1.3.1 МИКРОСХЕМА TDA9565 – ОДНОКРИСТАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ И МИКРОКОНТРОЛЛЕР УПРАВЛЕНИЯ
ИС TDA9565 выполнена по комбинированной технологии – т.н. BIMOS (биполярной + МДП технологии). Это позволило оптимально решить проблемы функциональной сложности микросхемы и ее энергопотребления. Она выполнена в пластмассовом 64-выводном корпусе DIP, в котором, для уменьшения размеров корпуса, использован малый шаг расположения выводов – 1,778 мм вместо обычного шага для DIP корпусов – 2,54 мм.
TDA9565 имеет два напряжения питания: +8В для питания видеопроцессора (выводы 14 и 39), которое может находиться в пределах от +7,2В до +8.4В, суммарное потребление по этим выводам составляет примерно 135мА; и +3.3В для питания цифровой части видеопроцессора и микроконтроллера (выводы 54 – питание задающего генератор, АЦП, цифровой части видеопроцессора; 56 – цифровое питание ядра микроконтроллера и 61 – питание портов микроконтроллера) с пределами от +3В до +3.6В и типовым потреблением около 60мА.
Микросхема не требует внешних подстроечных элементов для установки режимов ее работы. Все входные параметры, определяющие режимы ее работы, записываются микроконтроллером во внутренние регистры ИС, а внутренняя схема управления использует эти данные для включения того или иного режима. Аналогично, текущее состояние микросхемы TDA9565, т.е. ее выходные параметры, используемые микроконтроллером управления, также записываются в регистры и доступны для чтения микроконтроллером. Это такие параметры как наличие/отсутствие сигнала на входах, текущая расстройка относительно частоты канала (выход детектора АПЧГ), принимаемая система цветности и др. Обмен данными между видеопроцессорной частью ИС TDA9565 и частью микроконтроллера управления осуществляется внутри ИС по шине I2C.
Микросхема включает в себя следующие функциональные узлы:
усилитель ПЧ изображения с симметричным входом;
синхронный демодулятор видеосигналов с ФАПЧ;
детектор АРУ, как для позитивной, так и для негативной модуляции;
схему управления усилением селектора каналов;
частотный детектор схемы АПЧГ;
предварительный усилитель видеосигналов с электронной регулировкой яркости, контрастности и насыщенности изображения;
входы и коммутаторы внешних видео и аудиосигналов, в том числе S-VHS;
квазипараллельный канал звука с демодулятором ПЧ звука;
схему строчной синхронизации с двумя контурами регулирования частоты и фазы строчной развертки;
схему автоматической калибровки строчного и кадрового задающего генератора в отсутствии телевизионного сигнала;
схему кадровой синхронизации, с автоматическим переключением стандарта 50/60 Гц;
схемы управления строчной и кадровой разверткой;
декодер систем PAL/SECAM/NTSС с автоматическим переключением стандарта;
«цветовые» фильтры – полосовые и режекторные, с автоматической настройкой под нужную систему цветности;
линию задержки яркостного сигнала с подстройкой в зависимости от стандарта цветности;
две линии задержки видеосигналов цветности на строку;
схему выключения звука в отсутствии сигнала;
линейные входы для сигналов RGB с регулировкой яркости и контраста;
схема микроконтроллера;
наличие процессора геометрических искажений растра.
Структурная схема ИС TDA9565 представлена на рис 1.2.
Ниже в этом разделе будет представлено подробное описание основных входящих в состав ИС TDA9565 функциональных узлов и описана их работа.
Усилитель ПЧ изображения и видеодемодулятор
Усилитель ПЧ видео ИС TDA9565 имеет симметричный вход (выводы 23 и 24) и содержит три дифференциальных каскада с регулируемым усилением, связанных друг с другом по переменному току через внутренние конденсаторы. Глубина регулировки усиления составляет более 64 дБ, что обеспечивает неискаженное усиление сигналов, напряжением до 150 мВ эфф., подаваемых на его вход. Вход усилителя предназначен для непосредственного подключения выхода фильтра на ПАВ. Он имеет входное сопротивление около 2 кОм и входную емкость около 3 пФ, что хорошо согласуется с выходными параметрами большинства современных телевизионных фильтров на ПАВ. Входная чувствительность усилителя ПЧ составляет около 75 мкВ. Максимальное усиление ПЧ может быть уменьшено на 20 дБ посредством бита IFS, что бывает необходимо во время приема сигнала по видеовходу с целью снижения наводок от отключенного антенного входа.
Входной ПЧ сигнал демодулируется с помощью синхронного видеодетектора путем перемножения ПЧ сигнала и сигнала опорной частоты. Опорная частота формируется внутренним генератором ГУН, который синхронизируется несущей частотой ПЧ изображения с помощью схемы ФАПЧ. Генератор опорной частоты калибруется частотой кварцевого генератора, а схема управления обеспечивает фиксированное переключение генератора в зависимости от используемой промежуточной частоты изображения. Имеется возможность выбора одного из фиксированных значений ПЧ изображения – 33,4 МГц, 33,9 МГц, 38,0 МГц, 38,9 МГц, 45,75 Мгц и 58,75 МГц. При этом ФАПЧ имеет лишь одну внешнюю RC цепь – параллельное звено пропорционально-интегрирующего фильтра, подключенное к выводу 37 ИС TDA9565.
Полученный видеосигнал с выхода демодулятора проходит низкочастотный фильтр для устранения паразитных высокочастотных продуктов детектирования и затем усиливается внутренним предварительным усилителем до размаха около 2,5В (включая синхроимпульсы).
