第二节 高频调谐电路.doc

第 8 页 共 8 页第二节 高频调谐电路1、高频电视信号的接收方式电视接收机，首先需要从天线接收的全部信号中选出所需频道的高频电视信号，经放大、变频，获得图像中频（PIF）和伴音中频（SIF）信号。完成这种信号变换的接收部件称为高频调谐器（或高频头）。这种接收方式称为超外差接收。PIF再经中放、视频检波、视频处理，获得基色信号，再去激励显像管重现图像。SIF再经鉴频、音频放大，激励扬声器放出伴音。fCIIFfSIIFfPIFfLMHzfLfL-fpfL-fCfL-fs31.533.5738.0238.25图2-1 高频电视信号的接收方式说明 (以10频道为例)以图2-1为例介绍我国10频道给出了变频接收方式的频谱变化过程。经高放后的高频电视信号在混频器中与本振频率混合，差频产生中频电视信号IF，本振频率fL（本例为238.25MHz）与高频图像载频fP(本例为200.25MHz)的差为中频图像载频38.0MHz。可以形象的比喻，混频的作用是一次频率“搬移”，将图像载频由射频200.25MHz搬移至中频fPIF（38.0MHz=238.25-200.25MHz)。对应的色副载频fc由204.68MHz搬至33.57MHz（=238.25-204.68MHz)，声载频fs由206.75MHz搬至31.5MHz（=238.25-206.75MHz)。不同频道的图像载频与相应的本振频率总是相差38.0MHz，因而调节本振频率比图像载频高38.0MHz，即可选择出希望接收的频道。高频电视信号接收通道一定要作到天线、馈线、输入电路之间阻抗匹配，各频道均有足够的增益和相应的通频带，本机振荡频率稳定，有良好的抗噪波及抗干扰性能。2、频率合成式高频调谐器乐华彩电29A1采用的频率合成式高频调谐器：TEDE9-281A型号。频率合成调谐器控制：它是微处理器不输出模拟的调谐器供给调谐器，而是直接由于I2C总线传送数据。在调谐器内部经频率合成调谐，选出相应电台。当天线接收的射频信号经选通回路输出电视频段信号，抑制电视频段以外的电磁信号。由输入回路调谐选择出要收看的频道信号，再经高频放大和AGC控制送到调谐耦合回路。调谐耦合回路的作用是进一步提高收看频道信号的选择性和信号幅度，抑制其它信号。经选定的高频信号送往混频电路，同时与本机振荡信号一起在混频电路混频，差频出图像中频信号。该图像中频信号再经调谐和预中放由中频输出端子输出。该调谐器外围电路非常简单，只有三组电源供电滤波、射频AGC和IIC总线接口的相关元件。（1）、频率合成技术简介频率合成器是将一个高精确度和高稳定度的标准参考频率，经过混频、倍频与分频，最终产生大量的具有同样精确度和稳定度的频率源。频率合成的方法有三种：直接合成、锁相环频率合成、数字频率合成。目前在高频调谐器中应用最多的是锁相环(PLL)频率合成技术，下面主要介绍锁相环频率合成技术的基本原理。简单的锁相频率合成方法如图2-2所示，在环路锁定时，鉴相器的两个输入信号的频率相同，即fr=fd=fo/N， fo=Nfr， 输出频率是基准频率的整数倍，带有可变分频器的PLL就可以提供从单一基准频率获得大量不同频率的方法。鉴相器 PD低通滤波器 LF压控振荡器 VCO分频器 Nfrfdfo分频比N控制图2-2 锁相频率合成器基本电路框图然而，这种简单锁相频率合成器的输出频率的增量为fr，即分辨率等于fr。已知频率转换时间ts=25/fr，所以分辨率与转换时间成反比。为了获得高分辨率要求fr要低，但造成转换时间加长。为解决高分辨率与快速转换之间的矛盾，在高频调谐器中采用了双模数分频器，如图2-3是这种分配器内部原理方框图。 