普及型有线数字电视机顶盒的电路分析b

,5.6.1-1STi5518的典型应用及主要外围配置,STi5518的典型应用可以体现在创维公司生产DVB-C5800型有线数字电视机顶盒上，其机顶盒的主要外围配置如右图所示。,原理与维修,数字电视和机顶盒,5.6.1-2QAMi5516的典型应用及主要外围配置,QAMi5516的典型应用可以体现在创维公司生产DVB-C6000型有线数字电视机顶盒上，其机顶盒中主板电路的主要外围配置如右图所示。,原理与维修,数字电视和机顶盒,5.6.2主芯片外部存储器的配置,由STi5518和QAMi5516两种主芯片的电路对比可知，它们的总体结构大体相同，其差异主要反映在高频头和外部存储器的配置上。STi5518方案要求主板电路中Flah和SDRAM的最低配置为4M+8M，即Flash的最低存储容量应达到32Mbit，SDRAM的最低存储容量应达到64Mbit；QAMi5516方案要求主板电路中Flah和DRAM的最低配置为4M+16M或8M+24M，随应用软件的优化程度而定。即Flash的最低存储容量应达到32Mbit或64Mbit；而SDRAM的最低存储容量应达到64Mbit或192Mbit。所以在STi5518方案中系统内存的数据和视频缓存的数据可以并存于同一个64Mbit的DRAM中，而QAMi5516方案中，系统内存和视频缓存常常是相互独立，分别存储在各自的SDRAM中。下面分别对这些外部存储器的功能及要求进行一些简要说明。,5.6.2主芯片外部存储器的配置,1.Flash(快闪存储器)由于其在整机控制系统中主要用于存储本机顶盒的操作系统、控制程序、CA系统等软件应用程序，所以又常被称为程序存储器。其特点是可以快速地进行逐块修改，在掉电时不会丢失，如果在软件部分包含有在线更新内核，则可以实现软件的在线升级。对于普及型机顶盒的Flash要求其容量大于8Mbit，在实际生产中常将其容量扩大到64Mbit或以上，其目的是为软件升级和功能扩展预留更大的空间。这种快闪存储器(Flash)从本质上讲属于E2PROM电可擦除只读存储器。因为在一般情况下FlashROM与EPROM一样是禁止写入的，在需要时可加入一个较高的电压就可以写入或擦除。因此，其维护与升级都很方便。机顶盒的BIOS（基本输入输出系统）升级的程序盘一般由主板厂商提供，也可以到Internet网上去下载。为预防用户误操作删除了FlashBIOS中的内容导致系统瘫痪，一般的主板厂商都在FlashBIOS中固化了一小块启动程序(BOOTBLOCK)用于紧急情况下接管系统的启动。在有线数字电视机顶盒的生产中常用的Flash型号有29DL3230T-80、MX29LV320ATTC-70、MX29LV320B、29LV320BTC-70、M29W320DT；M58W640D11ON6、S29GL064M；29LV160BE等。,关于Flash的简要介绍,同一系列的FlashROM外部引脚的数量及排列基本相同，其内部结构也大同小异，即数据线、地址线和控制线大体相同。不同序列号之间的主要差异在于它们的存储容量、供电电压和引导区的位置。FlashROM的内部常分成若干个扇区，作为不同的数据存储区域。如存储容量为8Mbit的FlashROM常分为19个扇区；而存储容量为16Mbit的FlashROM常分为34个扇区。一般情况下禁止在这些扇区进行任何编程和擦除操作，作为对硬件扇区的保护。扇区擦除结构允许规定存储器要擦除和编程的扇区，不用和其他扇区交换数据，典型的扇区擦除和校验在1.5s内即可完成。该器件可用悬挂擦除来提供真正的背景擦除，若将悬挂操作放在保持上，即可从未擦除的扇区读取数据或编程数据；芯片擦除命令将自动擦除未保护的扇区。