DM500的系统时钟电路 电厂时钟同步系统

本文来自网络缺图,“代伟的博客”重新补充电路图!

DM500卫星接收机中系统时钟电路的正常工作,是确保整机能够正常工作的前提。在MPEG-2解码方案的DVB系统时钟电路中,绝大多数采用27MHZ的系统时钟。主要为接收机中的解复用和解码器提供系统基准时钟和视频时钟,接收机所需的其他时钟(除LAN电路外)如252MHZ的CPU工作时钟,均由27MHZ时钟经芯片内部的PLL电路分倍频产生。

PCR时钟恢复功能

1、PCR时钟恢复功能原理

为了保持时钟频率的稳定性,数字接收机都应该具有PCR时钟恢复功能。因为数字电视系统是一个实时传输系统,为了保证收发端的正常工作,接收端与发送端的频率和相位一致,必须建立收发端的PCR(ProgramClockPeference:节目参考时钟)时钟恢复功能。如果没有这个功能,接收机工作较长时间后,时钟误差就会累积,累积到一定程度就会出现接收画面停帧或技帧现象。

PCR时钟恢复功能原理,在发送端的视频编码器中,有一个由硬件时钟电路产生的27MHZ时钟,编码过程中不断读取27MHZ时钟。同时利用计数器对系统时钟计数,形成PCR,然后每隔一段时间将PCR随基本流数据一起放入传送流编码器中,在传送流编码器中汇同音频帧、视频帧等一起编码成以188字节为1包、符合MPEG-2标准的TS流,传送出去。

接收端有一个正在工作的本地系统27MHZ时钟,其额定频率与发送端时钟相等,同样也有一个计数器对它计数形成一个本地PCR。接收端将从发送端获取的TS流经过传送流解码器解码后,将取得的PCR与本地PCR比较,并用比较结果形成的控制电压经低通滤波器滤波后,产生一个直流电压去控制27MHZ压控振荡(VCO)电路,VCO电路调整本地27MHZ时钟,使之与发送端时钟同步,这样就完成PCR时钟的恢复,实现收发端声音和图像完全同步。

2、PCR时钟恢复功能的实现

对于DVB时钟恢复功能的实现

对于DVB系统传输来说,恢复PCR时钟是一个基本要求,因为只有PCR时钟正确,接收机才能恢复基准27MHZ(±30PPM)时钟。在DVB系统时钟电路中,通过增设对27MHZ时钟电路中的VCO闭路锁相的硬件控制,来达到PCR时钟恢复的目的。

一些普及型卫星接收机为节省硬件成本,并未采用VCXO电路,而是通过系统软件程序避免这种情况,或让这种情况出现时不那么明显。不过在DM500原厂机和早期仿制机中,均运用了普通晶振+压控晶振(VCXO:VoltageControl X-tal Oscillator)芯片的解决方案。

VCXO芯片简介

1、PLL502-02芯片简介

在电路板上印制标记为P502(U23)芯片,是美国Phaselink公司压控晶振专用PLL502系列芯片中的一种,为PLL502-02二倍频芯片,其典型可调频率范围是±250PPM,额定工作电源电压为3.3V。采用SOIC(SmallOutline IC:小输出线集成电路)封装方式。

其中1、8脚接晶振两端,6脚接+3.3V电源,4脚接地,3脚VCON接CPU的PWM信号控制端,5脚为27MHz输出端。在PLL502-02内部,主要由VCXO电路和PLL(锁相环)电路构成,其中PLL电路部分由基准频率、相位检波器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器VCO和分频器组成。

晶体振荡电路配合外部的晶振产生基准频率,相位检波器用于比较基准频率信号和反馈信号的相位,环路滤波器对由相位检波器的电荷泵所产生的电流脉冲进行积分,以生成施加于VCO的调谐控制电压。VCO输出通过分频器负反馈到相位检波器,迫使VCO在达到平衡时产生与基准频率两倍相等的频率。当VCO的输出频率和相位都与基准频率和相位相等时,就认为PLL处于“锁定”状态。

与PLL502-02芯片功能结构相同的还有美国一些公司的产品,如ICS公司的MK3727、AMI半导体公司(AMIS)的FS6128、PERICOM半导体公司的P16CX100-35、TLSI公司的T83027A-02等,可以直接代换。

2、T73227芯片简介

美国TLSI公司的T73227芯片,是一款高精度压控晶振专用芯片。输入标准的27MHz晶振信号,输出27MHz的时钟信号,其典型可调频率范围是±150PPM,额定电源电压为3.3V。有SOIC和MSOP两种封装方式封装。

