5.2.3. Устройство cofdm-демодуляторов
Кроме сектора телевизионных каналов в состав радиоблока цифровых телевизоров входит COFDM-демодулятор, который с конструктивной точки зрения представляет собой микросхему-процессор. Примером может служить микросхемаDRX8872С фирмыMICRONAS [50].
Микросхема DRX8872С – это интегральный демодулятор цифровых сигналов стандартаETS300744 и корректор ошибок в принимаемом сигнале, обеспечивающий выполнение операций внутреннего и внешнего обратного перемежения и декодирования, обусловленных канальным кодированием на передающем конце.
Входным сигналом микросхемы является промежуточная частота сигнала COFDM. Входной сигнал дискретизируется в высококачественном десятиразрядном АЦП. Встроенный микропроцессор обеспечивает детектирование сигналаCOFDMи автоматическую конфигурацию цепей обработки. В сигнале корректируются ошибки и на выход поступают транспортный поток (пакеты)MPEG-2.
Рис. 5.9.Структурная схема микросхемы-демодулятораDRX8872C
Структурная схема демодулятора-процессора на микросхеме DRX8872С представлена на рис. 5.9.
Процессор обеспечивает удовлетворительную работу при наличии эхо-сигналов, шумов и сигналов смежных каналов. В нем применена гибкая концепция «микрокодированных» алгоритмов. Микропроцессор определяет тип канала (эхо, совмещенный канал, гауссовы шумы и т.д.), для чего используется функция классификации канала. Процессор обеспечивает быструю синхронизацию после включения (менее 70 мс). Обрабатываются сигналы каналов с полосой пропускания 6,7 и 8 МГц при использовании только одного кварцевого резонатора. Процессор работает во всех режимах системы DVB-T, включая иерархическую модуляцию. В процессоре применена цифровая подстройка частоты. Управление демодулятором происходит через последовательную шинуI2C. Рабочий интервал температур для данной микросхемы находится в пределах –0С…+70С.
Процессор DRX8872С формирует управляющее напряжение АРУ для УПЧ в селекторе каналов. Оно получается при использовании широтно-импульсной модуляции, причем могут быть получены 256 уровней. Максимальный уровень соответствует уровням 1 во всех разрядах формирующего регистра, минимальный – уровням 0 в них. К выходу усилителя АРУ процессора подключен ФНЧ, который фильтрует сигнал управления, обеспечивая стабильный аналоговый сигнал. Полоса пропускания фильтра должна быть относительно малой, чтобы минимизировать пульсации в сигнале управления. Внешние узлы АРУ имеют малую «скорость» по сравнению с быстрым внутренним устройством АРУ. Рекомендуемая полоса фильтра – порядка 1 кГц. Для селектора каналов необходимо напряжение управления от 0 до 3,3 В. Для получения большего напряжения управления следует применить буферный каскад.
Генератор в процессоре DRX8872Cработает с одним кварцевым резонатором. Импульсы, вырабатываемые им, служат тактовыми для АЦП.
АЦП процессора имеет ограниченную полосу пропускания, поэтому спектр сигнала ПЧ необходимо переместить в область частот менее 10 МГц. В России принято использовать преобразованный сигнал ПЧ с центральной частотой 7,225 МГц.
Известны два способа понижающего преобразования частоты спектра сигнала ПЧ. Первый способ преобразования ПЧ – гетеродинирование. При стандартной средней частоте ПЧ 35,25 МГц частота гетеродина должна быть равна 35,25 + 7,225 = 42,475 МГц.
Второй способ – так называемая субдискретизация. При этом тактовую частоту выбирают равной разности двух значений промежуточной частоты. Для российского стандарта fтакт = 35,25 – 7,225 = 28,025 МГц. В результате такого преобразования получается множество спектров ПЧ, равной 7,225 МГц, наподобие гармоник, с центральными частотами – 7,225 МГц, 37,225 МГц, 57,225 МГц и т.д. Цифровой полосовой фильтр в демодуляторе выделяет требуемый спектр с центральной частотой 7,225 МГц.
Фирмой MICRONASдляCOFDM-демодуляции разработана новая, более усовершенствованная микросхемаDRX3975D, которая представляет собой цифровой демодулятор четверного поколения, соответствующий стандартуETS300744 [51].
В новой микросхеме применены цифровая фильтрация, АЦП и система ФАПЧ, что позволяет получить высококачественный сигнал при наличии цифровых и аналоговых смежных каналов. Алгоритм прогрессивной оценки качества приема способствует нормальной работе в условиях динамического эхо, что особенно важно при размещении телевизоров в помещениях. Импульсный помехоподавитель эффективно защищает от таких источников помех, как автомобили, электромоторы и различные приборы в домашнем хозяйстве.
Процессор разработан для работы с одиночным фильтром ПАВ при полосе пропускания 8 МГц. В рассматриваемой микросхеме формируются два управляющих сигнала АРУ, предназначенные для цепей управления АРУ ВЧ и АРУ ПЧ. Причем для оптимизации работы цепи АРУ ВЧ и измерения уровня сигнала ВЧ используется сигнал со входа фильтра ПАВ. Система АРУ функционирует при напряжении питания 5 В.
