Процессор UOC – основа каждого второго современного массового телевизора.
Обзор БИС процессоров UOC фирмы Philips. Часть 2

Все статьи цикла:

• Процессор UOC – основа каждого второго современного массового телевизора. Обзор БИС процессоров UOC фирмы Philips. Часть 1
• Процессор UOC – основа каждого второго современного массового телевизора. Обзор БИС процессоров UOC фирмы Philips. Часть 2

UOC-процессоры семейств TDA955x, TDA956x и TDA958x

Общие положения

UOC-процессоры семейств TDA955x, TDA956x и TDA958x предназначены для поверхностного монтажа и имеют корпус QFP-80, 80 выводов которого расположены по периметру (рис. 10).

Функциональные возможности UOC-процессоров TDA955x/6x/8x приблизительно совпадают с функциональными возможностями БИС TDA935x/6x/8x.

Особенности UOC-процессоров семейства TDA955x/6x/8x фирмы PHILIPS сведены в таблицу 3, а их функциональная схема представлена на рис. 11.

Функционально эти БИС имеют тот же полный набор телевизионных функций, что и TDA935x/6x/8x. Каждая из микросхем семейства TDA955x/6x/8x включает видеопроцессор, осуществляющий полную обработку сигнала с выхода тюнера до входов платы кинескопа, канал звука, синхропроцессор, процессор управления, а в некоторых случаях и декодер телетекста.

Перед тем как рассмотреть особенности функциональной схемы микросхем TDA955x/6x/8x, вспомним некоторые вопросы теории и современной терминологии.

На протяжении нескольких десятков лет в большинстве массовых телевизоров использовался радиоканал с совмещенным каналом звука, для которого характерно, что сигнал первой промежуточной частоты звука (ПЧЗ-1) поступает с выхода тюнера вместе с сигналом промежуточной частоты изображения (ПЧИ) на вход УПЧИ. Там оба сигнала усиливаются совместно и поступают на видеодетектор или специальный смеситель, где происходит их смешивание и образуется разностная частота. Сигнал этой частоты используется в качестве сигнала второй промежуточной частоты звука (ПЧЗ-2). Сигнал ПЧЗ-2, имеющий частотную модуляцию сигналом звука, усиливается и ограничивается по амплитуде в УПЧЗ, а затем детектируется частотным детектором. Именно так обрабатывался сигнал звука практически во всех отечественных и многих зарубежных телевизорах.

Более совершенными являются схемные решения блоков радиоканала с параллельным (рис. 12) и квазипараллельным (рис. 13) каналами звука.

Их отличие в том, что ПЧЗ-1 и ПЧИ разделяются сразу после тюнера с помощью фильтров на поверхностных волнах (ПАВ). ПЧ изображения поступает на УПЧИ, а ПЧЗ-1 на канал звука. В радиоканале с параллельным каналом звука (рис. 12) сигналы ПЧИ и ПЧЗ-1 разделяются посредством полосовых фильтров (одного или двух, значения не имеет). Далее сигнал ПЧЗ-1 усиливается и ограничивается по амплитуде и поступает на частотный детектор (ЧД). Остальное понятно из рис. 12 без дополнительного комментария.

В радиоканале с квазипараллельным каналом звука (рис. 13) сигнал ПЧИ выделяется полосовым фильтром ПАВ и поступает на УПЧИ. Фильтр ПАВ канала звука имеет двугорбую АЧХ и кроме ПЧЗ-1 выделяет ПЧИ, сильно подавляя боковые полосы этого сигнала. Оба сигнала ПЧ изображения и звука усиливаются в УПЧЗ-1. Дальнейшая обработка сигнала звука происходит так же, как в радиоканале с совмещенным каналом звука (см. выше). В телевизорах на UOC-процессорах TDA955x/6x/8x, которые поставляются на рынок стран СНГ, чаще используется радиоканал с квазипараллельным каналом звука, чем с совмещенным. Для обозначения квазипараллельного канала на схемах и в тексте применяется аббревиатура QSS (quasi split sound).

Состав UOC-процессоров TDA955x/6x/8x практически такой же, как и их предшественников БИС TDA935x/6x/8x. Только добавлено несколько схем, повышающих качество изображения (коррекции телесного цвета, расширения белого и синего).