系统时钟电路

DM500接收机所采用的系统时钟电路,主要有PLL502-02芯片+13.5MHZ晶振和T73227芯片+27MHz晶振两种方案,其电路原理是一样的。

DM500的系统时钟电路 电厂时钟同步系统

1、PLL502-02+13.5MHz方案

采用PLL502-02+13.5MHz方案的系统时钟部分电路板。

在该电路中,由13.5MHZ晶振(Y2)和负载电容C217、C218和PLL502-02(U23)芯片内部的VCXO电路构成时钟振荡,再经过芯片内部的PLL锁相、缓冲整形输出27MHz的系统时钟,这也是机器刚开始复位工作时本地的强制时钟。

一旦接收机接收到信号并成功锁定后,则通过主芯片U15在软件的控制下,实地地解析出PCR与本地PCR的差值后,再通过主芯片内部的PWM(脉宽调制)单元输出PWM控制信号,经过外部的R205、C215组成的低通滤波器,滤掉PWM输出的高频信号,保留低频的直流分量,送到U23的3脚,调节片内的变容二极管,使产生的本地系统时钟频率,使之与发送端节目的系统时钟频率同步。

2、T73227+27MHz方案

彩T73227+27MHz方案的系统时钟部分电路板,实际上T73227芯片和PLL502-02芯片完全兼容,因此组成的电路也完成相同,只是将晶振由13.5MHZ更换为27MHz即可。

3、74HCU04+27MHz方案

后期的DM500灰壳机采用74HCU04+27MHZ晶振方案。

74HCU04是74系列逻辑集成电路中一种六反相器,芯片含有6个非门,该方案系统时钟电路。

该电路采用皮尔斯振荡电路,使用74HCU04(U23)芯片中的F6、F2两个反相器,其中F6和27MHZ晶振以及C217、C218构成构成27MHz时钟振荡电路,F6在电路中起反相激励振荡作用,F2为输出的振荡波形进行缓冲和整形。

C217、C218为负载电容,与晶振一起决定负载谐振频率,负载电容常用标准值有12PF、16PF、20PF和30PF等。

R203、R204为负载电阻,其中R203和晶振并联,在电路上起反馈作用,以唯反相器输入端的工作点电压在VDD/2;这样在振荡信号反馈在输入端时,能保证反相器工作在适当的工作区,使得振荡幅度趋于稳定。如果用芯片中的反相器来作振荡,必须外接这个电阻,对于CMOS芯片而言,该反馈电阻一般选取≥1MΩ阻值。R204和晶振串联,作为驱动电位调整之用,预防止晶振被过分驱动而引起频率上升,导致晶振早期失效。

该电路输出的是固定的27MHz本地系统时钟,不能够随发送端的时钟作同步调节。

系统时钟电路故障检修

对于系统时钟电路的故障,在相关接收机的硬件问题上,主要表现在电路未启振和时钟频率偏移这两种现象。

1、电路未启振

电路未启振的故障现象是:开机电视屏幕无反应,任何操作也均无效,呈死机状态。

可用30M示波器测27MHZ晶振引脚有无振荡波形产生,如果没有,说明系统时钟电路未产生晶振,应该重点检查晶振是否损坏,U23的8脚有无3.3V电压以及U23是否损坏等故障。例如采用PLL502-02芯片的时钟电路,检查1、8脚应该有13.5MHZ的波形,而8脚有27MHZ的波形。

如是业余维修,没有示波器,可使用数字万用表测量晶振引脚两端的电压。根据一般经验,晶振两端电压其中一端略低于为电源电压一半,另外一端略高于电源电压的一半(多见于频率较高的晶振电路),则晶振工作正常。

如DM500在正常工作时,其PLL502-02芯片引脚测试电压值。

注意,用普通数字万用表测试芯片5、8脚时,会因为万用表的内阻低,导致时钟电路不能正常工作而引起接收机死机。

2、时钟频率偏移

由于时钟频率偏移而产生的故障现象较多,主要有如下几种:

(1)图像有马赛克现象

27MHZ时钟不仅作为系统的恢复时钟,而且还作为视频编码的基准时钟,频率必须保持稳定,不能漂移过多。视频编码器是在此前提下,才能正常工作的。若漂移严重,可产生图像有马赛克,甚至无图像等现象。

例如一台DM5800S接收机,图像不时有马赛克现象,用万用表检测27MHz晶振两个脚电压,发现与正常值有偏差,经检查发现负载电容C217漏电,更换30PF普通瓷片电容,故障排除。

