有线数字电视机顶盒主要元器件介绍

1.一体化调谐解调器

一体化调谐解调器是将调谐器、解调和信道解码器等做在一起，并用金属壳屏蔽起来，形成独立的通用器件，常称为高频头。它与卫星数字电视接收中高频头、模拟电视机中的高频头有本质上的不同，只不过是一种通俗名称。它在有线数字电视机顶盒内的形状如图5-11所示。

图5-11 一体化调谐解调器的形状

a）NXP公司产品 b）THOMSON公司产品

有线数字电视机顶盒中的一体化调谐解调器与卫星数字电视接收机（机顶盒）中的一体化调谐解调器不同之处是：调谐器接收信号的频率较低（48～860MHz）、频带较窄（812MHz），中频频率为36MHz。解调器采用QAM解调，考虑数字电视与模拟电视同缆传输，一体化调谐解调器设有射频输入、输出端；而卫星数字机顶盒中的一体化调谐器接收信号的频率为950～2150MHz，频带为1200MHz，中频频率为479.5MHz；采用QPSK解调器，一体化调谐解调器设有两个卫星信号接收端。

下面介绍TOSHIBA公司、THOMSON公司、PHLIPS公司、三星公司、成都旭光公司生产的有线数字电视机顶盒中的一体化调谐解调器。

（1）DCF8712型一体化调谐解调器：THOMSON（汤姆逊）公司生产的一体化调谐解调器DCF8712，这种调谐解调器是专为有线电视数字机顶盒设计的，它完全兼容于欧洲数字电缆标准ETS 300429。其前端包括VHF/UHF调谐器，可选的天线环穿功能，用于数字信号的频道滤波器，增益受控的中频放大器等，QAM解调器为ST公司的STV0297单片解调器。该调谐解调器的逻辑框图如图5-12所示。各引脚功能见表5-3。

一体化调谐解调器主供电电压为5V，复位脉冲电压为5V，3.3V电压为高频头解复用时用，调谐供电电压为30V，其调谐范围0～30V。某一频点的调谐电压数值记忆在EEP-ROM中。一体化调谐解调器与解码主芯片通信采用I²C总线技术。某一频点的节目TS流数据从15～22脚（D0～D7）输出至解码主芯片相关引脚，实现单一节目码流的解压缩。数据及信号的同步由12、14脚完成。AGC（自动增益控制）输入输出脚短接，由内置RF-AGC控制。

图5-12 DCF8712型一体化调谐解调器内部逻辑框图

表5-3 DCF8712型一体化调谐解调器引脚功能

（续）

（2）FTL-3032型一体化调谐解调器：FTL-3032型一体化调谐解调器内部组成框图如图5-13所示，各引脚功能见表5-4。

图5-13 FTL-3032型一体化调谐解调器内部组成框图

表5-4 FTL-3032型一体化调谐解调器引脚功能

（续）

（3）CD1316型一体化调谐解调器：PHLIPS（飞利浦）公司生产的一体化调谐解调器CD1316，它以单变换概念为基础，频率范围为51～858MHz，具有平坦的响应曲线和较低的相位噪声。该一体化调谐解调器带有数字可编程锁相环调谐系统，可通过I²C总线控制频率选择和频道转换。调谐解调器内部的调谐电压由自身的DC-DC变换器提供，因此只需要一路5V电压就够了。CD1316调谐解调器内部结构图如图5-14所示。

图5-14 CD1316型一体化调谐解调器内部组成框图

（4）TCMU30311PTT型一体化调谐解调器：三星公司TCMU30311PTT型一体化调谐解调器将高频调谐解调器、频率合成器、数字解调和信道解码器等做在一起，用金属壳屏蔽起来，形成独立的通用组件，该组件完成调谐、QAM解调和信道解码的功能。一体化调谐解调器的输入频率范围为50～860MHz，有环通输出，中频中心频率为36.125MHz。可以进行16、32、64、128、256QAM解调，16、256QAM解调时符号率为1.5～7.25Mbaud/s，32、64、128QAM解调时符号率为1.0～7.25Mbaud/s。所有电路装在一个104mm×47mm×14mm的屏蔽盒内，图5-15是其内部结构框图。

图5-15 TCMU30311PTT型一体化调谐解调器内部组成框图

2.单片式解复用与解码器芯片

单片式解复用与解码器芯片内部集成有MPEG-2音视频解码器、32位高性能CPU、视频显示控制器、电视信号编码器及丰富的用户接口部件，为多种机顶盒应用提供全面支持。

