高集成度、高性能的DVB-T地面信道解调芯片M88DT2000的实现及应用
热1已有 115 次阅读 2009-09-24 14:04所谓数字电视，就是将传统的模拟电视信号经过抽样、量化和编码转换成用二进制数代表的数字式信号，然后进行各种功能的处理、传输、存储和记录。采用数字技术不仅使各种电视设备获得比原有模拟式设备更高的技术性能，而且还具有模拟技术不能达到的新功能，使电视技术进入崭新时代。
与模拟电视相比, 数字电视具有以下特点及先进性：
1）清晰度更高、音频效果更好、抗干扰能力更强；
2）更合理有效地利用各类频谱资源。数字电视采用数据压缩编码技术，传输信道带宽较模拟电视大为减小，传输一套模拟电视节目的8MHz频道可同时传输4~6套数字电视节目；
3）降低了信号发射功率，输出信号稳定可靠，易于消除图象畸变，且输出信号易于存储；
4）数字电视输出信号具有可扩展性、可分级性和可操作性，便于在各类通信信道或有线电视信道中传输。
一个完整的数字电视系统同模拟电视广播系统一样，也是由节目源、广播和接收三大环节组成，具体结构如图1所示。
由图1可见：数字电视系统主要由信源编解码、节目流与传送流多路复用/解多路复用、信道传输、信道编解码、调制解调等设备组成。澜起科技推出的M88DT2000就是针对DVB-T数字电视的高性能信道解调器，完成数字电视系统接收端的解调、解码等功能，无论在固定、移动或者便携时都具有优异的系统性能。主要应用领域包括：地面数字机顶盒、数字电视一体机、移动和手持电视、DVD+DVB-T等。
M88DT2000 主要特点
M88DT2000是完全符合 DVB-T (ETS 300744) 和 NorDig 1.0.3 标准的地面信道解调芯片，该芯片内嵌高性能的10 bit 数模转换器，可对中频(4.57MHz 和 36.167MHz)进行直接采样，它支持最大到4个的解调数据流分集处理，并支持自动检测调谐器输入的频率镜像。
除了具有一般地面信道解调芯片所具有的所有功能以外，M88DT2000还特别集成了内嵌MCU，可以方便地进行锁定指示、信号质量、器件状态的控制和调度；并且具有辅助时钟输出，可用于系统其他模块；此外，M88DT2000内嵌的电源管理模块支持3.3 V单电源供电，此项功能也大大简化了电路设计，从而降低整个BOM的成本。
在正常使用情况下，M88DT2000的功耗可低于170mW，从而有效地降低了系统能耗，更加有利于系统的稳定性，便于移动便携市场的应用。此外，M88DT2000完全符合RoHS标准。
M88DT2000的内部架构及工作原理
M88DT2000的内部功能模块框图见图二。具体功能描述如下：
AGC（自动增益控制）：M88DT2000有两个模拟AGC输出，一个用于射频的自动增益控制，另一个用于中频的自动增益控制。AGC环路通过比较采样信号和AGC参考值之间的大小来产生AGC的PWM输出。 PWM的速率是根据输入信号的电平来调整的。
Front End(前端)：该模块主要实现的功能包括：直流去除，脉冲噪声去除、数字AGC、中频到基带的下变频、以及内插滤波和速率变换。直流去除的作用是补偿在AD变换之后 I/Q 两路的增益不平衡、相移偏差以及直流偏置。脉冲噪声去除是将采样信号的幅度与预先设定的门限进行比较，如果在一个连续的时间内，采样信号的幅度高于门限，则认为存在脉冲噪声需要滤除。数字AGC的功能是补偿已经滤波之后的数字信号功率，通过计算一定周期内的输入信号平均功率，将其调整到接近预先设定的参考值。中频到基带的下变频功能是通过数字的本地载波信号与采样后的输入信号相乘，滤除高频分量后得到基带的有用信号；内插滤波和速率变换是根据符号速率和定时恢复模块输出的控制信号对信号抽取，从而得到与符号速率一致的采样信号。
FFT (快速傅立叶变换)：此模块执行快速傅立叶变换。FFT模块是由符号定时和载波同步模块来进行触发的，能够自动来选择2K模式或者8K模式实现从时域到频域的变换。