(2)声像不同步

一般来讲,采用普通晶振的系统时钟电路,容易产生声像不同步现象,因为它没有PCR时钟恢复功能。PCR是系统时钟的抽样值,如果在某一段时间内,节目编码的时钟和本地的27MHz系统时钟相差太多,而又没有实时地恢复,会导致回放的音频、视频在时间上相差过大,出现声音在前口不动或口动声音却在后的问题,这种现象对于采用74HCU04+27MHZ方案部分DM500灰壳机来讲,尤其严重。而采用晶振+VCXO芯片的系统时钟电路则很少会出现这个问题,如果有这个问题,则一般是晶振或负载电容的温度稳定性差所致,可更换优质的元件试一试。

例如有烧友反映,一台采用T73227+27MHz方案DM500接收机,用电视机固定一个台观看,看3个小时后出现音像不同步现象,越往后不同步越严重,当工作到8小时后就会出现马赛克现象,而每次刚换台后的一段时间却很正常。同步用电脑通过WEB网页收看,对比发现,当电视机有马赛克时,电脑上却没有马赛克现象。

烧友根据网上搜索了好多资料,分析都是说内存的问题,但更换内存后一点效果也没有,我们建议更换27MHZ晶振,问题得以解决。这就是27MHz晶振温度稳定性差所致,当刚换台时,接收机的锁相环(PLL)电路要重新锁定PCR及其它时钟,所以能图像正常;过一段时间后,PLL电路由于27MHz时钟频率偏移过大而失锁,就会有马赛克现象。用电脑收看没有马赛克是因为电脑接收的是数字码流,是通过电脑的软件解码实现的,和接收机的27MHZ晶振电路没有关系;而电视接收到的是模拟信号,模拟信号是经过DM500主芯片内的视频编码单元将数字视频转换而成的,PLL换锁会影响视频编码单元,一般更换性能好的27MHZ晶振即可解决问题。

有烧友询问:一些采用T73227+27MHZ方案DM500接收机,其系统时钟电路中并未采用C217、C218负载电容,而工作却很正常。自己照葫芦画瓢,也将自己有声像不同步故障接收机上的C217、C218去掉,其结果不但没有改善,反而不同步现象更加严重,不知是何原因?

要知道此晶振非彼晶振,对于未采用负载电容的接收机主要是所选用晶振(如HC-49S晶振,参数为27MHz、20PF/±25PPM)要求的负载电容和T73227芯片内置的负载电容容量相配,已能够谐振27MHZ到频率上,因此无需外置负载电容。而对一般的DM500接收机来讲,所用的晶振的负载电容并非能和T73227片内电容容量一致,如果去掉这两个负载电容,必会影响晶振的起振或导致振荡频率的偏移,出现上述在使用中的问题。

3、关于更换晶振的问题

如果经过检查确实是晶振质量问题,可以更换。不过在更换晶振时应该注意该晶振厂家推荐的负载电容值,这样振荡电路所产生的频率才会和晶振标称值相同。不准确的容值会影响到晶振的谐振频率和输出幅度,例如一个参数为4.0000MHZ、16PF/±25PPM的晶振,负载电容推荐值是16PF。如果选取负载电容为10PF时,振荡频率就可能会是4.0003MHZ;选取负载电容为20PF时,振荡频率就可能会是3.9997MHZ;可见负载电容对频率精度的重要性。

因此有条件的烧友在更换晶振时可配合30MHZ示波器作试验,在PCB板上用不同的电容或并联一个可调电容来微调频率,使得示波器上呈现出最佳和最大输出幅度的振荡波形。

4、VCXO芯片损坏的更换

对于采用PLL502-02芯片+13.5MHZ晶振或T73227+27MHZ晶振的接收机,如果PLL502-02或T73227芯片损坏但没有配件可更换者,可采用常见27MHZ的VCXO昌振代替。

常见的VCXO晶振是一个四端铁壳器件,内部主要由石英晶振荡器、变容二极管和振荡电路组成。其中1端VT为调谐电压控制端,5端OUT为频率输出端,8、4脚分别为+3.3V电源端VCC和接地端GND。

VCXO晶振的振荡频率由晶体决定,其标称频率为VCXO输出频率范围的中心值,通过外加调谐电压可在小范围内对频率进行调整;调谐电压范围一般为0.2到3伏,其频率调整范围及线性度主要取决于VCXO晶振内部所用的变容二极管及晶体参数。采用VCXO27MHZ晶振就等同与普通晶振+VCXO芯片方案,而且性能更加优秀。

具体更换过程如下:

1、首先找一个27MHz的VCXO晶振,可在旧的VCD、DVD影碟机上拆下一个;2、拆去原来的晶振和VCXO芯片,将VCXO晶振1脚接U23的3脚,VCXO晶振4脚接地,VCXO晶振5脚接U23的5脚,VCXO昌振8脚接U23的2脚即可。

<延伸阅读>

如何使用VCXO作为时钟发生器

VCXO压控晶体振荡器选用中的几个问题

  

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