单片式解复用与解码器芯片的主要功能是先对经过一体化调谐解调器解调后输出的TS码流进行解复用，根据所要收视节目的包识别符（PID）提取出相应的视频、音频和数据，恢复符合MPEG-2标准的打包节目基本流（PES），然后进行MPEG-2解码。PES数据包送到MPEG-2解码器芯片解压缩，生成符合CCIR601格式的视频数据流和符合PCM格式的音频数据流，分别送到视频编码器和音频DAC（数模转换器），再按一定机顶盒制式（PAL或NTSC）生成模拟电视信号，供电视机接收。

目前开发的MPEG-2解码模块将系统解复用模块集成到一起，因此也被称为单片机，其主要型号有：ST公司生产的STi5107、ST5105、STi5518、QAMi5516型芯片，日本富士通公司的MB86H20C型芯片，LSI公司的SC2005型芯片以及美国科胜讯公司的CX24142、CX24146、CX24380型芯片等。

（1）MB86H20C芯片：MB86H20C是富士通推出的机顶盒专用解码芯片，它可用于有线、地面、卫星等数字电视机顶盒，支持MPEG-2、MP3、JPEG格式解码及双向交互功能。

MB86H20C芯片主频为202.5MHz，它由主处理单元、独立硬件视频解码单元和音频解码单元等部分组成，解码时不耗用主处理单元资源，可显著提高视音频解码性能。两个视频解码单元可同时解扰/解复用3路TS流，实现画中画、多画面导航、PVR个人录像等功能。另外，它内嵌高速USB2.0 OTG控制器，既可以作为主设备，也可以作为从设备与其他如手机、USB硬盘、笔记本电脑等外设相连，传输速率高达480Mbit/s，为未来的功能应用扩展提供更多想象空间。该芯片采用了BGA封装形式，功耗仅为360mW。内部框图如图5-16所示。

该芯片丰富的功能使其成为整体转换、交互、增强型机顶盒的优选方案，目前已在国内大规模应用。

（2）STx5105/STi5107：STx5105/STi5107意法半导体（ST）公司研制的标清电视MPEG-2解码芯片，这两种芯片的硬件配置完全一样，只是STi5107增加了高级安全功能。因为ST公司具有自主知识产权的STAPI驱动程序的支持和完整的参考软件，该芯片为机顶盒制造商顺利升级提供了一条捷径。STAPI驱动程序是受到很多软件厂商支持的应用程序接口，它允许厂商在不同产品家族之间轻松地移植软件。

该芯片的ST2032位RISC CPU是全球机顶盒市场上使用较普遍的CPU内核，其200MHz的主频为先进应用提供了更强大的处理性能，并完全兼容所有的主流机顶盒中间件。芯片内置的2D图形引擎进一步提升了系统的整体性能，这个图形引擎减少了CPU的屏幕上显示负载，并为电视用户带来了更好视觉体验。STi5107包括DVB（数字视频广播）解扰器、一个低成本的DVB-CI（通用接口）移动安全模块接口，并支持一个单调谐器的DVR（数字录像机）的异时播放功能。STi5105采用低功耗制造工艺和LQFP216和PBGA324封，内部框图如图5-17所示。

（3）QAMi5516：QAMi5516是法国著名的芯片厂商STMicro公司推出的一款专门针对中低端市场的高性价比有线数字电视机顶盒单芯片，同时也是ST推出的第一个将前端QAM（正交幅度调制）数字有线信号解调器与后端MPEG视频解码集成在一起的芯片，因而能够很好的使模拟电视用户收看数字有线电视节目。

QAMi5516芯片是一款高集成度、高性价比的解调解码单芯片，它内部集成了32位ST20 CPU、QAM解调器、音频/视频MPEG-2解码器、显示及图像处理功能和各种系统外设接口等。除了具有有线数字电视机顶盒的全部基本功能外，它还可以运行中间件以实现数字电视营运商的增值服务，同时具有以太网接口、USB接口等丰富的外设接口，从而不仅为实现增值服务建立了很好的硬件环境，而且也能够满足用户上网浏览、电子商务及电子节目指南等方面的需求，其内部框图如图5-18所示。

目前市场上数字电视机顶盒多选用ST公司的器件，尤其是中低端机顶盒主要选择ST公司的两款解码芯片STx5105或QAMi5516。

OAMi5516是一款专门针对中低端市场的高性价比有线数字电视机顶盒芯片，它内部集成有前端QAM解调器与后端MPEG-2视频解码器，因而在集成度、性价比等方面有所提高。而STx5105是一款专门针对中低端市场的高性价比数字电视机顶盒芯片，它适用于卫星数字电视（DVB-S）、有线数字电视（DVB-C）、地面数字电视（DVB-T）机顶盒，它无内置QAM解调器。根据封装工艺及面向不同的应用市场，STi5105系列产品有STx5105、STM5105和STB5105三种型号产品，这三种型号产品的硬件性能规格和应用相同。STx5105与QAMi5516器件主要参数见表5-5。(www.xing528.com)