Назначение выводов UOC-процессоров семейств TDA955х/6х/8х сведено в таблицу 4.

УПЧИ, ВД, АРУ, буферный ВУ (рис. 11)

Аналоговая часть микросхем TDA955х/6х/8х питается напряжением +8 В через выводы 9 и 39.

Сигнал ПЧ изображения (и звука, если канал QSS не используется) подается на симметричный вход УПЧИ через выводы 18 и 19 микросхемы. С выхода УПЧИ сигнал поступает на видеодетектор, который представляет собой АМ-детектор с ФАПЧ. К выводу 35 микросхемы подключены внешние элементы ФНЧ ФАПЧ видеодетектора. Полученный и выделенный в видеодетекторе ПЦТС, после усиления в предварительном видеоусилителе, поступает на вывод 38, а затем через внешние буферные каскады и режекторные фильтры на коммутатор входов (вывод 40), далее на декодеры цветности и канал яркости. Схема АРУ вырабатывает постоянное напряжение, величина которого зависит от уровня сигнала ПЧИ и управляет коэффициентом усиления УПЧИ. Напряжение АРУ поступает также через вывод 22 (шина АРУ УВЧ) на тюнер. По шине АРУ УВЧ осуществляется задержка АРУ по слабому сигналу.

Канал звукового сопровождения

При использовании радиоканала с совмещенным каналом звука сигналы ПЧ поступают на смеситель промежуточных частот звука и изображения внутри микросхемы с УПЧИ. Полученный в результате биений частот этих сигналов разностный сигнал 4,5; 5,5; 6,0 или 6,5 МГц (в зависимости от используемого стандарта) выделяется одним из внутренних полосовых фильтров и через коммутатор поступает на УПЧЗ, который охвачен АРУ. На второй вход данного коммутатора может заводиться внешний сигнал ПЧЗ-2. Номер вывода этого входа может изменяться в зависимости от версии микросхемы. Детектируется сигнал второй промежуточной звука в частотном детекторе с ФАПЧ. Внешние элементы ФНЧ ФАПЧ ЧД подключены к выводу 26 микросхемы. Далее после коммутатора НЧ-сигналов, усиления и регулировки громкости (глубина регулировки 80 дБ) НЧ-сигнал выводится из микросхемы через вывод 48. Через выводы 28 и 29 на коммутатор входов НЧ подают внешние НЧ сигналы. Микросхемы семейств TDA955х/6х/8х так же, как ранее рассмотренные микросхемы семейств TDA935х/6х/8х, содержат схему автоматической регулировки уровня звука АРУЗ (ABL — Automatic Volume Leveling), глубина автоматической регулировки которой составляет 20 дБ. Постоянная времени схемы ABL определяется емкостью внешнего конденсатора, подключенного к выводу 15 или 27.

При использовании квазипараллельного канала звука симметричные сигналы ПЧЗ-1 и ПЧИ от фильтра ПАВ поступают на УПЧЗ-1 через выводы 23 и 24 микросхемы. Квазипараллельный канал звука имеет собственную схему АРУ. Внешний накопительный конденсатор данной схемы подключен к выводу 36. Полученный в этом канале сигнал ПЧЗ-2 выводится из микросхемы через вывод 33, используемый так же, как выход НЧ-сигнала при работе в стандарте L/L’.

