数字电视机顶盒原理与维修

第一章数字电视机顶盒原理与维修

1.有线数字电视机顶盒概述

有线数字电视机顶盒是一种既能收看电视节目，又能进行交互式数字化娱乐、教育和商业化活动的消费类信息家电。其主要功能是将从有线电视用户口接收下来的数字电视信号转换为模拟电视信号，使用户用家中的模拟电视机，就能收看数字电视节目，图像质量可以接近500线水平。

1-1基本功能：

1)接收有线数字电视节目；

2)电子节目指南（EPG）；

3)高速数字广播；

4)软件在线升级；

5)因特网接入和电子邮件；

6)支持交互式应用；

7)有条件接收的核心是加扰和加密，数字机顶盒应有解扰解密功能。

1-2工作原理：

有线数字电视机顶盒接收数字电视节目、处理数据业务和完成多种应用的解析。从传输层提取信道编码信号，完成信道解码；还原压缩的信源编码信号，恢复原始音/视频流，同时完成数据业务和多种业务的接收、解析。数字电视的硬件结构由信号处理（信道解码和信源解码）、控制和接口几部分组成。机顶盒结构如图1所示。

机顶盒从功能上看是计算机和电视机融合的产物，但结构确与两者不同，从信号处理和应用操作上看，机顶盒包含以下层次：

（1）物理层和连接层包括高频调谐器，QPSK、QAM、OFDM、VSB解调，卷积解码，去交织，里德-所罗门解码，去能量扩散。

（2）传输层包括解复用，它把传输流分成视频、音频和数据包。

（3）节目层包括MPEG-2视频解码、MPEG/AC-3音频解码。

（4）用户层包括服务信息、电子节目表、图形用户界面（GUI）、浏览器、遥控、有条件接收、数据解码。

（5）输出接口包括模拟音/视频接口、数字音/视接口、数据接口、键盘、鼠标等。

1-3工作过程：

数字高频头接收来自有线网的高频信号（通常在48.5~860MHz），通过QAM解调器完成信道解码，从载波中分离出包含音、视频和其他数据的传送数字流（TS）。传送数字流中一般包括多个音视频流及一些数据信息。解复用器则用来区分不同的节目，提取相应的音、视频流和数据流，送入MPEG-2解码器和相应的解析软件，完成数字信息的还原。对于付费电视，条件接收模块对音、视频流实施解扰并采用含有识别用户和进行记账功能的智能卡，保证合法用户正常收看。MPEG-2解码器完成音、视频信号的解压缩，经视频编码器和音频D/A变换，还原出模拟音、视频信号，在普通模拟电视上显示高质量电视图像，并提供多声

道立体声节目。

从以上可以看出：信道解码、信源解码、上行数据的调制编码、嵌入式CPU、MPEG-2解压缩、机顶盒软件、显示控制和加解扰技术是数字机顶盒的主要技术。

2.机顶盒原理分析

数字电视机顶盒主要由开关电源、信号处理和前控制显示面板等电路组成。整机信号组成框图如图2所示。仔细来看主要有稳压电源、前端信号解码电路、面板显示电路、动态存储器、程序存储器（FLASH）、CPU/解码/数模变换、存储器、CA卡识别、音、视频放大等电路组成。

2-1 CA卡检测识别电路

CA卡检测识别电路如图3所示。电路主要由U1组成。U1是一块智能卡接口芯片，负责对CA卡通讯部分的供电、数字信号等进行转化和驱动。

U1的PRES⑩脚和PRES⑨脚是该芯片的中断入脚，⑩脚检测信号上升沿，或⑨脚检测信号下降沿，都认为是有卡插入。CA卡插入插槽后，内部电路对芯片⑨⑩脚检测到的信号

进行处理，将处理结果从○23脚输出，○23脚由高电平表变为低电平。○23脚输出的信号直接送往集成块U4127脚，由U4内部主控CPU进行处理，处理后启动信号解扰电路和信号解码电路进入工作状态。

除去特殊细节上的时序之外，可以认为CPU对CA卡的复位，CLK,DATA信号是穿过U4芯片的。

CA卡座分为常开和常闭两种。目前常用的CA卡是常闭的，对应电路板上的0R电阻是R15连接到U1的○10脚，而○9脚所连接0R电阻R3没有接。此两只电阻的错接，是造成CA卡插

