数字高频调谐器原理与结构分析.docx

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数字高频调谐器原理与结构分析

《电视机原理》课题设计报告

题目：

数字高频调谐器原理与结构分析

学院：

信息工程学院

专业：

电子信息工程

班级：

13普本电信二班

姓名：

陈方

学号：

1301020025

指导老师：

蔡艳艳

数字高频调谐器原理与结构分析

摘要

高频调谐器又称高频头，是液晶彩电信号通道最前端的一部分电路。

它的主要作用是调谐所接收的电视信号，即对天线接收到的电视信号进行选择、放大和变频。

数字电视调谐器是电视接收机顶盒中的重要部件，是数字电视接收机的前端部件，数字信号高频调谐器简称数字高频头，在数字电视芯片中占有十分重要的地位。

它承担了数字电视接收机的全部高频信号的处理工作。

它主要是对模拟电视机的升级，使模拟电视机能接收和收看数字电视节目,同时具有所有广播和交互式多媒体应用功能。

现在就基于数字高频调谐器原理与结构进行分析，通过时钟输入采用从信号源上的BS信号输入，经过锁相环电路（CD4046）及分频器控制电路（CD4522）即分频比为N，则从VCO振荡输出口得到合成频率为N

信号。

把压控振荡器VCO的输入端用导线直接连接到相位比较器的比较信号输入端第三引脚PD12，这时，该电路就是一个基本锁相环电路。

本电路采用反馈封锁的办法，实现了使用极少的器件控制着众多批频率的灵活转换功能。

分频比范围控制电路，主要通过改变电阻、电容的值来改变频率合成器分频比的范围。

关键词：

数字高频头，锁相环，控制电路

目录

1绪论1

2数字调谐器的分类、特点及组成1

2.1数字调谐器分类2

2.2调谐器基本工作原理2

2.3铁盒调谐器现状5

2.4调谐器的几个关键技术指标5

3.频率合成式数字调谐器工作原理7

3.1数字频率合成器的组成7

3.2锁相环路的工作原理及组成7

3.3数字锁相式频率合成器系统设计总体框图8

3.3.1常用集成锁相环路CD4046简介8

3.3.2CD4046的内部功能框图及各引脚功能如下9

3.3.3可预置1/N计数器CD4522工作原理及引脚图10

总结13

致谢14

参考文献15

1绪论

数字电视调谐器是数字电视接收机的前端部件，在数字电视芯片中占有十分重要的地位。

它承担了数字电视接收机的全部高频信号的处理工作。

传统的电视调谐器由分立元件构成，通过印刷电路板互连，外型是一个铁盒装置，将各区域隔离，防止信号之间串扰，内部各个区域实现不同功能，通过金属将各区域隔离，防止信号之间的串扰，此类调谐器存在几个难以解决的缺馅：

性能不稳定，每个器件都有独立的电气和温度特性，因此随着时间推移和外部环境的变化，调谐器的总体性能的变化范围较大，最终导致图像质量的变化；体积较大，因为内部空间需要容纳众多器件，包括芯片，线圈，电容等，而且要考虑散热问题；成本较高，调谐器的成本包括内部的多块芯片，线圈，电容，外层铁盒以及PCB板的制作费用，价格不菲。

随着微电子技术，超大规模集成电路设计技术，数字信号处理技术以及计算机技术等方面的实用技术突破，国际市场竞争的加剧，电视调谐器的制作越来越优良，性能越来越优异，并向集成化，小型化和高可靠性发展，从上世纪70年代开始，分离器件构成的电路模块逐渐被相应专用的集成电路所替代，并随着集成电路设计技术的发展，电视视调谐器专用芯片的集成度越来越高。

2数字调谐器的分类、特点及组成

2.1数字调谐器分类

电子调谐器即高频头，由于其内部包含着许多调谐回路（高放回路，输入回路，本振回路），这些调谐回路又都是通过改变变容二极管的端电压来进行调谐的，故称电子调谐器。

又由于它处在电视机最前端，也成为前端电路（FEC）。

为了使选择频道时的调谐过程简单易行，电视机常采用调谐电压预先制定并存储的方法，完成预置、存储记忆和控制不同频道调谐电压的电路称频道预选器。

电子调谐器和频道预选器二者是密切相关的。

数字调谐器能将数字信号转换成模拟信号在电话网上传送，也能将接受到的模拟信号转换成数字信号的设备。

由于目前大部分个人计算机都是通过公用电话网接入计算机网络的，因而需通过调制解调器进行上述转换。

它是计算机与电话线之间进行信号转换的装置，由调制器和解调器两部分组成，调制器是把计算机的数字信号（如文件等）调制成可在电话线上传输的声音信号的装置，在接收端，解调器再把声音信号转换成计算机能接收的数字信号。