以创维C5800型机顶盒中使用的29LV160BE为例，它只用3.3V单电源工作，可在内部产生编程和擦除所需要的电压。在上电期间，当VCC低于锁定电压时器件设置成读方式，且禁止编程和擦除操作。低电压检测器在电源转换期间自动禁止写操作，以防止电源转换造成的意外擦除或假编程；只有在成功地完成专用命令序列后，状态控制寄存器才允许擦除操作和重新编程，交换存储器中的内容。,5.6.2主芯片外部存储器的配置,2.SDRAM（系统内存和视频缓存）机顶盒中的SDRAM(动态随机存储器)主要用于存取两类数据：第一类是软件运行过程中的各种临时数据，这一部分有时称为系统内存；第二类是MPEG-2解码器解码过程中需要暂存的视、音频数据，即作为视频解码的缓存和显示图形的帧存储，称为视频缓存。系统内存和视频缓存可以相互独立，分别存储在各自的集成电路中，也可并存于同一块集成电路中，关键取决于存储容量。对于普及型机顶盒的系统内存要求其容量大于8MB，在实际生产中有时将其容量扩大到16M或24M。在有线数字电视机顶盒的生产中常用的型号有S1216AATA(容量128Mbit)、IS42S16400-7T(容量64Mbit)、IS42S164008-7(容量64Mbit)对于普及型机顶盒的视频缓存要求其容量大于64Mbit。在有线数字电视机顶盒的生产中常用的型号有K4S641632H(容量64Mbit)、HY57V64120HG（容量64Mbit）HY57V281620ET-H（容量128Mbit）,关于视频缓存的简要介绍,由它的内部结构框图可以发现，它的内部组织结构为4个1M16bit，数据按矩阵结构方式寄存。包括数据输入寄存器、定时寄存器、程序寄存器、地址寄存器等。与地址寄存有密切关系的功能块包括矩阵结构选择、行缓冲器和行解码器，列缓冲器和列解码器等。数据寄存在4个1M16bit的芯片中，最后通过输出缓冲器输出。显然，这样的结构更有利于显示图形的帧存储,原理与维修,数字电视和机顶盒,由于视频数据具有自身的一些特点，所以存储视频数据的存储器在内部结构和信号输入输出上也都有别于前面介绍的闪存。下面以K4S641632H的结构框图为例简要说明：,5.6.2主芯片外部存储器的配置,原理与维修,数字电视和机顶盒,3.E2PROME2PROM为小容量不易散失存储器，可以逐字节修改，掉电后不会丢失。在有线数字电视机顶盒中用于保存频道参数、节目参数、用户设置(比如音量)等关键参数，使系统的工作更可靠。存储容量一般要求为2K到16K字节，有的可达到64K字节。生产中常用的型号有M24C64、AT24C64、AT24C16等。M24C64是一种具有8k8bit存储空间的电可擦除的EPROM，其内部结构如右边框图所示。它以串行方式传输数据,CPU通过12C总线与它进行通信。它只有8个引出脚，各引出脚的名称及功能如表5-8所示,5.6.3音视频信号的后续处理电路,在数字电视机顶盒的主板电路中，由主芯片输出的音频和视频信号还需要经过后续电路的处理才能输出。1.音频信号的后续处理电路由于主芯片输出的是音频数字流，还需要经过是数字D/A转换模块才能将其变成模拟音频信号，并经音频运放后输出到模拟电视机。音频DA变换集成电路的作用是将由音频解码器输出的PCM音频数据转换成具有左、右声道的模拟立体声音频信号，其常用型号有WM8725、PCM1725、HT82V731、PCM1723E、PCM1748E、PCM1742等；而音频放大集成电路的作用是完成音频信号的放大并直接输出，常常采用双运算放大器，其常用型号有LM833、JR4558、4456AM等。2.视频信号的后续处理电路视频信号的后续处理电路相对比较简单，早期的视频信号的后续处理电路常采用分立元件电路，而近期的视频信号的后续处理电路常采用集成电路。