卡不识别的主要原因。

由于现有数字机顶盒所接收的电视信号中加有加扰信号，而能否对节目进行解扰，保证正常收看电视节目又取决于CA卡。所以当机顶盒出现不能对CA卡是否插入进行正常判断时，应注意对U4组成的CA卡检测电路进行检查。（CA卡脏、氧化）

2-2前端信源解码电路

前端信源解码电路由TUNER、U13、U1组成。原理图见下。该部分电路的作用是接收来自有线网的高频信号（48.5MHz～860MHz），通过QAM解调器完成信道解码，从载波中分离出包含音、视频和其他数据信息的数字流（TS）信号送往U1。

前端信源解码电路的作用是在CPU输出的I²C总线控制下，对有线电缆传输过来的信号进行降频、解调、解码等处理，最后输出CPU可以识别的数字TS流信号。

供电电源由5V、3.3V、30V等组成。

CPU对TUNER的控制，以及TUNER对CPU的状态反馈，均是通过I²C（SCL、SDA）总线实现的。SCL、SDA是由U1的4、5脚输出的。而CPU解码音视频所需的数据，则是通过TS 流U13的16～23的并行数据线传递给U1（36～45）（其中42脚是3.3V供电脚）的。所以如果TS流有异常，并不会影响搜台过程中对信号质量和强度的检测。而如果I²C总线有异常，则是不可能检测到信号质量和强度，更不可能解出正确的TS流。

2-3 程序存储器（FLASH）电路

程序存储器 (FLASH)电路由集成电路U1中的部分电路和U2组成。程序存储器的主要功能是存储系统启动所需的软件代码，能够在掉电之后，完好保存存储在其内的所有代码。所以，要求其能够在CPU复位之前就先行复位完成，等待CPU对其进行读取操作。就是说它先复位，CPU后复位，等待CPU对其进行读取操作。

顺便说一下，机顶盒的升级，实际就是对FLASH内的程序代码进行更新的过程。正是应为此，所以才要求升级过程中不能断掉电源，以避免代码更新出现异常，造成机顶盒因软件原因不能使用。

由于机顶盒的开机程序存储在程序存储器中，所以程序存储器一旦出故障，机顶盒将无法启动进入工作状态。程序存储器（FLASH）原理图见下面。

（原理图）

2-4动态存储器及相关数据处理电路

动态存储器及相关数据处理电路由集成电路U1中的部分电路和U4组成，电路原理如图。

动态存储器的主要功能是系统运行过程中的节目数据等进行暂时存储，工作的基准是两个差分的CLK时钟信号，工作频率为133MHz，时钟峰值为700mV左右（实测1.64～1.70V），示波器差分值测量峰峰值为3.3V。幅度过低，会造成系统运行不稳定，引起死机、马赛克、响应慢等问题。

动态存储器（U2）的49脚是DDR的工作数据参考电压，设计电压为1.25V。此电压纹波过大，会引起系统运行不稳定。

2-5控制系统电路

控制系统电路由模块U1中的部分电路和U5（24C01）、U12(MAX809S)组成，电路如图。该部分电路的作用是形成整机所需要控制信号，并对节目状态进行存储记忆。

控制电路中的复位电路由U12及Q1等组成。复位部分是整个系统启动的先决条件。U12的②脚为复位电压输出脚。电源开关接通200ms～300ms后U12的②脚由低电平变为高电平，将复位电平送往U1的130脚，对U1内部CPU进行复位。

另外，Q1也组成一个复位电路，在通电瞬间为饱和状态，输出低电平，200ms～300m后 Q1变为截止状态，输出由低电平跳变为高电平，对电路复位。

U5为E²PROM芯片，是一个I²C总线器件，受CPU控制，当存储器系统掉电后需要保存的节目状态（频道信息、系统设置等少量信息数据）信息，进行保存。

晶振Y3与U1内部相关电路相连接，组成系统时钟振荡电路，产生控制系统和解码电路所需的时钟信号，时钟信号频率为27MHz。（实测峰峰值为①864、②852mV）

本机键控电路U1的10、11、6、115、116、117上。面板显示控制信号从U1的110、111脚输出，然后通过接插件送往面板。

在各集成模块供电电压正常情况下，控制系统电路要启动进入工作状态，首先是系统时钟振荡电路、复位电路、程序存储器（FLASH）必须工作正常。所以，当检修机顶盒电源电压正常而不工作故障时，应首先应检查系统时钟振荡电路、复位电路、程序存储器等电路。