Схема АРУ и схема АПЧГ
Детектор АРУ ИС TDA9565 работает как пиковый детектор, выходное напряжение которого определяется амплитудой вершин синхроимпульсов в сигнале при приеме сигналов с негативной модуляцией или по пиковому уровню «белого» в сигнале с позитивной модуляцией. Поскольку телевизионные стандарты, использующие позитивную модуляцию, в настоящее время являются мало распространенными, мы не будем рассматривать работу ИС TDA9565 в этом режиме. Для повышения устойчивости работы схемы АРУ к импульсным помехам, она работает в ключевом режиме, т.е. детектор работает только в период передачи синхроимпульсов в принимаемом сигнале. К выходу пикового детектора внутри ИС подключен конденсатор, определяющий постоянную времени схемы АРУ, которая регулируется с помощью битов AGC1..0 по внутренней шине I2C.
С выхода детектора АРУ сигнал подается на вход регулировки усиления внутреннего усилителя ПЧ. Как было описано выше, диапазон регулировки его усиления составляет более 64 дБ. При этом усилитель ПЧ обеспечивает линейное усиление при напряжении ПЧ на его входе (выводы 23, 24) до 150 мВ эфф. Если напряжение на входе ПЧ достигает близкого к этому пределу значения, в
 
работу должна включиться внешняя цепь АРУ, которая снижает усиление селектора каналов, предотвращая, таким образом, возможность перегрузки входных каскадов внутреннего усилителя ПЧ микросхемы. Выход схемы внешней АРУ (вывод 27) выполнен на транзисторе n-p-n структуры по схеме с открытым коллектором. Максимально-допустимый ток по этому выводу = 5 мА, допусти-
мое напряжение на нем не должно более 8В. При достижении определенного напряжения сигнала на входе ПЧ ИС TDA9565, этот выход шунтирует цепь управления усилением селектора каналов, что снижает его усиление и предотвращает дальнейший рост напряжения на входе ПЧ. Порог напряжения ПЧ, при котором начинает работу внешняя цепь АРУ определяется числовым значением, которое записывается микроконтроллером управления телевизора в регистр ИС TDA9565. Числовое значение порога срабатывания внешней схемы АРУ записано в младших 6-ти битах (А0…А5) этого регистра, что обеспечивает 64 градации установки порога АРУ.
Схема АПЧГ ИС TDA9565 использует тот же опорный сигнал несущей изображения, что и видеодемодулятор и измеряет текущее отклонение частоты сигнала от точного значения настройки. Информация от частотного детектора схемы АПЧГ передается микроконтроллеру в интервалах кадровых гасящих импульсов, причем происходит это лишь в случае наличия сигнала LOCK, свидетельствующем о наличии синхронизации схемы ФАПЧ опорного сигнала. Ширина частотного «окна» АПЧГ – 125 кГц или 275 кГц (т.е. ±62,5кГц или ±137,5 кГц относительно точной настройки на несущую изображения) задается битом AFW. Выход частотного детектора АПЧГ через внутренний усилитель подключен к схеме, которая анализирует расстройку по следующему алгоритму: записывает в соответствующий регистр значение «1», если частота настройки попадает в частотное «окно», и «0», если частота настройки не попадает в «окно». Кроме того, та же схема записывает и знак расстройки: «0» – если настройка ушла ниже «окна» и «1» – если настройка ушла выше «окна». Микроконтроллер управления телевизора через определенные интервалы времени читает содержимое регистра и выполняет следующие действия. Если настройка находится в частотном окне – никаких изменений не происходит, если настройка вышла за пределы этого «окна», то он либо увеличивает, либо уменьшает напряжение настройки селектора каналов до тех пор, пока частота настройки вновь не попадет в «окно». Таким образом, система управления автоматически следит за настройкой на станцию и поддерживает ее с необходимой точностью, реализуя функцию АПЧГ. Имеется также возможность программного отключения функции АПЧГ. Схема детектора АПЧГ внешних элементов не имеет.
Схема квазипараллельного канала звука
В ИС TDA9565 обработка сигналов первой ПЧ звука осуществляется в отдельном канале. Такое решение позволяет с одной стороны увеличить общую чувствительность по звуку за счет уменьшения потерь в звуковом фильтре на ПАВ, с другой стороны уменьшить перекрестные помехи между каналом видео и аудио.
Сигна ПЧ звука после фильтра на ПАВ поступает черзе выводы 28 и 29 на вход внутреннего усилителя, охваченного цепью АРУ. Чувствительность по звуку у ИС TDA9565 составляет 30мкВ эфф. Диапазон регулировки усиления составляет 64 дБ. При этом усилитель ПЧ обеспечивает линейное усиление при напряжении ПЧ на его входе до 70 мВ эфф. Подавление перекрестных искажений между каналом видео и звука состаляет 50дБ. Конденсатор фильтра АРУ подключается к выводу 31.
Затем, усиленный сигнал подается на смеситель, для выделения второй ПЧ звука. В смесителе поднесущая звука получается путем перемножения усиленного сигнала ПЧ и несущей частоты изображения от внутреннего опорного генератора. Полученный выходной сигнал для ослабления остаточных сигналов изображения и улучшения избирательности проходит через полосовой фильтр, который имеет широкую полосу пропускания с целью упрощения решения задачи «многостандартности» канала звукового сопровождения. После этого, пройдя еше один усилитель 10дБ, сигнал второй ПЧ звука снимается с вывода 35. Амплитуда выходного сигнала составляет около 100мВ эфф.
Схемы строчной и кадровой синхронизации
ИС TDA9565 содержит следующие функциональные узлы, обеспечивающие управление синхронизацией разверток.