双模数分频器（计数器）有两个分频比，当模式控制位A=1时，分频比为m1，A=0时，分频比为m。可变模式分频器的输出同时驱动两个可编程分频器（计数器），它们的分频比分别预值为N1及N2，并且N2N1。为简单计，我们设m=10，则m+1=11，简单称为双模数分频器。开始计数时，双模数计数器设定为，当N1计数器计满后，输出一控制信号，使A=B=，计数模数变成，N1关闭，N2继续计数，N2计满后使A=B=1，所有计数器都重新开始一新的计数周期。晶振基准分频器 R鉴相器 PDLF压控振荡器 VCON2 计数器N1计数器m/m+1双模数计数器模式控制高：m+1低：mfofr图2-3 双模数分频器原理框图可编程计数器AABfo（2）、频率合成调谐过程简介频率合成式高频调谐器是数字技术在彩色电视机中的典型应用之一，它与电压合成式高频调谐器的主要区别是，前者频道选择是通过微处理器的控制程序直接将频道数据送入高频调谐器，通过锁相技术产生与预选频道相对应的本振频率，后者电压合成式则是通过向高频调谐器输入相应的模拟电压来产生预选频道的本振频率。 频率合成调谐过程就是用频率比较方式取代原来对调谐器的调谐操作，可概括为预调谐频率鉴别频率锁定三个步骤。 预调谐：用户通过遥控器或键盘向微处理器输入选台指令，微处理器的选台程序根据输入指令从存贮器里取出对应频道的调谐数据送调谐器。在调谐器内部，首先把 I2C总线传来的数据转换成可变分频系数。由该可变分频系数把本振输出的信号可变分频，使本振信号的频率降到锁相环内部给定的参考频率上。 频率鉴别：把本振信号和参考信号在鉴相器内进行相位比较，比较后的误差信号送到锁定检测电路。在锁定检测电路里，当误差信号不为零时，有误差电压输出，该误差电压经A/D变换成数据信号送回I2C总线接口。由I2C总线接口把误差数据反馈给微处理器，微处理器的控制程序根据该误差数据自动修改调谐数据，再把修改后的调谐数据送到调谐器修改可变分频比，使分频后的本振信号频率向参考信号频率逼近，直到鉴相器输出的误差信号为零才停止改变调谐数据。鉴相器输出的零误差信号控制充电泵充电，经滤波和放大变换成对应的调谐电压加在调谐器内各调谐回路上（如：输入调谐回路、双调谐耦合回路、本振调谐回路等）。把高放级输出的射频电视信号和本振输出的本振信号，调谐到所选频道的信号频率上。 频率锁定：经过调谐的射频电视信号和本振信号送到混频电路，由混频取出图像中频信号。该图像中频信号再经预中放、中放、同步检波、AFT等一系列中频处理，取出AFT电压送微处理器。和电压合成调谐一样，在微处理器内部把AFT电压变换成数据，和调谐数据一起送到调谐器，用于校正本振频率的漂移。在锁定检测电路里，同时检测鉴相误差信号和AFT电压数据，只有这两个鉴相误差数据都等于程序设定的锁定数据时，才由微处理器控制，把锁相环电路的可变分频比锁定，等效把本振频率锁定。改变频率合成调谐器内部锁相环电路的可变分频比，可使本振频率随接收信号频率不同而变化。(3) 、频率合成式高频调谐器的基本工作原理频率合成式高频调谐器又称为锁相环（PLL）频率合成式高频调谐器，它是在微处理器程序的控制下，通过I2C总线向高频调谐器传送频段切换数据及根据接收频道的本振频率确定的可变分频器的分频比数据，建立起接收频道所要求的分频比，对来自高频调谐器的本振频率进行分频，得到fo信号，然后将其输出给鉴相器PD，PD将fo与基准频率fR进行相位比较，根据两者的相位差去调整本振频率fosc，使之符合欲选频道所需要的本振频率。