图5-16 MB86H20C型芯片内部框图

图5-17 STi5105型芯片内部框图

图5-18 QAMi5516芯片内部框图

表5-5 STx5105与QAMi5516器件主要参数对比

从表5-5可以看出，STx5105有两个显著的特点：第一个就是无内置解调模块；第二个就是适用范围广，通过外置不同的解调器件，适用于DVB-S、DVB-C和DVB-T机顶盒。

CPU主频越高、处理速度越快，尤其是处理音视频信号和数据信号。STx5105主频高达200MHz，是目前主流机顶盒速度最高的器件，其他型号的器件主频一般介于100～166 MHz，速度明显低于STx5105。

与CPU主频对应的是内存频率，内存频率越高，运行速度越快。如果只是CPU速度快，内存频率慢，那么CPU要花时间等待从内存读取数据，这样会降低处理速度。机顶盒主要采用SDRAM和DDR两种内存，而目前机顶盒内存主流采用DDR，DDR内存带宽比SDRAM要高，这样可以减少CPU从内存中读取数据的等待时间，提高处理速度。同时由于DDR接口的数据传输速率比SDRAM高，易于支持扩展业务。而SDRAM接口传输速率低，运行速度慢，无法支持大的扩展业务。STx5105内存采用DDR-166MHz，确保整体性能提升。

优良的封装工艺可以减少主板元器件间的数据交换“时滞”现象，同时提高系统抗干扰能力，因为干扰也会影响处理速度。目前数字电视机顶盒主芯片一般采用TQFP（塑料方型扁平式）封装和BGA（球栅阵列）封装。采用TOFP封装的器件，易于安装和维修，不容易出现虚焊等故障；而采用BGA封装则不利于维修，容易出现虚焊等故障。STx5105系列产品提供多种封装，主要采用TQFP封装。

STx5105在主频、内存频率、封装工艺、应用市场等方面要优于OAMi5516。

STx5105无内置解调器，适用于DVB-S、DVB-C和DVB-T 3种DVB标准的机顶盒，通过在STx5105前面采用不同的片外解调器，设计相应标准的机顶盒。而QAMi5516的市场定位只适用于DVB-C机顶盒，则内置QAM解调器。STx5105无内置解调器，则STx5105发热要低于QAMi5516，因为解调器是耗电、发热较大的模块。

（4）SC2005：SC2005芯片是LSI Logic公司推出的性能更优的机顶盒专用芯片。SC2005中集成了一个嵌入式32位CPU（MIPS）和32位RISC系统，3个RS-232接口，1个IEEE1394链路接口，1个IEEE1284并行接口，1个10Base-T以太网接口和若干通用I/O接口，以及DRAM控制器、Smart卡接口和I²C总线接口等。SC2005芯片的内部结构图如图5-19所示。

图5-19 SC2005芯片内部结构框图

（5）CX24308：CX24308芯片是美国科胜讯（Conexant）公司针对低成本的有线数字电视机顶盒研制的高集成度的MPEG-2解码器，CX24308由一个可编程的数据流传输处理器，MPEG-2音频/视频解码器，先进的二维图形硬件加速器，OSD显示控制器，电视解码器，以及具有USB2.0接口，200MIPS的高性能ARM946处理器，32位的强有力的ARM946中央处理器，200MIPS的处理能力，使其支持并完善处理机顶盒中间件应用。传输流处理器由专用的32位RISC并行处理核来实现，传输流处理器可以处理MPEG-2标准或者是DVB标准的数据流，最多可以支持32个PID的过滤。硬件的辅助处理器可以处理高流通量的数据流，例如DVB扰码及CRC校验和辅助分区过滤。

CX24308丰富的浏览和用户界面得益于其二维图像硬件处理器和5层图形显示，它内部集成了MPEG图像处理及图形OSD、文字广播、游标文字等高级显示功能。CX24308也同时具有高集成度具有On-The-Go功能的USB2.0接口，双向DVB共用接口（DVB-CI），并支持智能卡功能。CX24308芯片的内部结构图如图5-20所示。

3.音频D/A转换器

大多数数字电视机顶盒包括卫星数字电视接收机的音频D/A转换器都采用PCM1723E，这是一种具有可编程锁相环（PLL）的立体声数模转换器，其作用是将由音视解码器输出的PCM音频数据转换成具有左、右声道的模拟立体声音频信号。

PCM1723E包括串行输入音频数据接口、具有功能控制的8倍过采样数字滤波器、多电平Δ∑调制器、数模转换器（DAC）、模拟低通滤波器、模式控制单元和可编程PLL系统等，内部组成框图如图5-21所示。

