Хохлов Б.Н.
Однокристальные видеопроцессоры
для цветных телевизоров
(сокращенный
вариант)
В 1991 г. фирма Philips разработала
первую однокристальную СБИС для
телевизоров — TDA8362. Видеопроцессор
содержал малосигнальные цепи
радиоканала, декодера PAL/NTSC, канала
яркости с линией задержки, матрицы
RGB, синхроселектора и разверток.
Демодуляция сигнала SECAM
осуществлялась с помощью
дополнительной микросхемы TDA8395. Для
задержки на строку цветоразностных
сигналов в режимах PAL и SECAM
применялась ИС TDA4661. Управление
телевизором производилось с
помощью процессора PCA84C640 без
использования цифровой шины. СБИС
TDA8362 выпускалась в двух версиях — с
автобалансом белого (ИС с индексом
А) и без автобаланса, но с
регулятором четкости. В начале 90-х
годов этот комплект ИС широко
использовался в массовых цветных
телевизорах.
В 1997 г. Philips разработала СБИС TDA8842/44,
которые управлялись по шине I2C
внешним процессором SAA5531PS
(программа CTV832PR) с
энергонезависимой памятью PCF8598.
СБИС содержат всестандартный
декодер PAL/SECAM/NTSC и линию задержки на
строку.
Наконец, в 1999 г. эта же фирма
разработала серию однокристальных
видеопроцессоров TDA935X/6X/8X. Серия
называется UOC (Ultimate One Chip). В состав
СБИС входит процессор управления,
выполненный на базе процессора 80С51
фирмы Intel. Серия 5Х содержит
одностраничный процессор
телетекста, серия 6Х —
десятистраничный телетекст, 8Х
вообще не содержит процессор
телетекста. СБИС 53, 62–65 и 83–89
рассчитаны на кинескоп 110Ч,
остальные — на кинескоп 90Ч. Приняты
меры для максимального сокращения
числа дискретных компонентов в
телевизоре.
Особенности СБИС
Процессор видеосигнала:
– многостандартный видео УПЧИ с
демодулятором ФАПЧ;
– возможность выбора между версией
со звуковым ЧМ-демодулятором и
версией с QSS-усилителем звукового
сигнала ПЧ. В первой версии
используется ЧМ-демодулятор ФАПЧ;
– возможность выбора между
внутренним ПЦТС, внешним ПЦТС и
сигналами Y/C;
– встроенный перестраиваемый по
частоте режекторный фильтр сигнала
цветности;
– встроенная регулируемая линия
задержки сигнала яркости;
– возможность повысить качество
цветного изображения за счет
обострения фронтов и растяжки в
черном (black stretch);
– интегрированные полосовые
фильтры сигнала цветности PAL/NTSC и
SECAM с переключаемой центральной
частотой;
– использование одного (12 МГц)
кварцевого резонатора для
процессора управления, телетекста
и декодера цветности;
– многостандартный декодер
цветности с автоматическим
распознаванием стандарта;
– две встроенные линии задержки на
строку;
– схема автобаланса белого в двух
точках с независимым выбором
цветовой температуры на темных и
светлых участках изображения;
– линейные входы для внешних
сигналов RGB или YUV. Формирование
сигналов OSD;
– строчная синхронизация с двумя
петлями ФАПЧ;
– формирование сигнала кадровой
развертки с помощью счета строк;
– регулировка геометрии по
вертикали и горизонтали;
– функция «zoom» по вертикали и
горизонтали для формата 16 : 9;
– получение на экране кинескопа
синего поля при отсутствии
входного сигнала.
Микропроцессор:
– в основе — микропроцессор 80С51;
– машинный цикл 1 мкс;
– ПЗУ для программы 16–128 кбит х 8;
– ОЗУ данных 3–12 кбит х 8;
– контроллер прерываний с двумя
уровнями приоритета;
– два 16-разрядных регистра;
– таймер Watch Dog;
– 14-разрядный ШИМ-модулятор для
получения напряжения настройки
селектора в режиме синтеза
напряжения;
– два вывода для управления
индикаторными светодиодами;
– четыре вывода, которые могут
программироваться как порты
входа-выхода, как входы
восьмиразрядных АЦП или как выходы
шестиразрядных ШИМ-модуляторов.