Декодеры цветности и канал яркости

Внутренний полный телевизионный сигнал (ПЦТС) с вывода 38 через внешние цепи заводится в UOC-процессор на вход коммутатора видеовходов (вывод 40). На другие входы этого коммутатора (выводы 42 и 44) поступают внешние сигналы ПЦТС. Вывод 44 используется также в режиме S-VIDEO как вход яркостного сигнала (Y), а в качестве входа сигнала цветности (C) в этом режиме используется вывод 45. Коммутатор переключает соответствующие видеосигналы на входы декодера, канала яркости, синхропроцессора и декодера телетекста внутри микросхемы. На входе канала яркости стоит широкополосная линия задержки (ЛЗЯ) 0…630 нс, время задержки которой можно изменять программно в сервисном режиме. Режекторный фильтр после ЛЗЯ на входе канала яркости подавляет спектр сигнала цветности в ПЦТС, выделяя тем самым из него яркостной сигнал. При работе в режиме S-VIDEO режекция не осуществляется, и на канал яркости поступает со входа непосредственно яркостной сигнал (Y). В этом режиме режекторный фильтр отключается. Далее яркостной сигнал попадает на регулятор четкости, а с него — на схему формирования сигналов основных цветов (RGB). На входе многосистемного декодера цветности стоит усилитель, охваченный АРЦ (автоматической регулировкой уровня сигнала цветности). К выводу 8 микросхемы подключен конденсатор фильтра ФАПЧ частотного детектора декодера SECAM. С выхода декодера SECAM/PAL, NTSC цветоразностные сигналы R-Y (V) и B-Y (U) через линию задержки 64 мкс поступают на схему формирования сигналов основных цветов (RGB). Буквами V и U обозначают соответствующие цветоразностные сигналы в системах PAL и NTSC. Декодер PAL/NTSC не имеет привычных для нас кварцевых резонаторов. Генератор-формирователь поднесущих цветности декодера PAL/NTSC калибруется опорным сигналом от тактового генератора процессора управления.

Цветоразностные сигналы R-Y (V) и B-Y (U) и яркостной сигнал (Y), поступившие на матрицы с декодеров цветности и канала яркости, обеспечивают формирование сначала сигнала G-Y, а затем сигналов R, G и B. Схема фиксации уровня черного компенсирует изменения постоянных составляющих этих сигналов, которые возникают из-за температурных дрейфов режимов и по другим причинам. На выводы 51, 52 и 53 UOC-процессора подают внешние RGB-сигналы от игровой приставки или компьютера. На эти выводы можно подавать сигналы R-Y (V), Y и B-Y (U) соответственно. Для включения этих входов на вывод 50 подается бланкирующий сигнал. По пути обработки яркостного сигнала для улучшения качества изображения установлена схема расширения уровня черного, а в усилителях RGB-схемы расширения белого и синего. RGB-сигналы проходят электронный регулятор контрастности. Затем к ним примешиваются RGB-сигналы телетекста и графики (OSD).

Яркость изображения регулируется одинаковым изменением постоянных составляющих сигналов основных цветов, а контрастность изменением размаха этих сигналов. На схемы регулировки яркости и контрастности через вывод 54 (BCLIN) поступает управляющее напряжение ограничения тока лучей кинескопа (ОТЛ), которое максимально при оптимальном токе лучей кинескопа. Схема ОТЛ TDA955х/956х/958х работает аналогично TDA935х/936х/938х.

На вывод 55 приходит сигнал обратной связи схемы автоматического баланса белого (АББ). В схеме гашения к сигналам RGB примешиваются строчные и кадровые импульсы гашения, а также импульсы измерительных строк для схемы АББ. После усиления окончательно сформированные RGB-сигналы выводятся из микросхемы через выводы 56, 57 и 58.

Синхропроцессор (процессор развертки)

Узлы строчной и кадровой развертки микросхем TDA955x, TDA956x и TDA958x имеют один общий задающий генератор 25 МГц и работают аналогично TDA935х/6х/8х (см. выше).

Отличия только в назначении выводов. Выход строчных запускающих импульсов — это вывод 30 БИС, а строчные импульсы обратного хода (СИОХ) от ВКСР поступают на вывод 31. Второе назначение этого вывода — выход стробирующего импульса. К выводу 12 подключен конденсатор ФНЧ схемы АПЧФ1, а к выводу 11 — конденсатор ФНЧ схемы АПЧФ2.

Для формирования кадровой «пилы» используется конденсатор, подключенный к выводу 21. Внешний резистор линеаризирующего кадровую «пилу» генератора тока подсоединен к выводу 20 микросхемы. Симметричный пилообразный сигнал кадровой частоты через выводы 16, 17 подается на микросхему выходных каскадов кадровой развертки (ВККР). На вывод 55 поступает управляющий сигнал от схемы защиты от рентгеновского излучения (X-ray), которое может возникнуть в кинескопе, если высокое напряжение превысит 27 кВ. Вывод 15 в телевизорах с кинескопами, имеющими угол отклонения 110°, используется как выход сигнала коррекции подушкообразных искажений (EW-коррекции). Сигнал с этого вывода поступает на специальную схему, которая удлиняет средние строки растра относительно верхних и нижних, компенсируя тем самым уменьшение их длины из-за несферической формы экрана.