图2-4 频率合成式高频调谐器方框图高频放大混频图像中放AFT本振VCO低通滤波 LF鉴相器 PD可编程分频 N基准分频 R基准振荡器前置分频 KCPU低通滤波foscfoscIFAFTI2C晶振1/RfRfo1/N1/KfREFPLL图2-4是频率合成方式高频调谐器的原理方框图，图中鉴相器有两个输入信号：f0和fR，fo是本振频率fosc经前置固定分频器（1/K）和可变分频器（1/N）得到的，fR是由基准振荡器产生的fREF经基准分频器(1/R)分频得到的。鉴相器对输入信号fo及fR作相位比较，输出信号与两个输入信号的相位差成正比。其输出经过低通滤波器选出与两路输入信号fo、fR相位差成比例的误差电压，去控制本振压控振荡器(VCO)的输出频率fosc。由于本振频率最高值大约在900MHz以上，为了避免可编程分频器因直接输入过高的频率必须使用高速器件而使成本上升，所以在fosc进入可编程分频器之前先将fosc经过前置分频器(1/K) 分频，使进入可编程分频器的输入信号频率降低。前置分频器由高速触发器（ECL/LSTTL）构成，但为固定分频，电路相对简单， 不会使成本上升过多。晶体振荡器的频率为4MHz，基准分频器的分频比(1/R) 亦是固定的(一般有2-4个固定分频比，通过I2C总线进行设定)。（4）、可编程分频器的结构可编程分频器是频率合成式高频调谐器的核心环节。图2-5是可编程分频器的原理框图。其分频系数N可通过编程任意确定，以满足精确调谐的需要。一般要求N的最小步进频率约为数十KHz，所以可编程分频器采用了较多的Bit位。前置分频器 K双模数分频器D m， m+1吸收计数器 N1RS Q预置数锁存器 16位移位寄存器位CPU主计数器N2鉴相器 PD5位位位位位位frfo14位位位fKA=”1”：1/m+1， A= “0”：1/m分频比控制 fosc置位图2-5 可编程(吞脉冲)分频电路A至VCO可编程分频器大多采用脉冲吸收式分频电路技术（吞脉冲技术），它通过反馈来控制电路的工作状态，可以得到任意分频比，是一般二进制分频器难以作到的。因为简单二进制分频器的分频比只能是二的指数值。图2-5的虚线框内给出脉冲吸收式分频电路的具体结构。由双模数前置分频器(分频比为m，m+1) D、吸收计数器(N1) 、可编程计数器(N2) 组成。其中双模数前置分频器有两种分频比1/m和1/m+1，通过输入控制信号A的高低电平进行选择，当A=0时，分频比为1/m，A=1时分频比为1/m+1。A由触发器Q的输出决定，D的输出同时驱动吸收计数器(N1) 和可编程计数器(N2) 。要求预置数N2N1。设起始Q=1，前置分频器D按1/m+1分频，即每进入(m+1)个fk脉冲，D的输出使计数器(N1) 及(N2) 都被触发翻转一次。当进入(m+1)N1个fK脉冲之后，吸收计数器(N1)满量程，使触发器Q复位（Q=0）。此后双模数计数器D的分频比变为1/m，即每进入(m)个fK脉冲就会有输出驱动给计数器(N2)、计数器(N1)，但计数器(N1)自动关闭不再计数，而可编程计数器(N2)的当前值为(N2-N1)，当输入m.(N2-N1)个fK脉冲之后，计数器(N2)达到满量程，使触发器置位，Q=1。计数分频系统进入下一工作周期。当要求调谐精度越高时，f应该越小越好，当N1+1时所引起的图像、伴音、彩色重现质量不应发生明显变化。目前这类调谐器取f=62.5KHz 。（5）、频率合成式高频调谐器的控制与频道有关的预置数据N、N2、N1可事先计算好存放在微控制器中以供调用。频道预置数据由16位二进制数码组成，其中2位为频段信息，5位为吸收计数器N1的预置数据，9位为可编程计数器分频比N2的预置数据。选台时，微控制器根据遥控指令或前面板按键提供的频道号(例如频道10)，从相应的存储单元读出16位选台数据，经I2C总线送到高频调谐器的16位数据寄存器锁存，高频调谐器内部会将频段码、N1数码、N2数码分别送到段译码器、吸收计数器N1及可编程计数器N2，从而产生该频道的本振频率fosc。