信道估计和校正：信道估计模块使用OFDM的Pilot信息来对信道进行相应复原，同时信道校正模块对每个载波的衰减等因素进行校正。并且对TPS信息进行解调可以得到传输模式等传输参数。
符号、定时和载波同步：符号同步模块动态地调整以保证 OFDM符号的正确起始点，以便可以正确的执行FFT运算。定时同步模块是一个全数字时钟恢复电路，用来补偿由于晶体或者外部时钟造成的采样频率偏差。载波同步模块是用来跟踪和补偿由于收发端频率不一致等引起的频率误差。
数据流分集：为了提供移动环境下的系统性能，M88DT2000提供了高达4个解调数据的分集处理。可以使用多个调谐器和解调器，然后将解调的之后的数据流进行分集处理后送入后续模块进行处理，从而提高系统的接收性能。
解交织和解映射：解交织模块是对数据符号进行解映射处理。解映射模块对依据星座图的位置对数据符号进行解映射软判决；这是调制发射的逆过程。
Viterbi和RS解码：解映射之后的输入被送入Viterbi解码和RS解码，以检测和纠正传输中产生的错误，最后形成解调和解码后的数据流。
MPEG格式化：将解码后的数据流根据MPEG－TS的接口数据格式传送给MPEG输出接口，可以被送到后端的图像解码芯片或主控制器芯片。M88DT2000支持的MPEG－TS输出数据接口包括: 并口、串口和MPEG－TS通用接口，可以支持高达61.44MHz瞬时数据速率。
I2<\sup>C接口：M88DT2000有两个I2<\sup>C接口，一个接口用于对M88DT2000的控制和设置；另外一个I2<\SUP>C接口用于主控芯片对调谐器控制的中继。
内嵌MCU：M88DT2000内嵌一个高性能的MCU，用来控制和调度所有内部模块，以及相关信号质量的统计等工作。
基于M88DT2000的典型应用
得益于高集成度和通用的接口设计，仅仅需要极少的外部元器件，就能够采用M88DT2000，与通用的调谐器和信源解码器构成完整的一个DVB-T机顶盒接收系统。M88DT2000提供了与调谐器和信源解码器的完整接口，如图三所示。M88DT2000与DVB-T调谐器的接口主要包括：RF AGC输出，IF AGC输出，I2<\sup>C中继器接口，以及用于传输DVB-T 中频信号的差分输入。RF AGC和IF AGC的参考电平都可以通过写寄存器进行更改，默认值是70H。 同时AGC PWM输出的极性可以有用户定义:1-active high; 0-active low。到M88DT2000的中频DVB-T信号是差分输入的 (IF+, IF-) 。I2<\sup>C是M88DT2000将信源解码器中MCU控制信号中继后送到调谐器的接口。
与模拟电视相比, 数字电视具有以下特点及先进性：
1）清晰度更高、音频效果更好、抗干扰能力更强；
2）更合理有效地利用各类频谱资源。数字电视采用数据压缩编码技术，传输信道带宽较模拟电视大为减小，传输一套模拟电视节目的8MHz频道可同时传输4~6套数字电视节目；
3）降低了信号发射功率，输出信号稳定可靠，易于消除图象畸变，且输出信号易于存储；
4）数字电视输出信号具有可扩展性、可分级性和可操作性，便于在各类通信信道或有线电视信道中传输。
一个完整的数字电视系统同模拟电视广播系统一样，也是由节目源、广播和接收三大环节组成，具体结构如图1所示。
由图1可见：数字电视系统主要由信源编解码、节目流与传送流多路复用/解多路复用、信道传输、信道编解码、调制解调等设备组成。澜起科技推出的M88DT2000就是针对DVB-T数字电视的高性能信道解调器，完成数字电视系统接收端的解调、解码等功能，无论在固定、移动或者便携时都具有优异的系统性能。主要应用领域包括：地面数字机顶盒、数字电视一体机、移动和手持电视、DVD+DVB-T等。
M88DT2000 主要特点
M88DT2000是完全符合 DVB-T (ETS 300744) 和 NorDig 1.0.3 标准的地面信道解调芯片，该芯片内嵌高性能的10 bit 数模转换器，可对中频(4.57MHz 和 36.167MHz)进行直接采样，它支持最大到4个的解调数据流分集处理，并支持自动检测调谐器输入的频率镜像。