Процессор управления

Процессор управления выполнен на основе распространенного процессорного ядра 80С51. Для его работы, как и для работы декодера цветности процессора телетекста, нужен тактовый генератор, внешний кварцевый резонатор 12 МГц которого подключен между выводами 64, 63 и 62. Напряжение питания процессора управления 3,3 В поступает на выводы 59, 61, 66. Сигнал сброса (RESET) при включении поступает на вывод 65. Заказанное производителями телевизоров программное обеспечение зашито в ПЗУ. Объем ПЗУ и ОЗУ у разных БИС разный (таблицу 3). Процессор управления «общается» с другими секциями UOC-процессора по внутренней цифровой управляющей шине (на функциональных схемах не показана). По этой шине поступает информация об оперативных и сервисных регулировках, конфигурации аппарата, коммутации сигналов и входов и т. д. Для связи с внешними устройствами процессор управления имеет четыре неполных порта (полный порт имеет 8 выводов) Р0…Р3 и шину I²C. Причем два вывода порта Р0 (выводы 5 и 6) могут быть запрограммированы для управления светодиодами непосредственно без внешних электронных ключей, поскольку оба вывода имеют повышенную нагрузочную способность (8 мА). Вывод 6 может использоваться как вход ПЦТС. В этом случае между выводом 79 и корпусом должен быть включен конденсатор 100 мкФ.

Четыре вывода порта Р1 — это стандартный (несколько укороченный) двунаправленный порт. Шесть выводов порта Р2 могут быть использованы как выходы ШИМ для получения регулирующих напряжений. Порт Р3 (4 вывода) может использоваться как входы АЦП. Например, как входы управляющих сигналов от клавиатуры. При записи программного обеспечения в память процессора управления на заводе-изготовителе применяется дополнительный источник питания +9 В, подключенный к выводу 60 (VPE) процессора. В обычном режиме этот вывод подключен на корпус.

Назначения выводов всех портов, а также выводов 15 (AVL/EWD), 27 (AVL/REF0/SNDIF), 33 (QSSO/AMOUT/AUDEEM), 48 (AUDOUT/AMOUT) зависят от версии процессора (квазипараллельный канал звука или ЧМ-демодулятор с одноканальной системой звука), а также от некоторых управляющих бит.

Процессоры UOC семейства TDA939хH для телевизоров с тюнерами типа FRONTEND

Общие положения

Современный тюнер — это комплектующая единица, которая авторизованными сервисными центрами не ремонтируется, а заменяется новым. Помимо привычных каскадов (входных цепей, УВЧ — усилителя высокой частоты, смесителя, гетеродина) и синтезатора частоты тюнер современного телевизора может содержать УПЧИ, видеодетектор и первый усилитель промежуточной частоты звука УПЧЗ-1, то есть практически весь радиоканал. В рекламных целях такие тюнеры называют «2-in-1» («два-в-одном»). Это название прижилось и широко используется многими фирмами, например компанией LG (см. [8]). Фирма SONY для тюнеров, объединенных с радиоканалом, использует название FRONTEND. Для телевизоров с тюнерами FRONTEND специально разработали «упрощенные» процессоры UOC, как правило, не содержащие радиоканал. Упрощенная функциональная схема монофонического телевизора на такой БИС с тюнером FRONTEND изображена на рис. 14. Именно к данным процессорам относится семейство БИС TDA939x. Эти процессоры, к примеру, являются основой телевизионного шасси FE-2 фирмы SONY.

В последние 20 лет разработано и внедрено несколько систем стереофонического телевизионного вещания. Для обработки сигналов звука и раскодирования стереосигнала применяются цифровые методы и разработаны специальные БИС — процессоры звука. Функциональная схема стереофонического телевизора с цифровым процессором звука показана на рис. 15.

В современных телевизорах (в первую очередь с тюнерами типа FRONTEND) очень часто применяется квазипараллельный канал звука (QSS), о котором мы говорили выше.