Дисплей:
– телетекст и режим OSD;
– палитра c 4096 цветами;
– одинарная, удвоенная или
учетверенная ширина и высота
знаков;
– использование курсора.
Устройство СБИС
Микросхема размещена в корпусе S-DIP c
64 выводами. На рисунке приведена
функциональная схема СБИС.
Функциональная схема СБИС TDA93XX
Радиоканал
Сигнал промежуточной частоты (38 МГц
для отечественного стандарта) с
выхода ПАВ подводится к выводам
23–24 СБИС. Сигнал проходит
усилитель с регулируемым усилением
(АРУ) и демодулируется с помощью
синхронного детектора. Опорный
сигнал вырабатывается с помощью
генератора, управляемого
напряжением (ГУН), входящего в схему
ФАПЧ, которая поддерживает частоту
ГУН равной частоте несущей
входного сигнала ПЧ (38 МГц).
Предварительно частота ГУН
устанавливается по шине и
калибруется с помощью кварцевого
генератора 12 МГц. К выводу 37
подключена цепочка RC, образующая
ФНЧ ФАПЧ. Демодуляция
осуществляется перемножением
входного и опорного сигналов.
Коммутатор сигналов
Демодулированный ПЦТС выводится из
СБИС через контакт 38 и после
прохождения внешнего
керамического режекторного
фильтра сигнала звука (6,5 МГц) через
вывод 40 поступает на внутренний
коммутатор, имеющий два выхода.
Первый из выходов позволяет
подводить ко входу канала яркости
внутренний ПЦТС с выхода
радиоканала, внешний ПЦТС или
сигнал Y (режим Y/C). Выбранный сигнал
поступает также на синхроселектор,
на схемы идентификации и
телетекста (если он предусмотрен).
СБИС позволяет использовать
гребенчатый разделительный фильтр
(микросхемы SAA4961 или TDA9181).
Канал яркости, матрица RGB и
схема автобаланса в черном и белом
В канале яркости выбранный сигнал
проходит регулируемую по шине
линию задержки (пределы
регулировки 0–320 нс), а затем
поступает на схему обострения
фронтов либо через интегрированный
режекторный фильтр сигнала
цветности (если выбран ПЦТС), либо
непосредственно (в режиме Y/C), либо
через дополнительную постоянную
линию задержки 160 нс (если
используется гребенчатый фильтр,
задерживающий сигнал цветности).
Затем сигнал яркости через схему
растяжки в черном подводится к
матрице RGB. Матрица может
переключаться в режимы PAL/SECAM или NTSC.
В режиме NTSC формы цветоразностных
сигналов, поступающих на матрицу,
корректируются, чтобы уменьшить
искажения, вызванные различием
координат основных цветов NTSC и
цветовых координат люминофоров
современного кинескопа. Узел
матрицы содержит матрицу RGB/RUV для
подачи внешних сигналов RGB и
регуляторы цветовой насыщенности и
контрастности. К выходам матрицы
подводятся также сигналы OSD (RGB) от
процессора управления или от схемы
телетекста. Далее сигналы RGB
проходят к узлу регулировки
яркости и схеме автобаланса. Здесь
в сигналы вводятся импульсы,
необходимые для измерения тока
утечки и для автобаланса в черном
(темновых токов лучей) и в белом
(размахов сигналов RGB). Импульсы
токов утечки и автобаланса в черном
и белом вводятся поочередно в
интервалах гашения смежных полей
(строки 17–20 в нечетных полях и
строки 329–332 в четных полях).
Сигналы RGB с введенными в них
измерительными импульсами через
контакты 51–53 поступают на внешнюю
ИС, содержащую три видеоусилителя,
обеспечивающих управление по
катодам токами лучей кинескопа,
например ИС TDA6107. Микросхема
видеоусилителей кроме трех
выходных сигналов RGB с размахами до
100 В формирует пропорциональный
токам лучей кинескопа сигнал,
создаваемый измерительными
импульсами. Этот сигнал подводится
к выводу 50 СБИС TDA93XX.