除了具有一般地面信道解调芯片所具有的所有功能以外，M88DT2000还特别集成了内嵌MCU，可以方便地进行锁定指示、信号质量、器件状态的控制和调度；并且具有辅助时钟输出，可用于系统其他模块；此外，M88DT2000内嵌的电源管理模块支持3.3 V单电源供电，此项功能也大大简化了电路设计，从而降低整个BOM的成本。
<IMG src="http://www.eetchina.com/ARTICLES/2007OCT/B/0710B_COD1_F1.jpg" border=0 ="if(this.width>=700) open('http://www.eetchina.com/ARTICLES/2007OCT/B/0710B_COD1_F1.jpg');">
图一：数字电视系统的构成。
在性能方面，M88DT2000的表现相当出色。它内嵌专门的脉冲干扰消除模块，用于对脉冲噪声进行滤除，有效地提高了抗干扰能力。它允许的频率偏移也相当大，通过实际测试可以正常解调的频率偏移可以达到 -637 ~ +619KHz，从而可以满足更加恶劣环境下的电视接收，更加有效应对发射机设备老化和频率不稳定性的问题。除了地面固定接收，M88DT2000也是汽车、便携等移动市场应用的良好选择，在常用接收模式下（信号中心频率为666MHz，8K）它可以支持高达140KM/h的运动速率。 图一：数字电视系统的构成。
在正常使用情况下，M88DT2000的功耗可低于170mW，从而有效地降低了系统能耗，更加有利于系统的稳定性，便于移动便携市场的应用。此外，M88DT2000完全符合RoHS标准。
M88DT2000的内部架构及工作原理
M88DT2000的内部功能模块框图见图二。具体功能描述如下：
<IMG src="http://www.eetchina.com/ARTICLES/2007OCT/B/0710B_COD1_F2.jpg" border=0 ="if(this.width>=700) open('http://www.eetchina.com/ARTICLES/2007OCT/B/0710B_COD1_F2.jpg');">
图二： M88DT2000的内部功能模块框图。
ADC（模数转换器）：M88DT2000内置一个高性能的10bit ADC来对中频进行直接采样。采样频率为20.48MHz, 支持的中频频率为4.57MHz 和 36.17MHz，带宽为6MHz, 7MHz, 8MHz. 图二： M88DT2000的内部功能模块框图。
AGC（自动增益控制）：M88DT2000有两个模拟AGC输出，一个用于射频的自动增益控制，另一个用于中频的自动增益控制。AGC环路通过比较采样信号和AGC参考值之间的大小来产生AGC的PWM输出。 PWM的速率是根据输入信号的电平来调整的。
Front End(前端)：该模块主要实现的功能包括：直流去除，脉冲噪声去除、数字AGC、中频到基带的下变频、以及内插滤波和速率变换。直流去除的作用是补偿在AD变换之后 I/Q 两路的增益不平衡、相移偏差以及直流偏置。脉冲噪声去除是将采样信号的幅度与预先设定的门限进行比较，如果在一个连续的时间内，采样信号的幅度高于门限，则认为存在脉冲噪声需要滤除。数字AGC的功能是补偿已经滤波之后的数字信号功率，通过计算一定周期内的输入信号平均功率，将其调整到接近预先设定的参考值。中频到基带的下变频功能是通过数字的本地载波信号与采样后的输入信号相乘，滤除高频分量后得到基带的有用信号；内插滤波和速率变换是根据符号速率和定时恢复模块输出的控制信号对信号抽取，从而得到与符号速率一致的采样信号。
FFT (快速傅立叶变换)：此模块执行快速傅立叶变换。FFT模块是由符号定时和载波同步模块来进行触发的，能够自动来选择2K模式或者8K模式实现从时域到频域的变换。
信道估计和校正：信道估计模块使用OFDM的Pilot信息来对信道进行相应复原，同时信道校正模块对每个载波的衰减等因素进行校正。并且对TPS信息进行解调可以得到传输模式等传输参数。
