DVB-T接收前端下變頻電路設計*

顧 彬，李小進，賴宗聲

（華東師范大學 微電子電路與系統研究所，上海 200062）

1 引言

DVB-T是一項技術比較成熟的地面數字電視廣播標準，已得到相當廣泛的應用。地面數字電視廣播是利用RF頻段信號在地表附近傳播的，而接收則是利用天線進行無線接收。從接收到的RF信號到音視頻信息的轉換過程中，必須將RF信號變成數字基帶信號，以便進行同步、解碼等一系列數字基帶處理，才能最終得到圖像和聲音信息[1]。這其中從RF信號變為數字基帶信號的過程，一般有2個步驟：從RF到中頻，再由中頻到基帶。本文所設計的電路即為從RF到基帶的下變頻電路。

2 實現方案

DVB-T RF 信號（51～858 MHz）由天線接收并輸入到調諧器（Tuner）中，經混頻、放大后，輸出差分中頻信號，其中心頻率為36.13 MHz，帶寬為8 MHz。此中頻信號進入A/D轉換器（ADC），利用帶通采樣的原理，進行數模轉換，得到數字基帶信號，ADC采樣率為32 MS/s（兆符號/秒）。最后設置了緩存（Buffer），對輸出數字基帶信號進行電平調整，并增強其驅動能力，以便與后續的FPGA的I/O電平匹配。本電路通過一組I/O將最終的數字基帶信號送入FPGA中，進行同步、解碼等處理[2-3]。

圖1為本文方案的模塊圖。其中，調諧器TD1316AL/IHP、A/D轉換器AD9236和Buffer 74FCT244組成數據主通路，而控制部分則由微控制器Mega8和D/A轉換器（DAC）AD7249 組成。

圖1 方案實現框圖

3 電路原理與設計

3.1 調諧器

調諧器的工作是將無線射頻信號進行下變頻，得到中頻信號。本方案選用的調諧器為Philips公司的TD1316 AL/IHP，它是符合歐標的數字調諧器。

TD1316AL/IHP可以接收的RF信號頻率范圍為51～858 MHz，輸出的中頻信號頻率為36.13 MHz，經SAW濾波的差分中頻輸出信號可以直接驅動ADC。TD1316AL/IHP具有射頻AGC和中頻AGC2個放大器。其內部PLL的工作頻率及AGC放大器電壓等參數均通過I2C總線進行配置。I2C總線為Philips開發的一種兩線串行總線，廣泛應用于各種電子產品中。

RF_AGC，IF_AGC分別為射頻信號增益控制和中頻信號增益控制，兩者都可以進行調節，以使中頻輸出的值在ADC的工作范圍之內，一旦ADC溢出（overflow信號有效），就需要調節這2個AGC。參考調諧器的數據表，用其首選方案，將RF_AGC設置為最大，對IF_AGC進行實時調節。表1給出了調諧器主要參數及定義，表2中列出了調諧器的I2C控制字。通過I2C總線，還可以得到調諧器的工作狀態，表3中列出了調諧器的I2C狀態字，其中的關鍵參數PLL頻率鎖定標志FL，當PLL鎖相成功時，其值為1。

表1 調諧器I2C控制字的參數定義

表2調諧器I2C控制字

表3調諧器I2C狀態字

3.2 A/D轉換器

調諧器輸出的差分中頻信號進入ADC，進行帶通采樣。選用的ADC為ADI公司的AD9236，它具有12位轉換精度，80 MS/s的采樣率，可適應Vpp為1～2 V的差分模擬輸入。它提供Overflow信號，用于檢測輸入信號幅值溢出。

將ADC的采樣率設為32 MS/s，此采樣時鐘是通過一塊32 MHz的有源晶振來提供的。

3.3 控制器（Mega8）

本方案中的控制器是由單片機來實現的。選用ATMEL公司的AVR Mega8，它是8位MCU芯片。使用帶有C編譯器的開發軟件CVAVR來編寫控制程序[4]，并通過并口ISP下載線對Mega8進行編程。在編寫I2C總線操作部分程序時[5]，調用了CVAVR軟件自帶的軟件I2C模塊來完成。