Процессоры UOC семейства TDA939хH фирмы Philips

Поскольку на момент написания этого материала автору не удалось разыскать техническую информацию (так называемый Datasheet) по этим БИС в сети Интернет, то предложенное ниже описание было реконструировано по схемам нескольких телевизоров на базе телевизионного шасси FE-2 фирмы SONY.

Каждый UOC-процессор семейства TDA939хH также можно разделить на аналоговую (видеопроцессор) и цифровую (процессор управления) части. Процессор управления выполнен на основе процессорного ядра 80C51.

Процессор управления микросхемы TDA939хH обеспечивает:

• декодирование команд, поступающих от фотоприемника сигналов ДУ;
• определение состояния кнопок управления путем измерения входного напряжения с помощью встроенного в процессор управления аналого-цифрового преобразователя;
• выдачу команды на переключение блока питания телевизора в рабочий и дежурный режимы;
• управление настройкой тюнера (переключение диапазонов и перестройка по диапазону) по шине I²C;
• определение стандарта телевизионной программы и выдачу команды на переключение соответствующих цепей;
• управление по шине I²C громкостью, балансом и тембром звукового сопровождения, выдачу команды на приглушение звука, на перевод усилителя мощности ЗЧ в режим STANDBY;
• управление видеопроцессором (аналоговой частью микросхемы TDA939хH) по шине I²C в нормальном рабочем режиме — регулирование яркости, контрастности, цветовой насыщенности изображения, в сервисном режиме — регулирование геометрических параметров изображения, корректирование начальных установок развертки, видеоусилителей, и ряда других параметров;
• вывод информации о режимах работы телевизора на экран (OSD);
• запись/чтение информации энергонезависимой памяти;
• реакцию на возможное возникновение аварийных режимов работы телевизора;
• декодирование информации о телетексте, сохранение в памяти информации о 10 страницах телетекста, вывод телетекста на экран в режимах LIST, FASTEXT и TOPTEXT (кроме TDA9390H).

Процессор управления начинает работать при включении телевизора с подачи на вход RESET сигнала начальной установки (сигнала сброса). В большинстве случаев сигнал сброса формируется специальной микросхемой. Для обмена информацией с отдельными узлами телевизора используется последовательная синхронная шина управления I²C. С помощью этой шины обеспечивается двухсторонняя передача информации. Шина имеет две линии: SDA — линия данных и SCL — линия тактовых импульсов (синхронизации). Процесс обмена информацией происходит под управлением цифровой части микросхемы (процессора управления) TDA939хH, который вырабатывает сигнал тактовой частоты, передаваемый по шине ко всем подключенным к ней узлам.

Главное отличие аналоговой части микросхем серии TDA939хH от рассмотренных ранее — это отсутствие УПЧИ, видеодетектора и связанных с ними каскадов (АРУ, АПЧГ и т. п.). Аналоговая часть обеспечивает:

• генерацию, формирование и синхронизацию строчных и кадровых управляющих импульсов для выходных каскадов строчной и кадровой разверток;
• коммутацию сигналов звука и ПЦТС от разных источников сигнала;
• выделение сигналов яркости и цветности из ПЦТС с помощью интегрального фильтра на входе канала яркости и мультисистемного декодера цветности;
• опознавание систем цветного телевидения PAL/NTSC/SECAM;
• декодирование сигналов цветности PAL/NTSC/SECAM;
• усиление и обработка сигнала яркости в канале яркости с интегральной линией задержки сигнала яркости, время задержки которой перестраивается программно;
• матрицирование яркостного и цветоразностных сигналов, предварительное усиление полученных в результате матрицирования сигналов RGB;
• повышение качества изображения (коррекции цветовых переходов, расширения черного и синего и т. п.);
• автоматический баланс белого как для темных, так и для светлых деталей изображения;
• быструю коммутацию внутренних и внешних сигналов со входов AV и RGB;
• уменьшение контрастности при смешении сигналов OSD и телетекста.

Кроме того, ряд микросхем этого семейства, рассчитанных на использование в телевизорах с большой диагональю экрана кинескопа, вырабатывает сигналы управления схемой коррекции подушкообразных искажений (East-West коррекция) и схемой модуляции скорости смещения лучей по горизонтали (VELOCITY MODULATION).