符号、定时和载波同步：符号同步模块动态地调整以保证 OFDM符号的正确起始点，以便可以正确的执行FFT运算。定时同步模块是一个全数字时钟恢复电路，用来补偿由于晶体或者外部时钟造成的采样频率偏差。载波同步模块是用来跟踪和补偿由于收发端频率不一致等引起的频率误差。
数据流分集：为了提供移动环境下的系统性能，M88DT2000提供了高达4个解调数据的分集处理。可以使用多个调谐器和解调器，然后将解调的之后的数据流进行分集处理后送入后续模块进行处理，从而提高系统的接收性能。
解交织和解映射：解交织模块是对数据符号进行解映射处理。解映射模块对依据星座图的位置对数据符号进行解映射软判决；这是调制发射的逆过程。
Viterbi和RS解码：解映射之后的输入被送入Viterbi解码和RS解码，以检测和纠正传输中产生的错误，最后形成解调和解码后的数据流。
MPEG格式化：将解码后的数据流根据MPEG－TS的接口数据格式传送给MPEG输出接口，可以被送到后端的图像解码芯片或主控制器芯片。M88DT2000支持的MPEG－TS输出数据接口包括: 并口、串口和MPEG－TS通用接口，可以支持高达61.44MHz瞬时数据速率。
I2<\sup>C接口：M88DT2000有两个I2<\sup>C接口，一个接口用于对M88DT2000的控制和设置；另外一个I2<\SUP>C接口用于主控芯片对调谐器控制的中继。
内嵌MCU：M88DT2000内嵌一个高性能的MCU，用来控制和调度所有内部模块，以及相关信号质量的统计等工作。
基于M88DT2000的典型应用
得益于高集成度和通用的接口设计，仅仅需要极少的外部元器件，就能够采用M88DT2000，与通用的调谐器和信源解码器构成完整的一个DVB-T机顶盒接收系统。M88DT2000提供了与调谐器和信源解码器的完整接口，如图三所示。M88DT2000与DVB-T调谐器的接口主要包括：RF AGC输出，IF AGC输出，I2<\sup>C中继器接口，以及用于传输DVB-T 中频信号的差分输入。RF AGC和IF AGC的参考电平都可以通过写寄存器进行更改，默认值是70H。 同时AGC PWM输出的极性可以有用户定义:1-active high; 0-active low。到M88DT2000的中频DVB-T信号是差分输入的 (IF+, IF-) 。I2<\sup>C是M88DT2000将信源解码器中MCU控制信号中继后送到调谐器的接口。
<IMG src="http://www.eetchina.com/ARTICLES/2007OCT/B/0710B_COD1_F3.jpg" border=0 ="if(this.width>=700) open('http://www.eetchina.com/ARTICLES/2007OCT/B/0710B_COD1_F3.jpg');">
图三： M88DT2000的典型应用。
图三： M88DT2000的典型应用。
M88DT2000与信源解码器的接口有MPEG TS接口和I2<\SUP>C接口。MPEG TS接口是将M88DT2000解调和解码之后的数据送入信源解码器进行图像和声音的解复用、解压缩等处理。MPEG的接口支持三种通常的接口模式：并行模式、串行模式和TS流通用接口模式，接口的数据可以支持到61.44M的bit速率。I2<\SUP>C是连接信源解码器中MCU，用来将MCU产生的系统控制信号传输到M88DT2000和调谐器。
综上所述，M88DT2000是澜起科技针对DVB-T市场推出的一款高性能解调芯片，采用了高集成度的系统构架和优异的数字处理算法，为客户提供具有更宽频率偏移跟踪性能、更低功率消耗、更好移动性能的解决方案。
相关芯片资料: ST72321AR7TC TMS370C310AFNT SAB-C505L-4EM
作者：蒲锦先
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