它们的主要功能是对经过解码后的视频信号完成放大、CVBS及Y/C的输出。,5.6.3音视频信号的后续处理电路,在数字电视机顶盒的主板电路中，由主芯片输出的音频和视频信号还需要经过后续电路的处理才能输出。1.音频信号的后续处理电路由于主芯片输出的是音频数字流，还需要经过是数字D/A转换模块才能将其变成模拟音频信号，并经音频运放后输出到模拟电视机。音频DA变换集成电路的作用是将由音频解码器输出的PCM音频数据转换成具有左、右声道的模拟立体声音频信号，其常用型号有WM8725、PCM1725、HT82V731、PCM1723E、PCM1748E、PCM1742等；而音频放大集成电路的作用是完成音频信号的放大并直接输出，常常采用双运算放大器，其常用型号有LM833、JR4558、4456AM等。2.视频信号的后续处理电路视频信号的后续处理电路相对比较简单，早期的视频信号的后续处理电路常采用分立元件电路，而近期的视频信号的后续处理电路常采用集成电路。它们的主要功能是对经过解码后的视频信号完成放大、CVBS及Y/C的输出。,5.6.4接口、总线及时钟电路,1.接口按照国家广电总局有线数字电视系统用户终端接收机入网技术条件和测量方法的要求，有线数字电视机顶盒必须配置的物理接口包括：视频信号输出接口、音频信号输出接口和数据输出接口，下面仅对数据接口作简要介绍：按照入网技术条件的要求，数据接口可以是RS-232或RS-422，一般都配置RS-232。RS-232接口实际上是一种应用十分广泛的低速串行标准接口，该标准的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”。在有线数字电视机顶盒中主要是通过它完成微型计算机与机顶盒芯片之间的数据通讯实现软件升级。为了适应高速外部设备与机顶盒之间的通讯要求，在部分有线数字电视机顶盒中开始使用一些高速串行接口，如USB接口和IEEEl394接口。有的甚至使用高速并行接口IEEEl284，从而大大提高了数据通讯的速度。,5.6.4接口、总线及时钟电路,2.总线在机顶盒中有一个较为流行的控制总线(I2C)，用于对调谐器、信道解码芯片、智能卡等外围模块的控制。这个总线由数据和时钟两根信号线组成。由于机顶盒没有向PC机那样的统一硬件体系标准，因此，机顶盒中的总线结构一般因所选用的主芯片方案的不同而不同，一般包括数据总线和地址总线。除了I2C总线以外，在有线数字电视机顶盒中还使用了EMI（外存储器接口）总线和SMI（共享存储器接口）总线。由图5-26和图5-27可以看到：FLASH与STi5518和QAMi5516之间的数据通讯都是通过外存储器接口总线(EMI总线)来实现；而SDRAM与STi5518和QAMi5516之间的数据通讯都是通过共享存储器接口总线(SMI总线)来实现。从而用于控制主芯片与16Mbit、32Mbit或64Mbit外部存储器之间的快速数据移动。,5.6.4接口、总线及时钟电路,3.27M晶振和时钟电路在有线数字电视系统中，接收端基准时钟的恢复对于数据的正确读取发挥着重要作用。因为机顶盒中的解码及其他信号处理都是在字节时钟或比特时钟的控制下进行的。所以主板电路中的27M晶振和及专用集成电路也是非常重要的器件，由27MHz晶振、专用集成电路74HCU04及锁相环(PLL)组成一个完整的时钟电路如右图所示。图中的27MHz晶振与C010、C011、D002、D001构成选频网络，并与74HCU04组成一个改进型的电容三点式振荡电路，发出27MHz时钟信号。但时钟信号有可能产生漂移，使得基准时钟产生偏差，这种频率偏差逐渐累积达到一定程度时，就会造成取样错误，所以必须有一个锁相环(PLL)电路对频偏进行校正，保持时钟信号频率的准确。