超过这个值可能会造成34063永久损坏,如果要想达到更大的输出电流,可借助外加开关管来实现。
由34063芯片构成的开关电源价格便宜、应用广泛,在网上还有专门用于34063 DC-DC自动设计软件,下载网址:http://www.sodz.2htm/tool.htm。
只要在左边框中输入你想要的参数,然后点击“进行计算并且刷新电路图”按钮,它就可以自动给所有相关的外围元件参数和相对应的标准电路图纸,使DC-DC电路设计实现智能高效化。
2、直流供电电路
微型卫星接收机的直流供电电路大体相同,HE986电路板背面实物图,其中U4是低压差的3.3V稳压器LT1117,为QPSK解调器ZL10313提供工作电源;也由一些微型机如DT101未采用LT1117-3.3芯片,ZL10313工作电源是和主芯片供用的。
由于电路板上未作元件标号,为了便于分析,笔者将部分元件标记。
(1)13/18V电源
13/18V电源采用升压电路,储能电感L2接在34063A(U2)的①⑦之间,34063芯片输出电压(V)计算公式为:V=1.25(1+R1/R2)。
当接收垂直极化的节目时,CPU第55脚极化电压控制H/V输出端口为高电平时,VT2导通,VT1也随之导通,我们可以将VT2的C、E间导通阻值近似为0,这样输出电压VV=1.25(1+R1/R2)≈13.8(V);当接收水平极化的节目时, H/V输出端口为低电平,VT1、VT2均截止,其输出电压VH=1.25{1+(R1+R4)/R2}≈17.5(V);这样通过电阻R4是否接入34063的⑤脚电流检测端,来决定输出电压的高低。
(2)5V、3.3V电源
由12V转换成5V或3.3V电源,采用降压电路。续流二极管接在34063A(U1、U3)的②④之间。输出电压计算公式和上述一样,不再重复。
先前的微型机装有LT1117-3.3(U4)LDO芯片,从U1取电源经过U4二次稳压,单独为QPSK解调器ZL10313提供工作电源,以改善TUNER性能;但从实际使用效果上来看,作用并不大,而U1、U4芯片表面发热量去较大,使得整机电流无论是工作还是待机状态,增增加了20MA。因此后期的微型机取消了U4芯片,而是通过跳线共用U3提供的3.3V电源,不过还保留U4的位置,而近期的微型机则直接取消了U4的预留位置,如今年第15期柏伟平老师所介绍的那款,就是这种机型。
以上电路中采用储能电感值较大,是由于通过34063芯片内部开关管的电流为梯形波,所以输出的平均电流和峰值电流间有一个差值,使用较大的电感,可缩小这个差值,使得输出的平均电流较大。
(3)10.8电源
12V电源通过两个二极管VD1、VD9降压成10.8V,为双运放JRC4558提供工作电源。实际上VD1为极性保护二极管,为整个电源提供极性保护,以防外置电源极性接反而损坏接收机。
由于34063芯片有较宽的输入电压范围,使得微型机的工作电压范围也很宽。微型机的最低工作电压,取决于U3能够提供符合要求电流的3.3V电压所需要的输入电压;最高工作电压,取决于双运放JRC4558最大工作电压。经实验,输入直流电源在7~18V电压之间,微型机均能够正常工作。
由于微型机的工作功耗是恒定的,在低电压输入时,流经VD1的电流就较大。如在7V供电接收水平简化信号时,所需要的电流可达到1A。如果需要长时间在低电压下工作,为了安全起见,建议将二极管VD1由工作电流为1A的1N4001,更换为3A的1N5400型。
3、22KHZ频率切换控制
由QPSK解调器ZL10039第4脚(F22/DISEQC)输出的22KHZ脉冲信号,经过三极管VT4放大后,再经VT3的B极调制到13/18V电源上,并和13/18V电源一起送到LNB端口,供LNB和中频切换器切换之用。
部分用户反映,微型机进行多星切换时,切换不灵敏,有时难以正常切换,而且13/18V极化切换时也偶尔切换不过来,这主要是DC-DC开关电源滤波做的不好,影响22KHZ脉冲的切换动作,特别是13/18V升压电路的滤波电容C2(100μF/25V)容量明显偏小,而且DC-DC转换电路的工作频率为33KHZ,和切换脉冲频率相接近,易干扰调制在其内的22KHZ脉冲信号,可将C2更换成470μF容量,降低电压输出纹波系数,经使用切换自如。