селектор строчных синхроимпульсов;
задающий генератор строчной развертки и схема калибровки его по частоте;
две петли автоподстройки частоты и фазы строчной развертки;
выходной усилитель управления строчной разверткой;
детектор совпадений;
детектор шума;
селектор кадровых синхроимпульсов;
счетчик-делитель кадровой частоты;
схема коррекции геометрических искажений растра.
Входной полный видеосигнал, в котором должны быть подавлены поднесущие частоты звука, подается в ИС TDA9565 либо через вывод 40, либо через вывод 42. Выбор сигнала осуществляется внутренним программно-управляемым коммутатором. Цепь синхронизации имеет амплитудный селектор, выделяющий из полного видеосигнала смесь синхроимпульсов. Этот селектор имеет автоматически настраиваемый по входному сигналу пороговый уровень, который находится примерно посередине между уровнем вершин синхроимпульсов в сигнале и его уровнем «черного». Этим обеспечивается максимальная надежность выделения синхросигналов из полного телевизионного сигнала даже при очень большом уровне шумов и помех. Схема строчной синхронизации ИС TDA9565 построена по традиционной двухпетлевой структуре, аналогичной используемым в большинстве ИС строчной синхронизации. В такой структуре используется управляемый по частоте задающий генератор и два фазовых детектора. Выделенные из полного синхросигнала строчные синхроимпульсы поступают на первый фазовый детектор, выходной сигнал которого подстраивает частоту задающего генератора до ее совпадения с частотой следования строчных синхроимпульсов. Основные параметры этой первой петли, такие как ширина полосы удержания и полосы захвата по частоте, определяются внешними цепями, подключенными к выходу первого фазового детектора – выводу 17 ИС TDA9565. Это элементы пропорционально-интегрирующего фильтра, обеспечивающие требуемую полосу и АЧХ первой петли ФАПЧ. На постоянную времени первой петли ФАПЧ оказывает влияние детектор шума, которые определяет наличие шума во входном сигнале. Напряжение шумов измеряется во время передачи строчных синхроимпульсов и порог переключения составляет около 100 мВ эфф., что соответствует отношению сигнал/шум около 20 дБ при размахе видеосигнала с демодулятора 1 В. Кроме того, в схеме синхронизации используется т.н. детектор совпадений, который использован для обнаружения факта захвата первой петлей ФАПЧ частоты синхронизации принимаемого ТВ сигнала. Выходной сигнал этого детектора используется для идентификации наличия сигнала ТВ передатчика, а также для коммутации полосы пропускания первой петли ФАПЧ. Дело в том, что требования к полосе являются противоречивыми: для обеспечения быстрого захвата сигнала синхронизации требуется широкая полоса пропускания в петле ФАПЧ, а для уменьшения влияния шумов в принимаемом сигнале на качество синхронизации, полоса должна быть как можно более узкая. Поэтому специальная схема коммутации, управляемая детектором совпадений, обеспечивает уменьшение полосы пропускания в петле ФАПЧ в режиме, когда она захватила частоту синхросигнала принимаемой ТВ станции.
В качестве задающего генератора в схеме строчной развертки ИС TDA9351 используется ГУН, который не имеет внешних элементов подстройки частоты. Генератор работает на частоте кратной строчной и равна 1600*15625=25МГц, а сама строчная частота для управления выходным каскадом строчной развертки обеспечивается внутренней цепью деления. В режиме, когда на видеовходе ИС TDA9565 сигнал отсутствует, частота задающего генератора строчной развертки не должна значительно отклониться от номинальной, т.к. это может вызвать большие перенапряжения в выходном каскаде строчной развертки. Для этого, в отсутствии сигнала, частота строчного задающего генератора калибруется по частоте кварцевого резонатора. Поэтому в режиме отсутствия синхронизации отклонение частоты строчной развертки от номинала не превышает +2%.
Вторая петля схемы ФАПЧ обеспечивает компенсацию временных задержек в предвыходном и выходном каскадах строчной развертки. На входы фазового детектора второй петли подаются сигналы задающего генератора и сигнал обратной связи с выходного каскада строчной развертки, который подается через вывод 34 ИС TDA9565. Фильтр нижних частот второй петли имеет внешний конденсатор, подключаемый к выводу 16 ИС. На фазовый детектор второй петли подается ток смещения от внутреннего АЦП, определяя горизонтальный сдвиг «картинки» на экране, т.е. регулировку фазы. Данные в соответствующий регистр записываются микроконтроллером управления в т.н. «сервисном» режиме работы при регулировке телевизора и сохраняются в энергонезависимой памяти. Вторая петля схемы ФАПЧ обеспечивает компенсацию времени задержки в канале строчного отклонения от 0 до 19 мкс, что позволяет использовать в выходном каскаде строчной развертки телевизора, как мощные быстродействующие МДП-транзисторы, так и биполярные, причем с относительно невысоким быстродействием. По выводу 16 ИС реализована также функция защиты. Когда напряжение на этом выводе превышает порог в 6В, происходит выключение строчной развертки.
Выход сигнала управления строчной разверткой (вывод 33) выполнен на n-p-n транзисторе по схеме с открытым коллектором, т.е. он требует подачи внешнего питания. Максимально-допустимый втекающий ток для этого вывода составляет 10 мА, напряжение на нем не должно превышать напряжение питания +8В. Напряжение «нуля» при втекающем в вывод 33 токе 10 мА не превышает 0,3В, что позволяет подключить этот выход непосредственно к базе предвыходного кремниевого n-p-n транзистора, для которого напряжение отпирания превышает 0,6В. В установившемся режиме работы, коэффициент заполнения импульсов управления строчной развертки с вывода 33 составляет примерно 45% (высокий уровень импульсов) и 55% (низкий уровень), что соответствует примерно 28.8мкс и 35.2%. Однако, соотношение этих времен меняется на момент включения и выключения телевизора с помощью реализации т.н. схемы мягкого запуска/выключения с целью предотвращения чрезмерного броска тока через выходной строчный транзистор в эти моменты времени. Для этого в момент включения происходит плавное (в течение 100мс) увеличение длительности низкого уровня импульса управления на выводе 33 с 0 до 35.2мк. Т.о. происходит и постепенное уменьшение частоты строчной развертки с уменьшением импульсов тока, что защищает не только строчный транзистор, но строчный трансформатор ТДКС от пробоя. Аналогично, только в обратной последовательности (уменьшения длительности импульса с 35.2мкс до 0мкс) происходит процесс мягкого выключения телевизора при переходе в дежурный режим.