Канал цветности
Сигнал со второго выхода входного
коммутатора — (это может быть ПЦТС
или (в режиме Y/C) сигнал цветности С)
— поступает через схему АРУ
цветности на встроенные гираторные
полосовые фильтры сигнала
цветности. Используются два
фильтра: PAL/NTSC и SECAM («клеш»).
Последний калибруется в интервале
гашения полей с использованием
кварцевого генератора 12 МГц.
Сигналы с выходов фильтров
проходят на входы цветовых
демодуляторов соответственно PAL/NTSC
и SECAM. Опорные сигналы PAL и NTSC
вырабатываются с помощью системы
ФАПЧ, управляемой вспышками
цветовой поднесущей, которые
выделяются стробирующим импульсом
комбинированного сигнала «Super-sand
castle (SSC)», содержащего кроме
стробирующих импульсов также
гасящие импульсы по строкам и
полям. Демодуляторы сигналов u и v
выполнены в виде перемножителей.
Опорный сигнал на демодулятор u
подается с фазой 00, а на демодулятор
v — с фазой 90Ч через инвертирующий
коммутатор, управляемый меандром
полустрочной частоты.
Демодулированные сигналы
поступают на две гираторные линии
задержки на строку. Задержанные
сигналы складываются в сумматорах
с прямыми. В режиме PAL узлы задержки
подавляют фазовые искажения, а в
режиме NTSC подавляют спектральные
составляющие яркости в
цветоразностных сигналах.
Демодулятор SECAM выполнен в виде
системы ФАПЧ. Подключенный к выводу
13 конденсатор используется как ФНЧ
ФАПЧ. Демодулированный сигнал с
чередующимися по строкам
составляющими R-Y и B-Y подается на
разделяющий их коммутатор,
управляемый полустрочным меандром.
Разделенные сигналы поступают на
линии задержки с сумматорами, где
восполняется недостающая
информация.
Схема ограничения токов лучей
В микросхеме предусмотрено
ограничение средних и пиковых
токов лучей кинескопа. Ограничение
средних токов осуществляется через
регулятор контрастности, а когда
его возможности исчерпываются —
через регулятор яркости.
Управляющий сигнал с
низкопотенциальной точки
высоковольтной обмотки строчного
трансформатора через эмиттерный
повторитель подается на вывод 49
СБИС. Номинальное напряжение на
выводе около 3 В. При увеличении
токов лучей выше заданного порога
управляющее напряжение снижается и
начинается ограничение средних
токов.
Блок синхронизации
Сигнал ПЦТС с первого выхода
коммутатора подается и на вход
блока синхронизации разверток.
Блок содержит следующие узлы:
– строчный синхроселектор;
– строчный генератор со схемой
калибровки;
– две схемы ФАПЧ. Первая сравнивает
выходные сигналы строчного
селектора с сигналом строчного
генератора; вторая — строчные
управляющие импульсы с импульсами
от выходного каскада строчной
развертки;
– строчный драйвер с режимом
мягкого старта;
– детектор совпадения;
– кадровый синхроселектор;
– кадровый драйвер.
Строчный синхроселектор
срабатывает от середины фронта
синхроимпульса, независимо от
амплитуды последнего. Строчный
генератор работает на частоте fстр•1600=25
МГц. Свободные колебания
генератора стабилизируются с
помощью кварцевого генератора 12
МГц. Строчный генератор
управляется первой схемой ФАПЧ.
Постоянная времени ФНЧ первой
петли ФАПЧ выбирается в
соответствии с условиями работы.
Возможны быстрый, нормальный и
медленный режимы работы. Быстрый
режим выбирается при работе от
видеомагнитофона, медленный — при
поиске, нормальный — при приеме
телевизионной программы. Вторая
петля ФАПЧ сравнивает выходные
импульсы от строчного драйвера
(вывод 33) с сигналом обратной связи
от выходного транзистора строчной
развертки, подаваемого через
резистор на вывод 34.
