DVB-T接收前端下變頻電路設(shè)計(jì)*

顧 彬，李小進(jìn)，賴宗聲

（華東師范大學(xué) 微電子電路與系統(tǒng)研究所，上海 200062）

1 引言

DVB-T是一項(xiàng)技術(shù)比較成熟的地面數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)，已得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。地面數(shù)字電視廣播是利用RF頻段信號在地表附近傳播的，而接收則是利用天線進(jìn)行無線接收。從接收到的RF信號到音視頻信息的轉(zhuǎn)換過程中，必須將RF信號變成數(shù)字基帶信號，以便進(jìn)行同步、解碼等一系列數(shù)字基帶處理，才能最終得到圖像和聲音信息[1]。這其中從RF信號變?yōu)閿?shù)字基帶信號的過程，一般有2個(gè)步驟：從RF到中頻，再由中頻到基帶。本文所設(shè)計(jì)的電路即為從RF到基帶的下變頻電路。

2 實(shí)現(xiàn)方案

DVB-T RF 信號（51～858 MHz）由天線接收并輸入到調(diào)諧器（Tuner）中，經(jīng)混頻、放大后，輸出差分中頻信號，其中心頻率為36.13 MHz，帶寬為8 MHz。此中頻信號進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器（ADC），利用帶通采樣的原理，進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字基帶信號，ADC采樣率為32 MS/s（兆符號/秒）。最后設(shè)置了緩存（Buffer），對輸出數(shù)字基帶信號進(jìn)行電平調(diào)整，并增強(qiáng)其驅(qū)動(dòng)能力，以便與后續(xù)的FPGA的I/O電平匹配。本電路通過一組I/O將最終的數(shù)字基帶信號送入FPGA中，進(jìn)行同步、解碼等處理[2-3]。

圖1為本文方案的模塊圖。其中，調(diào)諧器TD1316AL/IHP、A/D轉(zhuǎn)換器AD9236和Buffer 74FCT244組成數(shù)據(jù)主通路，而控制部分則由微控制器Mega8和D/A轉(zhuǎn)換器（DAC）AD7249 組成。

圖1 方案實(shí)現(xiàn)框圖

3 電路原理與設(shè)計(jì)

3.1 調(diào)諧器

調(diào)諧器的工作是將無線射頻信號進(jìn)行下變頻，得到中頻信號。本方案選用的調(diào)諧器為Philips公司的TD1316 AL/IHP，它是符合歐標(biāo)的數(shù)字調(diào)諧器。

TD1316AL/IHP可以接收的RF信號頻率范圍為51～858 MHz，輸出的中頻信號頻率為36.13 MHz，經(jīng)SAW濾波的差分中頻輸出信號可以直接驅(qū)動(dòng)ADC。TD1316AL/IHP具有射頻AGC和中頻AGC2個(gè)放大器。其內(nèi)部PLL的工作頻率及AGC放大器電壓等參數(shù)均通過I2C總線進(jìn)行配置。I2C總線為Philips開發(fā)的一種兩線串行總線，廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中。

RF_AGC，IF_AGC分別為射頻信號增益控制和中頻信號增益控制，兩者都可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使中頻輸出的值在ADC的工作范圍之內(nèi)，一旦ADC溢出（overflow信號有效），就需要調(diào)節(jié)這2個(gè)AGC。參考調(diào)諧器的數(shù)據(jù)表，用其首選方案，將RF_AGC設(shè)置為最大，對IF_AGC進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。表1給出了調(diào)諧器主要參數(shù)及定義，表2中列出了調(diào)諧器的I2C控制字。通過I2C總線，還可以得到調(diào)諧器的工作狀態(tài)，表3中列出了調(diào)諧器的I2C狀態(tài)字，其中的關(guān)鍵參數(shù)PLL頻率鎖定標(biāo)志FL，當(dāng)PLL鎖相成功時(shí)，其值為1。

表1 調(diào)諧器I2C控制字的參數(shù)定義

表2調(diào)諧器I2C控制字

表3調(diào)諧器I2C狀態(tài)字

3.2 A/D轉(zhuǎn)換器

調(diào)諧器輸出的差分中頻信號進(jìn)入ADC，進(jìn)行帶通采樣。選用的ADC為ADI公司的AD9236，它具有12位轉(zhuǎn)換精度，80 MS/s的采樣率，可適應(yīng)Vpp為1～2 V的差分模擬輸入。它提供Overflow信號，用于檢測輸入信號幅值溢出。

將ADC的采樣率設(shè)為32 MS/s，此采樣時(shí)鐘是通過一塊32 MHz的有源晶振來提供的。

3.3 控制器（Mega8）

本方案中的控制器是由單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。選用ATMEL公司的AVR Mega8，它是8位MCU芯片。使用帶有C編譯器的開發(fā)軟件CVAVR來編寫控制程序[4]，并通過并口ISP下載線對Mega8進(jìn)行編程。在編寫I2C總線操作部分程序時(shí)[5]，調(diào)用了CVAVR軟件自帶的軟件I2C模塊來完成。