В состав ИС TDA9565 входит также задающая часть канала кадровой развертки. Задающий генератор выполнен по т.н. «счетной» структуре, где период кадровой развертки в отсутствии сигнала задается путем подсчета строк, прошедших от начала кадра. Генератор имеет внешнюю R-С задающую цепь, определяющую скорость нарастания пилообразного напряжения задающего генератора за время кадра. Эта цепь включает в себя подключенный к выводу 26 зарядный конденсатор и токозадающий резистор, подключенный к выводу 25. Сигнал пилообразного напряжения с задающего генератора подается на усилитель-корректор кадровой развертки. Этот усилитель имеет несколько входов управления – коэффициентом усиления, линейностью амплитудной характеристики, постоянной составляющей выходного сигнала, он имеет также вход блокировки, выключающий выходной сигнал. Управляющие воздействия на усилитель-корректор осуществляются через систему ЦАП и регистры хранения управляющей информации, которая заносится в них микроконтроллером управления телевизора. Этим, в «сервисном» режиме работы телевизора, обеспечивается установка размера изображения по кадру, линейности по вертикали, сдвига изображения (центровки) по вертикали, а также полного выключения кадровой развертки для более точной установки точки запирания лучей кинескопа. Усилитель-корректор имеет два выхода – опорный (вывод 21) и сигнальный – вывод 22. На первом из них присутствует постоянное напряжение около +3В, на втором – пилообразное, размахом около 2В с постоянной составляющей около +3В. Выводы 22 и 21 ИС TDA9565 подключены в телевизоре к выводам 1 и 2 D600 – выходного усилителя кадровой развертки. При работе задающей части кадровой развертки конденсатор, подключенный к выводу 26, заряжается стабильным током величиной около 16 мкА, который определяется сопротивлением резистора, подключенного к выводу 25. Зарядный ток формируется как 1/6 опорного тока вывода 25 от внутреннего источника 3,9В через резистор, подключенный к этому выводу (39 кОм). Параметры этих элементов выбраны так, чтобы за время прямого хода (около 20 мс) напряжение на конденсаторе увеличивалось примерно на 3В. В задающей части кадровой развертки имеется схема коммутации, которая управляется программно и обеспечивает одинаковый размах исходного пилообразного напряжения для разных стандартов – 50 или 60 Гц. Этот коммутатор управляется схемой идентификации, определяющей стандарт принимаемого сигнала. По окончанию процесса заряда происходит быстрый разряд конденсатора через внутренний ключ в ИС TDA9565 и процесс повторяется. Разрядный ключ включается в момент поступления кадрового импульса от делителя частоты синхроимпульсов строк, а без сигнала – на этот счетчик подается сигнал задающего генератора строчной развертки ИС TDА9565. Этот счетчик-делитель подсчитывает число строк, прошедших от предыдущего разрядного импульса. В ИС TDA9565 имеется схема стабилизации размера изображения от тока луча кинескопа. Это чисто аналоговая схема, ее входом является вывод 36, куда подается сигнал, пропорциональный току лучей кинескопа. При увеличении тока луча, когда понижается анодное напряжение на кинескопе, размер изображения стремится увеличиться, но сигнал с вывода 36 снижает усиление усилителя-корректора, компенсируя изменение размера. Имеется также схема защиты, вход которой также подключен к выводу 36. Эта схема выключает работу строчной развертки, если напряжение на этом выводе превышает 3.9В.
В описываемых моделях телевизоров используются кинескопы со 110° отклонением луча для которые требуется коррекция геометрических искажений растра (в иностранной литературе EW-коррекция). Вследствие больших размеров экрана и значительного тока отклонения строчных катушек, если не использовать схему коррекции, изображение на таких кинескопах имеет форму «подушки» с растянутыми строками вверху и внизу растра относительно центра. А исправить такую ситуацию с помощью конструкции отклоняющей системы, как это сделано в кинескопах с меньшими диагоналями, не удается.
С этой целью, для компенсации геометрических искажений, производится модуляция тока строчных катушек отклонения сигналом кадровой частоты параболической формы. Данная схема уменьшает амплитуду строчного тока отклонения в верхней и нижней части растра.
Схема коррекции состоит из двух частей. Первая – это процессор, формирующий управляющий сигнал коррекции геометрических искажений растра. Вторая – схема модулятора, входящая в состав схемы строчной развертки. Первая часть конструктивно входит в состав видеопроцессора TDA9565. Упрощенно структура коррекции геометрии приведена ниже на рисунке 1.3.
Рис.1.3 Структура схемы коррекции растра.
Внутри видеопроцессора, пилообразный сигнал с кадрового генератора поступает на процессор геометрических искажений. На выходе этого процессора формируется сигнал параболической формы, который через выходной буфер подается на вывод 20 ИС TDA9565. Выходной буфер представляет собой инвертирующий транзистор, потребляющий ток от схемы управления модулятором коррекции геометрии. Чтобы предотвратить искажения, напряжение на выводе 20 не должно быть ниже 1 В. Опорное напряжение Vref определяется схемой модулятора и равно примерно 2.5 В. Резистор Rew устанавливает коэффициент усиления предварительного каскада модулятора геометрии. Для минимальной коррекции ток Iew=0, и напряжение Uew также минимально. При максимальной коррекции Uew возрастает, уменьшая тем самым напряжение Uстр, приложенное к строчным катушкам, а, следовательно, и размер строки. При этом питание строчной развертки Eстр остается неизменным.