,5.7.1数字电视智能卡5.7.2智能卡读卡器5.7.3读卡器专用集成电路TDA8004AT简介,5.7数字电视智能卡及读卡电路,原理与维修,数字电视和机顶盒,5.7.1数字电视智能卡,所谓智能卡，是指将具有存储，加密及数据处理能力的集成电路芯片固封在塑料基片中的卡片，右图为其中的一种。它的基片由聚氯乙烯硬质塑料制成，由于其内部封装有集成电路芯片，因此称其为“集成电路卡”更为准确，而集成电路的英文缩写为IC，所以又被称为IC卡。每个有线数字电视机顶盒必须插上一张智能卡才能正常工作，它与机顶盒的关系类似于SIM卡与手机的关系。数字电视整体转换时使用的智能卡与机顶盒实行一定程度的“机卡配对”，即由某一城市网络公司发出的智能卡只能与该公司的某一些类型的机顶盒配对使用（关键取决于CA），这张智能卡如果插到别的城市的机顶盒中将不能使用，别的城市的智能卡如果插到这个机顶盒中同样也不能使用。,集成电路芯片,CA类型,（a）正面,（b）背面,5.7.1数字电视智能卡,1.数字电视智能卡的功能智能卡主要用于存储用户的私人密钥、控制授权、保密算法等信息,起着识别用户身份和解密加扰过的数字电视节目的作用，以确保未经授权的用户不能接受有线数字电视服务。采用智能卡实现条件接收的优势在于：它具有高度的安全性和保密性,可以保证整个数字电视系统的安全。在将来的数字电视机顶盒中智能卡还有可能会被编程，从而用来发挥“电子钱包”的功能，用于在线订购节目和实现即时付费服务。当用户观看节目时，只需将智能卡插入机顶盒卡槽位置中，机顶盒就会根据用户收看的节目内容和时间在智能卡上做相应的记录，当智能卡上的余额用完后可到指定的地点进行充值。,5.7.1数字电视智能卡,2.数字电视智能卡的结构不同的网络公司会对卡的正面和背面采用不同风格的图案设计，但集成电路芯片的位置不能改动，此卡采用的CA及卡号是非常重要的信息需要标注。根据智能卡中所封装的集成电路的不同，可将其分为四大类：1、非加密存储器卡，卡中的集成电路为标准的串行E2PROM。2、加密存储器卡，卡中集成电路为带有加密逻辑的串行E2PROM。3、CPU卡，卡中的集成电路除了带加密逻辑、串行E2PROM外，还带有微处理器(CPU)。4、射频卡，卡中的集成电路除了带加密逻辑、串行E2PROM、微处理器外，还带有射频收发及相关电路。数字电视智能卡属于第三类，即卡中的存储器为带有加密逻辑的串行E2PROM，同时还有一块低成本的微处理器CPU及一个与机顶盒通信的接口。芯片中的存储器划分成了几个相对独立的单元，每个单元有其特有的性质，有自己的保密代码，数据可以储存在各个不同的单元中，可以任意指定某个单元储存某些数据，这些数据可供外部读取或供内部处理和判断之用。如果想用电子显微镜来扫描芯片，则其中的内容将被擦除。同时，在芯片内部，数据流在存储区域之间的流动也不可能被直接检测出来，这就从根本上解决了智能卡的安全和保密性问题，同时保证了整个数字电视系统的安全。,在机顶盒中用于读取智能卡中数据的设备称为智能卡读卡器，相关实物及读卡功能的实现可通过右面的解剖图给予说明：,卡座内的金属弹片,智能卡上的功能金属触片（C1C4组）,卡座内的金属弹片（C1C4组）,卡座内的金属弹片（C5C8组）,卡座内的金属弹片开关K1-K2,金属弹片的引出脚（C5C8组）,弹片开关K1-K2的引出脚,金属弹片的引出脚（C1C4组）,智能卡上的功能金属触片（C5C8组）,TDA8004AT,5.7.2智能卡读卡器,（a）智能卡插入卡座,（b）智能卡背面的芯片,（c）卡座上与芯片相接触的金属弹片,（d）读卡器背面的专用集成电路,5.7.3读卡器专用集成电路TDA8004AT简介,TDA8004AT作为主芯片微处器CPU与智能卡之间的接口电路，支持卡的热拔插，且具有发热、短路保护和控制功能，设计时所需的外围元件少，