Непосредственно на этом выводе
формируется комбинированный
сигнал SSC. Вторая петля
обеспечивает стабильное положение
растра по горизонтали.
Кадровый синхроселектор выделяет
кадровый синхроимпульс из ПЦТС.
Срабатывание происходит, когда
ширина кадрового синхроимпульса
составляет не менее 17 мс. Кадровый
делитель содержит счетчик, который
управляется строчным генератором.
Делитель имеет три режима работы:
1. Режим поиска (широкое окно). Этот
режим включается, когда схема не
синхронна или принимается
нестандартный сигнал. В режиме
поиска делитель циклически меняет
частоту выходного сигнала в
пределах от 45 до 64,5 Гц.
2. Рабочий режим (узкое окно). Он
включается, когда обнаруживается
более 15 синхроимпульсов полей.
3. Стандартный телевизионный
сигнал. Коэффициент деления 525 (60 Гц)
или 625 (50 Гц). Система возвращается в
режим узкого окна, если не
обнаруживаются три кадровых
синхроимпульса.
Импульсы от кадрового делителя,
соответствующие интервалу гашения
полей, поступают на генератор
кадровой пилы. Генератор формирует
опорный сигнал для процессоров
геометрии по вертикали и
горизонтали. Создается эталонный
ток 100 мкА с помощью эталонного
напряжения 3,9 В и внешнего
резистора 39 кОм, подключенного
между корпусом и выводом 25 СБИС. Из
эталонного тока используется 16 мкА
для зарядки внешнего конденсатора,
подключенного к выводу 26. Форма
напряжения на конденсаторе
соответствует линейной пиле,
используемой для регулировки
геометрии растра и для получения
пилообразных токовых сигналов,
управляющих микросхемой кадровой
развертки. Эти сигналы через выводы
21 и 22 подаются на входы ИС кадровой
развертки.
Варианты СБИС, рассчитанные на
использование кинескопа 110Ч,
содержат узел регулировки
геометрии «восток-запад». Сигнал с
выхода этого узла поступает на
вывод 20. В процессорах, работающих с
кинескопами 90Ч, этот вывод
используется в схеме АРУ звука и к
нему подключается внешний
конденсатор фильтра. В версии 110Ч
конденсатор АРУ звука подключают к
выводу 32.
Канал звука
Звуковой ЧМ-сигнал с выхода
смесителя 6,5 МГц подается через
схему звукового АРУ на
ЧМ-демодулятор ФАПЧ. Фильтр НЧ в
петле ФАПЧ выполнен в виде внешней
RC-цепи, подключенной к выводу 31.
Далее звуковой сигнал проходит
выключатель (mute) и коммутатор,
позволяющий вместо внутреннего,
содержащегося в принимаемом
телевизионном сигнале,
использовать внешний звуковой
сигнал. Выбранный сигнал проходит
автоматический регулятор
громкости и оперативный регулятор,
управляемый по шине. Выводится
звуковой сигнал через контакт 44
СБИС. При использовании СБИС с
версией звукового тракта QSS
усиление и демодуляция сигнала ПЧЗ
производится дополнительной
внешней микросхемой, например TDA9820.
Процессор управления
Процессор управления содержит ядро
80С51 с задающим кварцевым
генератором, ОЗУ- и ПЗУ-программы,
интерфейс шины I2C, шину данных и
знакогенератор OSD, который
используется и в процессоре
телетекста, если он предусмотрен в
используемой версии СБИС. Функции
портов (выводы 1–4, 10–11 и 61–64)
определяются записанной в ПЗУ
процессора управления программой.
Обычно к выводу 64 СБИС подключается
выход фотоприемника ДУ. Вывод 1
управляет переводом телевизора из
режима ожидания в рабочий (когда на
выводе устанавливается низкий
потенциал). Основная шина
управления подключается к выводам 2
и 3. Чтобы уменьшить вероятность
повреждения энергонезависимой
памяти, для нее создается
дополнительная шина (выводы 62 и 63).