В процессоре геометрических искажений для строчной развертки возможна следующая регулировка геометрии (обозначение в “сервисном” режиме):
- размер по строке (EW);
- парабола (коррекция подушкообразных искажений) (PW);
- парабола верхних и парабола нижних углов растра (CPu, CPd);
- трапеция (TC);
- параллелограмм (PLG);
- изгиб вертикальных линий (BOW).
Канал обработки сигнала яркости
С выхода коммутатора видеосигнала ИС TDA9565, полный видеосигнал, в котором должны быть подавлены поднесущие частоты звука, попадает на вход «яркостного» канала. В коммутаторе выбирается один из двух входов видеосигнала – внутренний видеосигнал с антенны (вывод 40) или внешний видеосигнал с НЧ видеовхода – подаваемый на вывод 42. Причем вывод 42 имеет двойное назначение – кроме возможности подачи на него полного видеосигнала, он же является входом яркостного сигнала при воспроизведении сигнала с устройств S-VHS, при этом вывод 43 является входом сигналов цветности для этой системы. После коммутатора «яркостной» сигнал подается на управляемую линию задержки. Длительность времени задержки может быть установлена в диапазоне от 0 до 320 нс. Линия задержки яркостного сигнала обеспечивает совпадение во времени сигналов яркости и цветности при их сложении в матрице RGB. Из полного видеосигнала режекторным фильтром вырезаются поднесущие частоты сигналов цветности. Режекторный фильтр в ИС TDA9565 не имеет внешних компонентов и не требует никакой внешней настройки. Частота режекции определяется автоматически, в зависимости от принимаемой системы телевидения. Для калибровки частоты настройки режекторных фильтров используется опорный сигнал генератора декодера цветности. Специальная схема управляет настройкой режекторного фильтра. Режекторный фильтр ИС TDA9565 выполнен на основе гираторных схем, которые реализуют функцию индуктивных элементов, а также интегральных конденсаторов, выполненных в виде МДП-структур. Режекторный фильтр может быть вообще отключен программно, например, при выборе режима обработки сигналов S-VHS, где сигналы цветности и яркости полностью разделены. Этим обеспечивается максимальная полоса сигналов яркости, что повышает качество изображения. Однако, напомним, этот режим обеспечивается только при подаче сигнала от внешнего источника: яркостного, вместе с сигналами синхронизации – по выводу 42, и сигнала цветности – по выводу 43. После режекторного фильтра яркостной сигнал проходит через усилитель-корректор, АЧХ которого можно изменять, определяя частоту коррекции 2.7МГц, 3.1МГц или 3.5МГц. Это позволяет оптимальным образом установить характеристики канала яркости в зависимости от условий приема. При приеме сильных сигналов можно поднять АЧХ усилителя в области частот 2…4 МГц и увеличить скорость нарастания фронтов в видеосигнале яркости, что визуально улучшает прорисовку мелких деталей изображения. При плохих условиях приема, полосу усилителя-корректора можно уменьшить, что обеспечит меньшую заметность шумов («снега») на изображении.
После прохождения яркостного сигнала через усилитель-корректор он подается в матрицу RGB, где суммируется с цветоразностными сигналами для получения сигналов основных цветов изображения.
Канал обработки сигналов цветности
Сигналы цветности могут быть выделены из полного видеосигнала, либо сигнал цветности подается в режиме S-VHS через вывод 43. В первом случае, сигналы цветности выделяются из полного сигнала, присутствующего на выходе коммутатора видеосигнала с помощью интегрального полосового фильтра. Этот фильтр, как и режекторный, в канале яркости, выполнен на основе гираторных схем и автоматически настраивается, в зависимости от системы кодирования цветовой информации, специальной схемой управления. Выделенный сигнал цветности поступает на схему декодирования. Эта схема содержит демодуляторы цветоразностных сигналов систем PAL и NTSC, демодулятор SECAM. Демодулятор систем PAL и NTSC содержит внутренний цифровой управляемый генератор, который стабилизируется частотой кварцевого резонатора микроконтроллера. Демодулятор систем PAL/NTSC внешних цепей не имеет, а демодулятор SECAM имеет внешний конденсатор, подключенный к выводу 13, на котором «запоминается» напряжение настройки генератора схемы ФАПЧ. Декодер может функционировать в автоматическом режиме, при котором он автоматически распознает систему кодирования цветовой информации в принимаемом сигнале и адаптирует свои параметры под принимаемый сигнал. Кроме того, программно может быть принудительно включена та или иная система декодирования цветовой информации. Для калибровки частоты настройки генератора декодера SECAM используется поделенная частота кварцевого резонатора микроконтроллера. Процесс калибровки включается на обратном ходу кадровой развертки, а напряжение, с помощью которого настраиваются перечисленные устройства, запоминается на время кадра на конденсаторе, подключенном к выводу 13, после чего калибровка повторяется (каждый кадр).