Mega 8作為控制器，協(xié)調(diào)各組件的工作。主要完成以下2項(xiàng)工作：

1）第1項(xiàng)工作為配置調(diào)諧器，使其正常工作，輸出正確的中頻信號。

利用I2C總線，初始化調(diào)諧器，寫入控制字，來配置各項(xiàng)參數(shù)。方法為：根據(jù)預(yù)先知道的RF信號頻率或頻率范圍，計(jì)算出相應(yīng)的調(diào)諧器頻率參數(shù)，通過I2C總線寫入調(diào)諧器中。然后通過I2C總線讀取調(diào)諧器的工作狀態(tài)，若頻率鎖定參數(shù)FL有效，說明調(diào)諧器中的PLL已鎖定頻率，使調(diào)諧器進(jìn)入正常模式，單片機(jī)進(jìn)入第2項(xiàng)工作。若頻率鎖定參數(shù)無效，則PLL未鎖定頻率，此時(shí)將頻率參數(shù)值加1或減1（由開關(guān)控制），并將頻率參數(shù)通過I2C總線寫入調(diào)諧器中，再次讀取調(diào)諧器工作狀態(tài)，判斷頻率鎖定參數(shù)FL是否有效；若仍然無效，則繼續(xù)上述過程，直到FL有效，則使調(diào)諧器進(jìn)入正常模式，單片機(jī)進(jìn)入第2項(xiàng)工作。

2）第2項(xiàng)工作為控制IF_AGC，使中頻信號的幅度滿足ADC的輸入要求，保證ADC正常工作。

將RF_AGC設(shè)成最大 （初始化調(diào)諧器時(shí)通過參數(shù)配置），實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)IF_AGC的大小，以使調(diào)諧器的中頻輸出信號幅值在ADC的參考電壓范圍內(nèi)。一旦其超出范圍，ADC便產(chǎn)生一個(gè)overflow信號。Mega 8檢測到這個(gè)信號后，將IF_AGC所對應(yīng)的寄存器值減1，再將新的值以串行方式傳送給DAC。DAC將接收到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)化為模擬信號 （0～3 V）輸出到調(diào)諧器的IF_AGC引腳。若此時(shí)的IF_AGC可使中頻輸出信號符合ADC的參考電壓，則調(diào)節(jié)完成；若仍然不符合，則ADC再次發(fā)出overflow信號，重復(fù)上述過程。

控制程序代碼片段如下：

4 調(diào)試結(jié)果

所選測試信號為上海東方明珠移動(dòng)電視，其采用DVB-T標(biāo)準(zhǔn)，信號覆蓋廣，接收頻率為722 MHz。天線選擇001電視接收天線SN03A，可接收頻率范圍為45～860 MHz。利用Agilentinfiniium54833DMSO示波器來觀察測試結(jié)果。

圖2所示為根據(jù)本文電路設(shè)計(jì)的PCB板，利用Protel99SE繪制并完成，以下調(diào)試結(jié)果均是基于此PCB板得到的。

圖2 根據(jù)本文電路設(shè)計(jì)的PCB板

圖3為調(diào)諧器差分中頻輸出之一的信號波形圖。中頻信號的頻率為36.125 MHz，帶寬約為8 MHz，Vpp約為1.27 V，可以滿足ADC的輸入要求。

圖4為經(jīng)ADC采樣后的輸出波形圖。數(shù)字基帶信號帶寬約為8 MHz，其高電平值約為3.3 V，與FPGA的I/O電平匹配。

5 小結(jié)

圖3 調(diào)諧器中頻輸出信號圖

圖4 ADC輸出波形圖

筆者首先介紹了DVB-T接收系統(tǒng)前端部分的基本原理。根據(jù)原理，設(shè)計(jì)了DVB-T RF信號到數(shù)字基帶信號的變頻電路，主要包括2段過程，由調(diào)諧器將RF信號下變頻為中頻差分信號，再由A/D轉(zhuǎn)換器ADC進(jìn)行帶通采樣，將中頻差分信號采樣為數(shù)字基帶信號。電路中還包括通過I2C總線實(shí)現(xiàn)的控制部分。通過測試，本電路成功地將DVB-T RF信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字基帶信號。

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[1]ETSI EN 300 744 V1.5.1，Digital video broadcasting （DVB）：framing structure，channel coding and modulation for digital terrestrial television[S].2004.

[2]程金泉，朱維樂.DVB-T接收系統(tǒng)前端實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電視技術(shù)，2005（6）：88-90.

[3]牛光輝，蘇鵬.帶通采樣在多載波數(shù)字中頻接收機(jī)中的應(yīng)用[J].電訊技術(shù)，2008，48（1）：47-51.

[4]金春林，邱慧芳，張皆喜.AVR系統(tǒng)單片機(jī)C語言編程與應(yīng)用實(shí)例[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[5]Philips Semiconductors.The I2C-BUS specification[EB/OL].[2009-10-12].http://www.nxp.com/acrobat_download2/literature/9398/39340011.pdf.