如果是采用U4芯片的微型机,则应该将U3芯片的3.3滤波电容C8(470μF/10V)更换成为1000μF/10V;或者直接拆除U4,焊上一个跳线,工作将会稳定一些。
由于微型机工作在密闭的小型金属壳里,工作温度较高,更换电容应该选择105°的温度参数,这从电解电容外壳的标注上可以看出。
4、LNB待机关断控制
微型机不具备待机关断供给LNB的13/18V电源的功能,这样导致待机功耗很大,和正常工作时供电电流只相差90~100MA,使得待机的意义不大,为此笔者进行了如下改造。
(1)加装LNB待机关断控制功能
经过上机分析得知,13/18V电源是由U2组成的升压电容提供的,我们只要再待机时,将12V流经U2的通路关断即可。实现关断的方式有继电器和电子开关两种,如大家所知的1020卡就是采用的继电器方式,但由于微型机的内部空间狭小,无法安装继电器,笔者为此选择了电子开关的控制方式。
具体添加电路,待机时,待机指示灯发光,其正极1.7V电压使VT1导通,VT2的B极电位降低到0而截止,使得VT3的B极电位上升到高电位,BE极压差为0而截止,断开了12V电源对U2的供给,从而实现LNB待机关断控制。
(2)加装方法
以没有U4芯片的微型机为例,加装详细方法如下:
①电路板靠商标LOGO处,正背面均为大面积敷铜接地板,可钻两个小孔。
②采用小封装体积的三极管、电阻,将上述的添加电路搭焊在一起,以最大程度缩减体积。
③在两个小孔的周围刻出两块相互独立的铜箔,用于固定VT3的E、C极。
④再将AB连线切断,分别和E、C极用导线连接。
⑤将搭焊好的组件,安装在两个小孔的位置上,其中VT3的E、C极需套上塑料管,以便和双面电路板绝缘;组件的地线可接到附近的JWT10.111MHZ晶振的金属外壳上;控制信号线通过导线连接到待机指示灯的正极。
(3)使用测试
加装完成后,笔者采用百昌OS222(出口型)高频头,在工作和待机状态下,分别对水平和垂直信号进行了加装前后的电流对比测试。
经测试得出,待机节能率提高了40%,说明加装后节能效果是显著的。
HE986的视频输出接口
1、CT212S的视频输出接口
CT212S的芯片的AVO0~AVO3为视频输出引脚,具有四种视频输出模式。可支持YCBCR、YPBPR及RGB输出,但需要软件的支持,如卓异ZY5518E的MZP0.5K版本及其高于该版本的接收机,可以通过遥控器的特殊按键操作,进行视频输出模式的切换,可切换到模式④的视频输出,使得输出端子具有逐行扫描色差输出功能。
一般的接收机,大多数采用默认的模式①CVBS+Y/C视频输出方案,但出于成本控制,多数舍弃了画质输出较好的S端子,更不用说逐行色差端子了。
2、给微型机添加S端子
微型机也是采用模式①的视频输出方案,只有一组CVBS复合视频输出,画质较差,可以为之添加一组S端子。考虑到DATA接口没有实际用处,而且如果用户误将DATA接口当作A/V接口插入,还会导致机器的损坏。笔者将它改造成Y/C输出接口,是一举两得的好事。
(1)按照①②③④四处标记的地方,将DATA接口与CT212S相连接的线路切断。
(2)将CT212S第112、113脚分别和金属化孔用漆包线焊好。
为了避免焊接时,焊粘到周围的引脚,可在要焊接引脚两边的缝隙处,插入两张小纸片,以起阻挡作用。另外由于引脚很密,可以在放大镜下进行焊接,不过手握放大镜会使得操作不方便,笔者为此在电子市场上,花了不到十二元,购买了一款带有放大镜的活动支架。该支架有两个鳄鱼夹,用于夹住电路板;一枚放大镜,用于放大焊接部位;采用圆球和两个夹片组成的四个方向节,可方便地调整电路板和放大镜的位置,还有焊接者的观察和焊接的位置。
笔者就是在这种支架下,轻松地完成这顶DIY工作的。
(3)在电路板背面DATA插座的引脚处,添加两个阻值为82Ω贴片电阻RY、RC,容量为820P的贴片电容CY、CC,以使得接口输出阻抗到达匹配,否则输出画质过亮,没有层次感;最后将四芯插座的④脚与地端焊连。
(4)购买一根S端子连接线和一个普通的3.5㎜三芯插头,剪掉一头的S端子,再将三芯插头按照标号进行连接,这样就制成一根三芯插头转S端子的连接线。
制作完成后,经使用发现:画面清晰度有了很大程度的改善,亮色串扰引起的网状干扰消失,画面字体的轮廓处整齐分明,说明给该机添加S端子的方法是成功的。
本文节选于人民邮电出版社出版的《卫星电视接收完全DIY》一书