В состав декодирующей части цветности ИС TDA9565 входят также две линии задержки демодулированных цветоразностных сигналов на строку (64 мкс). Эти линии задержки используются при декодировании систем PAL и SECAM. Для PAL используется алгебраическое сложение прямого и задержанного сигнала для компенсации фазовых искажений сигналов цветности, для SECAM – задержанные сигналы «вставляются» в «пустые» строки, имеющиеся на выходах демодулятора SECAM. Каждая линия задержки представляет собой цепочку из нескольких сотен интегральных конденсаторов, выполненных на МДП-структурах. Специальная схема коммутации конденсаторов в цепочке передает заряд от предыдущих конденсаторов к последующим. Первый конденсатор в цепочке заряжается до мгновенного значения напряжения на входе линии задержки, а с последнего конденсатора цепочки снимается выходной задержанный сигнал. Для обеспечения высокой точности времени задержки частота сигнала коммутации конденсаторов в цепочке должна быть очень стабильной. Генератор коммутирующих импульсов построен по структуре ФАПЧ и содержит управляемый напряжением генератор частотой 3 МГц, который синхронизируется по частоте строчной развертки. При этом в петле ФАПЧ сравниваются частота строчной развертки и деленная на 192 частота импульсов коммутации. Достаточно высокая тактовая частота стробирования и тактирования сигналов цветности в линиях задержки – 3 МГц обеспечивает широкую полосу пропускания сигналов цветности – более 1 МГц, что обеспечивает высокое качество цветного изображения. Линии задержки имеют очень высокую точность коэффициента передачи цветоразностных сигналов в смежных строках и малое значение напряжения шума, вызванного проникновением на ее выходы импульсов, которыми коммутируются элементы (конденсаторы) линии задержки. Различие размахов цветоразностных выходных сигналов в смежных строках не превышает 0,1 дБ, а напряжение шума – не превышает 1,2 мВ. Кроме того, поскольку линии задержки в ИС TDA9565 работают с видеосигналами, а не сигналами поднесущих цветности, как это было ранее в тракте обработки с ультразвуковыми линиями задержки, то полностью исключается возникновение перекрестных искажений в сигналах цветности. Это, как и приведенные выше технические данные, свидетельствуют о исключительно высоких технических характеристиках канала обработки сигналов цвета, которые достигнуты в ИС TDA9565.
Видеопроцессор RGB
В результате работы устройств ИС TDA9565, описанных выше, имеются яркостной (Y) и цветоразностные (R-Y и B-Y) сигналы, которые необходимо преобразовать в RGB сигналы управления кинескопом. Цветоразностные сигналы с декодера цветности R-Y (красный) и B-Y (синий) поступают на входы управляемых усилителей. Сюда же подаются преобразованные в цветоразностные сигналы R-Y и B-Y сигналы RGB от внешнего источника (выводы 46…48 ИС TDA9565). Когда вводятся внешние сигналы RGB на вывод 45 должно подаваться напряжение более 0.9В (максимум 3В), если же напряжение на выводе 45 менее 0.4В, то выбираются внутренние цветоразностные сигналы. Коэффициент усиления (регулировка насыщенности) задается содержанием соотвтствующего регистра ИС TDA9565. Информация в регистре изменяется микроконтроллером управления в процессе регулировки насыщенности изображения. Диапазон регулировки усиления обеспечивает регулировку размахов цветоразностных сигналов практически от нуля до примерно удвоенного значения обеспечивающего правильное матрицирование с сигналом яркости. С матрицы G Y сигналы R-Y, B-Y и G-Y поступают на матрицу RGB, куда подается и сигнал яркости Y. В результате алгебраического сложения сигнала яркости с каждым из цветоразностных сигналов, получаются сигналы основных цветов R (красный), G (зеленый), B (синий). Эти три сигнала поступают на RGB коммутатор, в который обеспечивается введение внутренних RGB сигналов OSD и телетекста от микроконтроллера. Добавление этих сигналов происходит, когда сигнал вставки FBLNK от микроконтроллера становится равным “1”. Регулировка контрастности изображения производится до введения сигналов OSD. С RGB коммутатора сигналы подаются на выходные усилители, где происходит регулировка постоянной составляющей (регулировка яркости) и управляемая привязка уровня «черного», введение сигналов гашения обратного хода по строкам и кадрам, а также введение «измерительных» строк для обеспечения работы схемы автоматической регулировки баланса «белого».
ИС TDA9565 измеряет токи лучей в точках запирания кинескопа (схема АББ). Для этого в интервале кадрового обратного хода на выходы RGB (поочередно) выдаются сигналы т.н. «измерительных» строк и анализируется ток каждого луча кинескопа на пороге его запирания. Информация о токе луча вводится через вывод 50 ИС TDA9565. Измеренное значение катодного тока сравнивается в ИС TDA9565 с внутренними опорными токами 20 мкА и 8 мкА. Измерения по каждому порогу (20 или 8 мкА) производится через кадр. Это необходимо для повышения точности установки баланса «белого». Кроме того, в ИС TDA9565 имеется схема, позволяющая «отделить» истинное значение тока электронного луча кинескопа от тока утечки в панели кинескопа и на плате, где собрана схема видеоусилителя.
В ИС TDA9565 имеется также схема анализа прогрева кинескопа, подключенная своим входом к выводу 50. Она блокирует включение сигналов изображения на выходы RGB (51...53) до тех пор, пока ток эмиссии кинескопа не достигнет значения, обеспечивающего надежную работу схемы АББ. После обработки результатов измерений в ИС TDA9565 выдается сигнал коррекции постоянной составляющей в каждом канале RGB. Управляющие напряжения, определяющие режим каждого катода кинескопа в точках запирания, запоминаются на время активной части кадра во внутренних конденсаторах в ИС TDA9565.
Таким образом, эта схема обеспечивает поддержание заданного режима кинескопа (баланс «белого») при изменениях параметров некоторых компонентов телевизора, в т.ч. кинескопа, происходящих в процессе эксплуатации телевизора.