由于电视台本身图像载频并不十分稳定，为了重现图像、伴音、色彩有最佳效果，仍需要不断地微调本振频率。为此可以采用中频AFT信号向微处理器进行反馈 ，AFT信号能够反映图像中频偏离38.0MHz的大小和极性。CPU在主程序每一循环中，根据AFT信号对可编程分频器的N2、N1值自动进行增减，控制fosc以f=62.5KHz步长增减，从而使图像中频在38MHz62.5KHz范围内变化。高频放大混频图象中放AFTCPU本振VCO前置分频 Km， m+1双模数分频器N1N2鉴相器基准分频器 R低通滤波放大基准振荡器I2CI2CfofRfoscfosc图2-6 数字锁相环频率合成式高频调谐器的控制原理可编程分频器fREF图2-6是锁相频率合成式高频调谐器的控制原理框图，其中图像中放及AFT单元在解码芯片的中频电路。如果中频偏离38.0MHz，AFT电路就将这一偏差信号的大小及极性传送给CPU，要求对本振频率进行微调，CPU通过I2C总线输出微调数据给可编程分频器，最终使本振频率得到调整，图像中频回到38.0MHzf范围内。点划线框内是高频调谐器电路。（6）、频率合成选台方式的优点 每一电视频道的高频头的本振频率都是唯一的，它对应着一个整数M（M由N2、N1组成）。如果在E2PROM中存入所有频道的M值，在选台时CPU取出这个M值付给调谐器的锁相环系统，就可以实现正确的调谐。因此频率合成选台可不作频道搜索预调，使用方便。 由于用晶振作基准频率，且频率合成器依靠锁相环产生一个动态调谐电压来维持本振频率的正确性，所以得到的本振频率非常准确而稳定，克服了电压合成式调谐器本振频率漂移和跑台的缺点。（7）、频率合成调谐器TEDE9-281A主要参数见表2-7表2-7 参数 参数说明典型应用值接收频道VHF-L DS1Z4 VHF-H Z5Z33 UHF Z34DS57输入/输出阻抗高频输入端/中频输出端阻抗75中频频率PIF 38.0MHz CIF 33.57MHz SIF 31.5MHz输入驻波比（VSWR）表示同轴电缆和调谐器输入之间的阻抗匹配效果。匹配差，有部分天线信号被反射，输入信号和反射信号在传输过程中互相迭加，同相成分加大，反相成分抵消。降低了接收机的灵敏度，频率响应不平坦，各频率点之间的均衡度变差。该指标越小越好。3.0噪声指数(Noise Figure) NF=（Si/Ni）/（So/No）： 对电视机的有限噪声灵敏度有直接影响，该项指标越小（越接近1）越好。7.0dB功率增益（Power Gain）用GP表示，Gp=输出功率/输入功率35dB增益偏差（Gain Taper） 不同频段的功率增益差6dBAGC控制范围(Gain Reduction)射频AGC对调谐器增益的控制范围。45dBPC中频输出特性 (IF Output Characteristics) P-图像载频位置 C-色载频位置 1.0 dB中频抑制比（IF Rejection） 功能：1、抑制外部中频干扰信号。 2、抑制调谐器本身的中频信号向外辐射。65dB镜像抑制比(Image Rejection) 对镜像干扰信号的抑制能力，越大越好。60本振频率随电源变化的漂移（+B Shift）5% 反映本振电路的电压稳定性，本振频率随电源变化的漂移越小越好。如果漂移大于PIF-VCO引入范围，会跑台。0.4KHz本振频率随温度变化的漂移(Temperature Drift)25C 反映本振电路的温度稳定性，本振频率随温度变化的漂移越小越好。如果漂移大于PIF-VCO引入范围，会跑台。1.2MHz天线端子泄漏电压（ANT Leakage） 本振电压从调谐器天线端子向外泄漏的电压。46dB