（1）PLL电路。PLL电路可从外部27MHz基准频率中产生256f_s或384f_s的系统时钟频率。并能进行9种不同的采样频率编程，由各种编程频率再产生内部的采样时钟信号。可编程PLL能提供18种系统时钟频率，以适应内部DAC变换的需要。

图5-20 CX24308芯片内部结构框图

图5-21 PCM1723E的内部组成框图

（2）Δ∑调制器。PCM1723的Δ∑调制器基于5级振幅量化器和3级噪声整形。该部件把取样输入数据变换成5级Δ∑格式。5级Δ∑调制器和1位（2级）Δ∑调制器相比有更大稳定性及有更高的时钟频率波动的敏感性。Δ∑调制器和内部8倍内插滤波器的组合取样频率，对于384f_s系统时钟而言为48f_s，对于256f_s系统时钟而言为32f_s。

（3）特殊功能。PCM1723E有几项特殊功能，即数字衰减、数字去加重、软件静音、数据格式选择和输入字的分辨率。这些功能用二线接口来控制，其中8脚MD用于程序数据，7脚MC是在程序数据中所使用的时钟，6脚ML是在程序数据中用于锁定。

（4）程序寄存器。PCM1723的特殊功能是通过4个程序寄存器来控制的，其字长为16bit。这些寄存器全部用MD加载，当16数据位计时后，ML用以锁定这些数据加到相关的寄存器。

（5）输出滤波器。为了完成PCM1723的所有动态测试，必须用到20kHz的低通滤波器。低通滤波器有利于移走带内噪声。虽然这些噪声不能听到，但影响整个的动态范围。

4.存储器

存储器就是随机存储器（RAM），习惯上称为内存。RAM分成静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）两大类，DRAM又常说为“系统内存”。

数字电视机顶盒硬件配置的存储器类型主要有以下几种：串行EEPROM、FLASH、SDROM、CPU中的缓存、DDR等。它们所承担的任务及所发挥的功能不尽相同。

（1）EEPROM。EEPROM是电可擦可编程只读存储器，它是一种掉电后数据不丢失的存储芯片。目前在数字电视机顶盒里面的功能是存储开机状态、节目名称等可擦除性文件。存储MAC地址，机器序列号，系统配置信息，以及机顶盒断电后存储用户最后一次所观看的节目及音量等信息。

（2）FLASH内存。FLASH是一种可擦写、可编程的ROM，可以把它想象和PC的硬盘功能一样，但其速度快得多。FLASH用来存储机顶盒的系统软件、驱动软件、应用程序及一些用户信息，在系统断电时内容还可保留，同时FLASH可以通过在线的方式对其上所载的软件进行更新，达到机顶盒软件升级的目的。

（3）SDRAM。SDRAM是同步动态内存，它与系统总线同步工作，避免了在系统总线对异步DRAM进行操作时同步所需的额外等待时间，可加快数据的传输速度。它提高读写速率的基本原理是将CPU和RAM通过一个相同的时钟锁在一起，使得RAM和CPU能够共享一个时钟周期，以相同的速度同步工作，从而解决了CPU和RAM之间的速度不匹配问题。SDRAM主要是用来存储应用数据，并运行程序，设备断电后，所存数据清空。数字电视机顶盒的许多功能都需要内存来实现，例如图形处理、视音频解码和解复用等，不同的应用需求，内存的大小配置也各不相同。增强型机顶盒未来业务发展的需要，一般使用128MB以上的SDRAM。

（4）CACHE存储器。CACHE是高速缓冲存储器，它位于CPU和主存储器DRAM之间的规模较小的但速度很高的存储器，通常由SRAM组成。由于SRAM采用了与制作CPU相同的半导体工艺，因此与动态存储器DRAM比较，SRAM的存取速度快，但体积较大，价格很高。由于动态RAM组成的主存储器的读写速度低于CPU的速度，而CPU每执行一条指令都要访问一次或多次主存，所以CPU总是要处于等待状态，严重地降低了系统的效率。采用CACHE之后，在CACHE中保存着主存储器内容的部分副本，CPU在读写数据时，首先访问CACHE。由于CACHE的速度与CPU相当，因此CPU就能在零等待状态下迅速地完成数据的读写。

（5）DDR存储器。目前的数字电视机顶盒CPU的数据都是由内存提供。而CPU的性能和频率提升是在不断更新，这样就需要内存可以提供足够数量的数据来满足处理器的处理需要。但由于CPU频率提升，目前的内存已经远远不能满足CPU运算需要，而DDR存储器可以提供更大的内存带宽，来缓解这个问题。