Сигналы RGB далее подаются на выходной видеоусилитель через выводы 51...53. Эти выходы оформлены в ИС TDA9565 как эмиттерные повторители на n-p-n транзисторах с генераторами тока 1,8 мА в цепи эмиттеров. Это накладывает ограничения на схему цепей, подключаемых к этим выводам. Они не должны создавать токов, втекающих в эти выводы больших, чем 1,5 мА для обеспечения линейного режима работы выходных эмиттерных повторителей. Для уменьшения емкостной нагрузки последовательно с выходами 51…53 включены резисторы сопротивлением 100 Ом. Максимальный вытекающий ток по выводам 51…53 из ИС TDA9565 – до 5 мА.
Схема микроконтроллера
Микроконтроллер содержит стандартное 8-битовое ядро 80c51 расширенное следующими функциями:
– переключающиеся банки памяти ROM;
– таймер сброса “watch-dog timer”;
– генератор, калибруемый кварцевым резонатором;
– внутренняя шина расширения с адресацией через SFR (специальные функциональные регистры);
– порты входа/выхода, широтно-импульсные модуляторы ШИМ, аналогово-цифровые преобразователи АЦП;
– генератор символов для телетекста и OSD.
Микроконтроллер содержит как программную память ПЗУ, так и память данных ОЗУ. Производителями процессоров предусмотрено использование программной памяти ПЗУ в размере от 64kB до 128kB. Прямое обращение возможно к 64kB памяти, а обращение к памяти большего размера осуществляется с помощью переключения банков памяти. В данном случае 128kB разбивается на 4 банка памяти по 32kB. Один из банков является общим, обращение к остальным осуществляется с помощью переключения специального функционального регистра SFR ROMBK.
Программную память ПЗУ можно только считать, запись в нее невозможна. Именно в программной памяти и содержится вся программа управления работой телевизора. Процессоры, используемые в названных моделях телевизоров, содержат 64kB памяти ПЗУ.
Память данных ОЗУ включает в себя внутреннюю память данных, память для SFR, дисплейную память (для телетекста и OSD). Управляется память ОЗУ с помощью внутреннего интерфейса памяти. Размер памяти данных может составлять 12kB (для процессоров с 10-страничным телетекстом). Используемые процессора содержат 1kB внутренней памяти данных ОЗУ микроконтроллера и 2kB дисплейной памяти. SFR регистры используются для управления портами, таймерами/счетчиками, дисплейной частью микроконтроллера, периферией, через SFR регистры микроконтроллер может обращаться к памяти ОЗУ (микроконтроллер также обращается к памяти напрямую, используя 16-битные коды команд MOVX).
В данной микросхеме схема сброса находится внутри и не нуждается во внешних дополнительных элементах. При включении телевизора кристалл видеопроцессора сгенерирует системный сброс, который в свою очередь проинициализирует сброс кристалла микроконтроллера. Однако вывод схемы сброса существует (вывод 60, который в нашей схеме подключен на “корпус”) и может быть использован в режиме тестирования и при программировании, если же вывод не подключать на “корпус”, то сброс осуществляется подачей на него высокого уровня напряжения.
В микроконтроллере существует три режима экономии энергии в выключенном состоянии:
– дежурный режим “stand-by”;
– холостой режим “idle”;
– режим пониженного потребления “power-down”.
В дежурном режиме продолжают работать такие блоки как: ядро микроконтроллера, кварцевый генератор, интерфейс памяти, шина I2C, таймеры/счетчики, ШИМ, программный АЦП, в то же время не подается внутренняя тактовая частота на дисплейный и опознавания блоки.
В холостом режиме блок опознавания, дисплейный блок и ядро микроконтроллера отключены. Кварцевый генератор продолжает работать, но не подается тактовая частота на вышеназванные блоки. Работают также интерфейс памяти, шина I2C, таймеры/счетчики, ШИМ и программный АЦП.
Наконец в режиме пониженного потребления кварцевый генератор останавливается. Данные в SFR регистрах и памяти данных поддерживаются, однако содержание дисплейной памяти стирается.
Вход в два последних режима возможен путем установки соответствующего бита (IDL или PD) в регистре PCON. Дежурный режим включается с помощью контрольного бита в ROMBANK SFR регистре. В дежурном режиме микроконтроллер способен принимать команды по инфракрасному каналу от пульта дистанционного управления, а также по шине I2C. Выход из первых двух режимов возможен либо программным способом, либо путем инициализации системного сброса.
Микроконтроллер содержит 13 портов ввода/вывода (выводы 1-8, 9, 10, 62-64). Для управления различными внешними устройствами и схемами каждому порту может быть присвоена разная функция, которая инициализируется путем установки соответствующего регистра SFR и записью значения 1 в бит соответствующего порта. Конфигурация выхода порта может иметь одну из четырех схем:
– схема с открытым стоком;
– схема с высоким импедансом;
– двухтактная схема;
– квази-двунаправленная схема (комбинация схемы с открытым стоком и двухтактной схемы).
Порты, построенные по схеме с открытым стоком, нуждаются во внешнем резисторе подтяжки, подключенном к питанию (максимум 5.5В). В описываемых моделях телевизоров по этой схем выполнены выводы 2, 3, 5-8, 62, и 63. Схема с высоким импедансом служит в качестве входа сигнала и не нуждается во внешних элементах, по этой схеме выполнены два вывода 10, 11 и 64 (вход сигнала статуса AV и вход команд RC5 от фотоприемника соответственно). В отличие от высокоимпедансной схемы двухтактная схема служит в качестве выхода, в этом режиме сигнал либо равен нулю, либо напряжению питания (+3.3В), а выполнены по этой схеме два вывода: 1 и 4 (сигнал включения/выключения дежурного режима и сигнал звука в режиме игры соответственно).