При включении процессора он
опрашивает по шине периферийные
устройства. Кроме
энергонезависимой памяти 1 кбайт•8
(PCF8598 Philips или 24LC16 Microchip) это селектор
каналов с синтезом частоты и ИС
TDA9860, обеспечивающая возможность
подключения к приемнику двух
внешних стереосигналов с
регулировкой в них по шине
громкости, тембра и баланса,
подачей стереосигнала на наушники,
а при использовании внутреннего
монофонического сигнала —
обеспечение режима «псевдостерео»
и расширение стереофонической
базы. Если в телевизоре
используется бесшинный селектор
каналов с синтезом напряжения,
процессор опознает это и начинает
работать подключенный к выводу 4
узел ШИМ настройки на канал, а
выводы 10–11 получают функцию
переключения диапазонов (через
внешнюю логическую схему на одном
транзисторе). К выводу 7 (вход АЦП)
подключают пульт местного
управления. Каждая кнопка пульта
работает как делитель напряжения,
обеспечивающий на выводе 7
потенциал (от 0 до 3,3 В),
соответствующий заданной
программой команде. Всего в пульте
используются семь кнопок:
переключение каналов вверх и вниз,
регулировки (меньше-больше),
включение внешнего видеосигнала
(AV), включение меню и включение
сервисного режима. При первом
включении телевизора в ждущем
режиме процессор управления
записывает в энергонезависимую
память файл, обеспечивающий
инициализацию видеопроцессора.
Затем нажимается кнопка,
переводящая телевизор в сервисный
режим. Включается напряжение
питания +8 В, начинают работать
кадровая и строчная развертки. На
экране появляется меню,
позволяющее отрегулировать
геометрию растра и параметры
видеопроцессора с учетом типа
используемого селектора каналов.
Это меню позволяет регулировать
параметры изображения и звука,
выбрать язык меню (русский или
английский), включить часы,
установить защиту от
несанкционированного включения
телевизора и т. д. Функции «zoom» по
горизонтали и вертикали при работе
в формате 16:9 выполняются
соответствующими процессорами
геометрии внутри СБИС. Процессор
управления питается напряжением +3,3
В. Остальные цепи микросхемы —
напряжением +8 В. Напряжение +3,3 В
подается от блока питания,
напряжение +8 В — от строчного
трансформатора после перевода
приемника из дежурного режима в
рабочий режим и запуска разверток.
Схема автобаланса токов лучей
запускается через несколько секунд
после включения телевизора. Это
время используется для разогрева
кинескопа измерительными
импульсами.
Модификации СБИС
Все фирмы, выпускающие
видеопроцессоры, непрерывно их
модернизируют и дорабатывают.
Первая модификация СБИС UOC,
выпущенная в 1999 г., имела индекс N1.
Доработанная версия имеет индекс N2.
Уже разработана микросхема UOC+
(TDA95XX), позволяющая принимать, кроме
телевизионных, радиосигналы FM/ЧМ и
обеспечивающая в дополнение к
растяжке в черном растяжку в синем
и белом, а также коррекцию
цветового тона кожи. Разработаны
микросхемы TDA959X, содержащие
понижающий преобразователь 36/7,2 МГц
для сигнала DVB-T. Сигнал на
преобразователь подается через
фильтр ПАВ с выхода цифрового
селектора каналов, а с выхода
преобразователя — на цифровую
плату, содержащую COFDM-демодулятор и
декодер MPEG-2. Концепция Philips для
гибридного приемника DVB-T
предусматривает использование
аналогового шасси на процессоре UOC
и цифровую плату с отдельным
селектором каналов. Для управления
цифровой платой предусматривается
интерфейс с дополнительной
программой, которая записывается в
ПЗУ UOC. Front-end цифровой платы
выполняется на СБИС TDA10045/46H. Она
содержит десятиразрядный АЦП и
COFDM-демодулятор, рассчитанный на
режимы 2к и 8к. Цифровой поток с ее
выхода поступает на MPEG-2-декодер,
содержащий или две ИС (SAA7215/40) или
СБИС PNX8525.
Полный текст - в № 3 журнала "ТКТ" за 2003 год