通过调制解调器和电话线就可以实现计算机之间的数据通信。

目前调制解调器主要有两种：

内置式和外置式。

内置式调制解调器其实就是一块计算机的扩展卡，插入计算机内的一个扩展槽即可使用，它无需占用计算机的串行端口。

它的连线相当简单，把电话线接头插入卡上的“Line”插口，卡上另一个接口“Phone”则与电话机相连，平时不用调制解调器时，电话机使用一点也不受影响。

外置式调制解调器则是一个放在计算机外部的盒式装置，它需占用电脑的一个串行端口，还需要连接单独的电源才能工作，外置式调制解调器面板上有几盏状态指示灯，可方便您监视Modem的通讯状态，并且外置式调制解调器安装和拆卸容易，设置和维修也很方便，还便于携带。

外置式调制解调器的连接也很方便，phone和line的接法同内置式调制解调器。

但是外置式调制解调器得用一根串行电缆把计算机的一个串行口和调制解调器串行口连起来，这根串行线一般随外置式调制解调器配送。

电子调谐器主要由回路、高放、本振和混频四部分组成。

但由于整个电视频道所占的频率范围很宽（48.5~92MHZ）,跨越了米波波段和分米波波段，前者的调谐回路是由LC集中参数元件组成，而后者采用分布参数调谐回路（同轴谐振腔），因此，常把它们分为VHF（甚高频）和UHF（特高频）两部分。

其中，VHF包括Ι频段（48.5~92MHZ）1~5频道和ΙΙΙ频段（167~223MHZ）6~12频道；UHF包括（470~958MHZ）13~68频道。

目前，由于有线电视的发展，在111~167MHZ及223~447MHZ范围内增加了35个增补频道。

即使这样，电子调谐器的基本组成原理仍未改变。

当接收VHF频道信号时，开关S断开，同时UHF频段不供电（电源BV=0），电路不工作，此时1~12频道信号经带通滤波器送至VHF输入回路，经初选再进入VHF高频放大，然后与VHF本振信号混频，最后输出视频载频为fPI（38MHZ）的残留边带中频调幅信号，以及载频为fSI（31.5MHZ）的伴音中频条幅信号。

当接收UHF频段信号时，开关S接通，UHF电路工作，此时的VHF有关电路则因停止供电（电源BV=0）而不工作。

但VHF混频器电路BM≠0，仍处于工作状态，并作为UHF的中级放。

即UHF变频器把13~68频道的电视机信号变成中频信号经此中放级放大后输出。

VHF和UHF的转换及频道选择、控制由频道预选器完成。

电子调谐原理。

调谐即改变回路的谐振频率，从原理上讲，改变回路电感或电容都能达到改变谐振频率的目的。

电路接收系统采用变容二极管替代回路可变调谐电容。

变容二极管是一个特殊的PN结晶体二极管，通过改变加在变容管两端的反向偏置电压来改变结电容CJ。

图1电子调谐器组成框图

高频调谐器分机械调谐和电调谐两类。

机械调谐高频头是通过改变电感进行频道选择的。

该调谐方式的优点是：

开关每转动一档，就可切换一个频道,不需另加选台装置，电性能稳定，维修调整均方便。

数字调谐器就是自动搜索广播或电视频率，用于有线/无线调频广播信号检测的专业多路调频信号解调设备。

数字调谐器一般具有多路解调、频率预置、自动搜索、断电记忆等强大功能，并具有灵敏度高、信噪比强、稳定性好、操控性佳等优越特点。

主要缺点是体积大、机械结构复杂，并且机械触点多。

整个数字电视调谐器由两部分功能电路组成。

前端的调谐电路，负责射频接收、变频、滤波以及自动增益控制等功能，该部分电路除了要实现信号接收的基本功能，还要处理好信号干扰问题，常见的如镜像信号干扰、临频道干扰等问题，模拟电视中干扰会带来多条图线，而数字电视中干扰严重时可直接导致信号的丢失；后端的解调电路，负责A/D转换、解调以及纠错解码等功能。