Микросхема DRX3975Dвысокоэффективно подавляет сигналы смежных цифровых и аналоговых каналов (не хуже – 40 дБ) и импульсные помехи. Демодулятор может обрабатывать сигнал ПЧ со средней частотой до 44 МГц, что согласуется с современной идеологией построения селекторов каналов. Встроенный микропроцессор позволяет демодулировать сигналы во всех возможных режимах системыDVB-Т. Он обеспечивает полностью автоматическую и быструю перестройку каналов, оба диапазона (МВ и ДМВ) сканируются менее чем за 20 с. Микросхема имеет входной последовательный интерфейс (типаI2C) для управления селектором. Выходной сигнал формируется в параллельном или последовательном интерфейсе транспортного потокаMPEG-TS.
Рис. 5.10.Структурная схема микросхемы-демодулятораDRX3975D
SCL– тактовый сигнал последовательной шины;SDA– сигнал данных последовательной шины;SDAT– сигнал данных второй последовательной шины;SCLT– тактовый сигнал второй последовательной шины
Структурная схема демодулятора, реализуемого микросхемой DRX3975D, представлена на рис. 5.10. Данная микросхема позволяет использовать различные ПЧ. В зависимости от выбранного фильтра ПАВ можно обеспечить ее работу с ПЧ от 4 до 44 МГц. На процессор подают измерительный сигнал со входа фильтра ПАВ. Это позволяет измерить уровень принимаемого сигнала. При этом микросхема может управлять каскадами усилителя ВЧ в селекторе каналов, причем сам селектор не должен иметь собственную систему АРУ, а должен содержать только регулируемые каскады.
Микросхема вырабатывает сигналы управления АРУ для селектора (по ВЧ) и канала ПЧ. Структурная схема двойной системы АРУ изображена на рис. 5.11. Если использовать селектор каналов с внутренней системой АРУ ВЧ, то для управления достаточно иметь только сигнал АРУ ПЧ.
Входной сигнал ПЧ дискретизируется десятиразрядным АЦП (см. рис. 5.10). Микросхема позволяет использовать различные ПЧ. В зависимости от выбранного фильтра ПАВ можно обеспечить ее работу с ПЧ от 4 до 44 МГц. На процессор подают измерительный сигнал со входа фильтра ПАВ. Это позволяет измерять уровень принимаемого сигнала. При этом микросхема может управлять каскадами УВЧ в селекторе каналов, причем сам селектор не должен иметь систему АРУ, а должен содержать только регулируемые каскады.
Рис. 5.11.Структурная схема двойной системы АРУ
Микросхема DRX3975Dвырабатывает сигналы управления АРУ для селектора (по высокой частоте) и канала ПЧ.
При использовании АРУ ВЧ ее программируют так, чтобы получалось оптимальное усиление в канале. При малом уровне входного сигнала высокой частоты регулировка усиления обеспечивается системой АРУ ПЧ. При увеличении амплитуды сигнала высокой частоты коэффициент передачи в канале ПЧ уменьшается. Когда будет достигнут уровень перехода с АРУ ПЧ на АРУ ВЧ, начинается регулировка по каскадам УВЧ в селекторе и измеряется уровень сигнала ПЧ на входе фильтра ПАВ. При дальнейшем увеличении амплитуды входного сигнала коэффициент передачи в канале продолжает снижаться. В результате размах сигнала на входе АЦП поддерживается постоянным.
Тактовый сигнал для АЦП формируется системой ФАПЧ процессора. Фильтрация сигнала на входе АЦП дополнительно повышает отношение сигнал/шум. Тактовый сигнал для процессора формируется или генератором самого процессора с использованием кварцевого резонатора или внешним генератором. Например, образцовым может служить тактовый сигнал 4 МГц, снятый с селектора каналов. Внешняя тактовая частота может быть в пределах от 4 до 32 МГц. Система ФАПЧ обладает очень малыми фазовыми шумами.
Быстрое преобразование Фурье (FFT) 2kили 8kобеспечивает трансформирование сигнала из временнóй области в частотную. Алгоритм с плавающей точкой позволяет преобразовывать сигналы с большим динамическим диапазоном без насыщения дифференциальных каскадов блока преобразования Фурье.
Узел оценки канала с применением пилот-сигналов можно назвать наиболее важным блоком («сердцем») микросхемыDRX3975D. При оценке канала используются прогрессивные цифровые алгоритмы, что приводит к существенной минимизации помех. СигналDVB-TQAM-64 принимается микросхемой с качествомQEF(quasierror-free– практически свободным от ошибок).
Далее в потоке данных происходит обратное перемежение, описанное в стандарте ETS300744. Затем сигнал проходит декодеры Витерби и Рида-Соломона. В результате получается практически свободный от ошибок сигнал и определяется значение интенсивности следования ошибочных бит (BER).
Процессор автоматически определяет все параметры сигнала COFDMи канала: частотный офсет, полосу пропускания, инверсию спектра, режимCOFDM(2k/8k), защитный интервал, вид созвездия, код, иерархию.
Микросхема формирует как последовательный, так и параллельный транспортные потоки.