Для квази-двунаправленной схемы требуется подключение внешнего нагрузочного резистора к напряжению питания (+3.3В). Для данной схемы характерно переключение между схемой с открытым стоком и двухтактной схемой (двухтактная схема включается на один тактовый период 166нс в момент перехода сигнала на выводе с 0 в 1, после этого порт возвращается к схеме с открытым стоком) для увеличения крутизны импульсных переходов. Этот режим в основном используется на стадии программирования процессора.
В состав микроконтроллера входит два 16-битных таймера/счетчика, таймер сброса “watch-dog timer”, четыре 6-битных ШИМ и один 14-битный ШИМ, четыре 8-битных АЦП. Имеется также 8 источников прерываний, два из которых являются внешними, при этом внешние прерывания имеют наивысший приоритет, что означает первоочередное выполнение запроса на прерывание и невозможность его отменить другим прерыванием. Внешние прерывания подключены к портам выводов 62 и 64.
Таймеры/счетчики подключены к выводам 1 и 63. Оба порта могут работать и как таймер и как счетчик событий. В режиме таймера приращение регистра происходит за каждый машинный цикл (1мкс). В режиме счетчика приращение происходит с каждым отрицательным переходом с 1 в 0 на соответствующих выводах портов. Выборка в этом режиме происходит один раз за машинный цикл, а для опознавания перехода требуется в два раза больше времени, т.е. 2мкс (частота счета =0.5МГц). Работа таймера/счетчика управляется SFR регистрами.
Целью таймера сброса “watch-dog timer” является осуществление сброса микроконтроллера в случае обнаружение ошибки, если только не произойдет программная перезагрузка этого таймера, за определенный интервал времени. “Watch-dog” таймер состоит из 8-битного счетчика и предварительного 16-битного делителя, и приращение счетчика осуществляется примерно каждые 65мс. Интервал времени срабатывания “watch-dog” таймера определяется значением записанным в регистре WDT и может находится в пределах от 65мс до 16.77с.
Один 14-битный ШИМ, подключенный к порту вывода 4 может быть использован для подключения синтезатора напряжения настройки селектора каналов. Период повторения импульсов составляет 42.66мкс. Период повторения четырех ШИМов равен 21.33мкс. Это 6-битные ШИМ и они подключены к портам выводов 5-8. Данные 6-битные ШИМ могут использоваться для аналоговой регулировки, например, громкости, баланса звука и т.д. К этим же выводам подключены и четыре 8-битных АЦП, которые построены по схеме последовательного приближения. Поданное на входы аналоговое напряжение после АЦП поступает на вход компаратора, где сравнивается с опорным напряжением, получаемым от внутреннего 8-битного ЦАП, значение которого определяется состоянием регистра последовательного приближения SAD. Процесс сравнения продолжается до тех пор пока значение внутреннего ЦАП не станет равным входному сигналу. Данное построение АЦП дает большую температурную стабильность, чем прямое АЦП преобразование и имеет хорошее быстродействие. Напряжение разрешения по этим выводам теоретически получается 3.3В/256=13мВ. Однако реально оно ниже из-за наличия защитного транзистора, падение напряжение на котором снижает верхний порог напряжения на 0.75В. Примером использования АЦП в приведенной схеме телевизора является вывод 7 – вход напряжения коммутации клавиатуры. Примером использования ШИМ является вывод 4 – выход звукового сопровождения игры. Максимальный входной ток портов равен 4мА (за исключением выводов 10 и 11 для которых это значение составляет 8мА).
К выводам внутреннего генератора для калибровки его частоты (выводы 58 и 59) подключается кварцевый резонатор, работающий на частоте 12МГц. Вывод 57 является “корпусом” только кварцевого генератора и не может быть подключен на общую шину. К этому выводу подключены два конденсатора, которые служат для повышения стабильности работы генератора. Для нормальной работы декодера цвета, стабильной синхронизации, уверенного приема сигналов телетекста и OSD требуется обеспечить точность настройки резонатора вместе с температурным дрейфом не хуже чем +5*10-6.
Модуль дисплея считывает информацию из дисплейной части памяти ОЗУ и на основании сравнения полученного кода с имеющимся набором таблицы символов формирует RGB сигналы текстовой информации для их вставки в видеопроцессор. Данный модуль синхронизируется с помощью сигналов строчной (берется импульс обратного хода строчной развертки, что снижает фазовое дрожание символов) и кадровой (берется из внутреннего видеосигнала) синхронизации. Модуль дисплея может работать в двух режимах: телетекста и Closed Caption (последний используется в США). В режиме телетекста на экран выводится информация в 25 рядах с 40 символами. В специальные регистры записывается информация о яркости и контрастности символов. Также модуль дисплея формирует и цвет символов и фона, выводимых на экран. Символы OSD на экране изменяют свою яркость вместе с изменением яркости картинки, но не меняют контрастность и цвет.
Для связи с внешними устройствами (модуль PIP, декодер стереозвука, внешняя память), а также внутренняя связь с регистрами видеопроцессора осуществляется с помощью двухпроводной шины I2C. Микроконтроллер связан с интерфейсом этой шины посредством четырех SFR регистров: управления, статуса, данных и адреса. I2C – это 8-битная шина, которая может работать в четырех режимах: главного/подчиненного приема и главной/подчиненной передачи. Данная шина содержит две линии: линию данных SDA и линию синхронизации SCL. Принцип работы шины основан на передаче/приеме данных от конкретного адреса, который указывается в начале кодовой последовательности. Микроконтроллер инициирует начало и окончание приема/передачи данных. Порты, используемые как линии шины могут быть подключены через нагрузочные резисторы как к цепи питания +3.3В так и +5В.
|