随着微电子技术、超大规模集成电路设计技术、数字信号处理技术以及计算机技术等方面的实用技术突破，国际市场竞争的加剧，电视调谐器的制作越来越精良，性能越来越优异，并向集成化、小型化和高可靠性发展，从上个世纪70年代开始，分离器件构成的电路模块逐渐被相应专用集成电路所代替，并且随着集成电路设计技术的发展，电视调谐器专用芯片的集成度越来越高。

新型数字电视调谐芯片及应用方案实现的是前端调谐电路的功能，后端解调电路采用其他解调专用芯片。

电调谐高频头是通过改变回路中的电容进行频道选择的。

目前,都是采用变容二极管代替可变电容。

它的优点是无机械触点、寿命长。

在波段范围内频率连续可调,但频率位置不能固定,在更换台时需临时调整。

为避免这一麻烦,就必须附设多路频道预选器。

另外，电子调谐器的本振频率易受温度变化的影响，故常设AFC电路。

不论是机械调谐还是电调谐，都必须同时改变输入回路、高放及本振回路的调谐参数（电感或电容）才可以切换频道。

近年来,电视接收机调谐器不仅出现了各种类型的模拟或数字式电子选台和自动预选装置，而且已广泛使用光控式近红外遥控器，以及与微处理器结合的多功能遥控器，应用语言识别技术的语言遥控器也正在进行研究。

高频头的电路结构如下图所示。

由于受压控变容二极管容量变化范围的限制，我国将TV分为三个频段：

高（UHF）、中（UHF-H）和低（VHF-L）频段。

电路包含：

三套独立的高放（包括输入调谐电路、高频放大器和输出调谐器），本机振荡器、混（变）频器和前置中频BPF等电路。

由频段开关选择切换；输入回路单调谐，Q质低，带宽约12MHZ；输出回路双调谐，矩形系数好，带宽约12MHZ；双栅场效应低噪声放大管，G1为TVRF信号输入端，G2是放大器增益控制端，电压高时增益大，最大增益约20db。

增益大有利于在接收小信号的TV时提高整机的信噪比，接收灵敏度好。

由于我国TV中频规定38MHZ，在输入/输出回路与本振统调情况下，本振频率始终比RF信号频率高38MHZ。

混频器如同模拟乘法器[2]，两个不同频率的信号相乘将产生“和频”和“差频”信号，其中“差频”就是所指的中频TV信号。

“和频”将被中频带通滤波器滤除。

由于本振的频率稳定度较差，因此中频信号时常偏离38MHZ，形成“跑台”的故障现象。

图2基本原理框图

2.2调谐器基本工作原理    

电路最简单的调谐器是单转换中频输出调谐器。

其基本组成包括混频器、振荡器、锁相环（MOPLL）和高频放大器等。

高频放大器具有自动增益控制（AGC）功能，跟踪滤波器是一个中心频率可调的带通滤波器。

中频滤波器是一个具有特殊传输特性的带通滤波器，一般为声表面波滤波器（SAWF）。

单转换中频输出调谐器电路架构如图三所示：

图3单转换中频输出调谐器电路架构

射频电视信号进入调谐器的高频放大器进行放大，其增益由AGC电路自动控制，再由跟踪滤波器将镜像信号去除，利用混频器和本地振荡器混出中频信号，最后经由中频滤波器虑除杂波、选择出想要的频道并进一步调整通带特性，完成调谐器的功能。

2.3铁盒调谐器现状    

目前最普及的电视机还是模拟电视，这类电视机使用的都是铁盒调谐器，其基本功能就是选台和混频，属于单转换中频输出架构。

铁盒调谐器大多采用调谐器专用IC和许多个分立器件组成。

其主芯片采用双极（Bipolar）工艺，具有成本极低的优势。

由于调谐器处理的是几百MHz的高频信号，所以铁盒调谐器使用了微带和分布参数的器件。

其中感应线圈需生产时由人工调节其分布参数。

早期的铁盒调谐器都采用电压合成方式选台，目前大多采用频率合成方式，其优点是选台简单，调谐锁定，不易跑台。

经过多年的技术发展，传统铁盒调谐器设计和工艺技术十分成熟，