Mega 8作為控制器，協調各組件的工作。主要完成以下2項工作：

1）第1項工作為配置調諧器，使其正常工作，輸出正確的中頻信號。

利用I2C總線，初始化調諧器，寫入控制字，來配置各項參數。方法為：根據預先知道的RF信號頻率或頻率范圍，計算出相應的調諧器頻率參數，通過I2C總線寫入調諧器中。然后通過I2C總線讀取調諧器的工作狀態，若頻率鎖定參數FL有效，說明調諧器中的PLL已鎖定頻率，使調諧器進入正常模式，單片機進入第2項工作。若頻率鎖定參數無效，則PLL未鎖定頻率，此時將頻率參數值加1或減1（由開關控制），并將頻率參數通過I2C總線寫入調諧器中，再次讀取調諧器工作狀態，判斷頻率鎖定參數FL是否有效；若仍然無效，則繼續上述過程，直到FL有效，則使調諧器進入正常模式，單片機進入第2項工作。

2）第2項工作為控制IF_AGC，使中頻信號的幅度滿足ADC的輸入要求，保證ADC正常工作。

將RF_AGC設成最大 （初始化調諧器時通過參數配置），實時調節IF_AGC的大小，以使調諧器的中頻輸出信號幅值在ADC的參考電壓范圍內。一旦其超出范圍，ADC便產生一個overflow信號。Mega 8檢測到這個信號后，將IF_AGC所對應的寄存器值減1，再將新的值以串行方式傳送給DAC。DAC將接收到的串行數據轉換成并行數據，并轉化為模擬信號 （0～3 V）輸出到調諧器的IF_AGC引腳。若此時的IF_AGC可使中頻輸出信號符合ADC的參考電壓，則調節完成；若仍然不符合，則ADC再次發出overflow信號，重復上述過程。

控制程序代碼片段如下：

4 調試結果

所選測試信號為上海東方明珠移動電視，其采用DVB-T標準，信號覆蓋廣，接收頻率為722 MHz。天線選擇001電視接收天線SN03A，可接收頻率范圍為45～860 MHz。利用Agilentinfiniium54833DMSO示波器來觀察測試結果。

圖2所示為根據本文電路設計的PCB板，利用Protel99SE繪制并完成，以下調試結果均是基于此PCB板得到的。

圖2 根據本文電路設計的PCB板

圖3為調諧器差分中頻輸出之一的信號波形圖。中頻信號的頻率為36.125 MHz，帶寬約為8 MHz，Vpp約為1.27 V，可以滿足ADC的輸入要求。

圖4為經ADC采樣后的輸出波形圖。數字基帶信號帶寬約為8 MHz，其高電平值約為3.3 V，與FPGA的I/O電平匹配。

5 小結

圖3 調諧器中頻輸出信號圖

圖4 ADC輸出波形圖

筆者首先介紹了DVB-T接收系統前端部分的基本原理。根據原理，設計了DVB-T RF信號到數字基帶信號的變頻電路，主要包括2段過程，由調諧器將RF信號下變頻為中頻差分信號，再由A/D轉換器ADC進行帶通采樣，將中頻差分信號采樣為數字基帶信號。電路中還包括通過I2C總線實現的控制部分。通過測試，本電路成功地將DVB-T RF信號轉換為數字基帶信號。

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[1]ETSI EN 300 744 V1.5.1，Digital video broadcasting （DVB）：framing structure，channel coding and modulation for digital terrestrial television[S].2004.

[2]程金泉，朱維樂.DVB-T接收系統前端實現[J].現代電視技術，2005（6）：88-90.

[3]牛光輝，蘇鵬.帶通采樣在多載波數字中頻接收機中的應用[J].電訊技術，2008，48（1）：47-51.

[4]金春林，邱慧芳，張皆喜.AVR系統單片機C語言編程與應用實例[M].北京：清華大學出版社，2003.

[5]Philips Semiconductors.The I2C-BUS specification[EB/OL].[2009-10-12].http://www.nxp.com/acrobat_download2/literature/9398/39340011.pdf.