БИС семейства TDA939хH изготавливаются в корпусе с 80 выводами для поверхностного монтажа. Функциональная схема UOC-процессоров этого семейства показана на рис. 16, а внешний вид и расположение выводов — на рис. 17.

Назначение выводов разных UOC-процессоров семейства TDA939хH несколько различается. В таблицах 5 и 6 представлена информация о назначении выводов основных процессоров UOC, которые применяются в телевизионных приемниках на шасси FE-2 фирмы SONY.

Хочу обратить внимание читателя на отличия в назначении выводов коммутаторов видеосигналов БИС TDA9394H и TDA9390H, TDA9392H. Эти отличия сведены в таблицу 7.

Есть еще несколько отличий в назначении выводов этих микросхем, которые легко обнаружить, сравнив таблицы 5 и 6. Кроме того, выводы, в обозначении которых слеш (символ «/») разделяет разные обозначения, могут выполнять разные функции.

Некоторые особенности новых серий UOC-процессоров фирмы PHILIPS

Прогресс не стоит на месте. В течение двух последних лет фирмой PHILIPS внедрены в серийное производство новые серии UOC-процессоров с улучшенными характеристиками TDA110ххH и TDA120ххH. Некоторые из БИС этих серий, кроме перечисленных ранее узлов, могут содержать стереодекодеры и/или цифровые процессоры звука (Audio DSP), и даже цифровые процессоры видеосигнала. Это позволяет без дополнительных внешних микросхем обрабатывать стереосигналы NICAM, A2 (German Stereo) и BTSC MPX, а также формировать сигналы систем DPL (Dolby^® Pro Logic^®), EPS (Extended Pseudo Stereo), ESS (Extended Spatial Stereo), VDS (Virtual Dolby^® Surround), SRS 3D и SRS TruSurround^®. Еще одна возможность микросхем UOC-процессоров новых серий от фирмы PHILIPS — демодуляция сигналов радиовещания по системам RDS (European Radio Data system) и/или RBDS (USA Radio Broadcast Data System). Только перечисление всех возможностей микросхем этих серий займет несколько страниц.

Обе серии UOC-процессоров TDA110ххH и TDA120ххH объединены в семейство, которое обозначают как UOCIII. Все микросхемы данного семейства изготавливаются в корпусе QFP-128 для поверхностного монтажа и имеют по 128 выводов, расположенных по периметру корпуса. Причем существуют микросхемы с прямым (TDA110ххH и TDA120ххH) и обратным расположением выводов (TDA110ххH1 и TDA120ххH1). Различие в зеркальном расположении выводов: если у TDA110ххH вывод XTALIN — это вывод 10, то у TDA110ххH1 — это вывод 119. Обратите внимание, что сумма номеров этих выводов равна 129 (119 + 10). Используя указанное свойство, легко найти соответствие между всеми выводами микросхем с индексом H и H1. Если известен номер вывода TDA110ххH (например, N), то соответствующий ему вывод TDA110ххH1 будет иметь номер 129–N.

БИС семейства UOCIII могут иметь разную «начинку». Так, у UOC-процессора TDA12027H предусмотрен декодер телетекста с памятью на 10 страниц, мультистандартный декодер цветности с гребенчатым фильтром, цифровой процессор звука и мультистандартный стереодекодер, система шумопонижения dbx^®. Он может обеспечить также прием стереорадиопрограмм FM и RDS/RBDS. А вот UOC-процессор TDA11010H — монофонический, без цифрового процессора звука, гребенчатого фильтра и прочих наворотов. Нет даже телетекста. TDA1100H еще проще — у него нет декодеров SECAM и PAL, только NTSC.

Для примера приведу обозначение и назначение выводов процессора UOC TDA12027H (табл. 8), который очень часто применяется в телевизорах фирмы SONY, собранных на шасси BX1. Остальные процессоры семейства имеют подобное назначение выводов с некоторыми изменениями, которые обусловлены разными версиями БИС и программного обеспечения (ПО).

В заключение хочется отметить, что процессоры UOC используются и в жидкокристаллических (LCD) телевизорах. Для этих целей фирма PHILIPS разработала и выпускает БИС UOC серии TDA15xxxH/H1.