电子调谐器Tuner工作原理

Tuner工作原理简介第一章电视视信号基础第二章Tuner基本原理第一节高频调谐器第二节中放电路第三节视频检波第四节AGC和AFT第五节频率合成式高频头第一章电视信号基础电视广播如下图所示。首先由摄像机在演播室或现场摄取电视节目，将活动的景象转换成相应的图像信号，然后经过放大，再混入同步、消隐脉冲信号，并用录像机录制成节目带或通过电视转播车等传送手段将信号送到电视台中心机房，再经过编辑加工处理后，与伴音信号一起送入电视发射机，由发射机将电视信号调制在超高频载波上，然后通过天线以电磁波形式辐射到空间，或通过电缆线传送到千家万户，以供电视机接收。电视信号包括图像信号（全电视信号）和伴音信号，图像信号的频率范围是0Hz～6MHz，伴音信号的频率范围是20Hz～20KHz。根据天线理论，只有当天线的尺寸与信号的波长相近时，天线才能有效地发射或接收电磁波。音视频电视信号的频率不够高，波长太长，信号不能直接送往天线以电磁波的形式发射出去。只有将音视频电视信号对高频载波进行调制处理，使音视频电视信号变为高频电视信号，以减小信号波长，利于天线发射与接收。另外，不同的电视台，可选用不同的载波频率，即选用不同的频道，这样便于接收机选台。一、图像信号的调制图像信号均采用调幅方式发送，调幅就是使高频载波的幅度随图像信号变化而变化。因为图像信号的最高频率为6MHz。所以载波频率必须在40MHz以上。0Hz～6MHz的图像信号对载波进行调幅后，调幅波的频谱中，除图像高频载波fP外，还产生了上、下两个过带，上边带的最高频率为fP+6MHz，下边带的最低频率为fP-6MHz。高频图像信号的双边带频宽为12MHz。要传送频带如此宽的信号，会使电视设备复杂、昂贵，另外又使得在一定频段内可设置的频道数量减小。由于调幅波上、下两个边带所反映的图像信号内容完全一样，为了减小频带，只要发送调幅波的上边带或下边带即可。这样只发送一个边带的方式叫单边带方式。但要将上边带或下边带刚好滤除是非常困难的。我国电视制式规定，除发送上边带外，还发送0Hz～0.75MHz的下边带，即0Hz～0.75MHz低频图像信号仍采用双边带方式发送，0.75MHz～6MHz高频图像信号采用单边带方式发送，这种发送方式又称为残留边带调幅发送方式，其频谱如图一（图一、频谱图）目前各国电视广播都采用负极性调幅，我国也是如此。所谓负极性调幅就是指画面越亮时调幅波的振幅越小。调幅波的波形如下图：负极性调幅具有下列优点：1、节省发射功率。随着图像亮度的增加，发射机的功率减小。在一般情况下，一幅图像亮的部分总比暗的部分面积大些。2、干扰脉冲对图像的影响比较小。外来干扰脉冲叠加在调幅波上，对应于黑色电平，在荧光屏上表现为黑点，使人不易察觉。3、同步脉冲电平是峰值电平，这样便于接收机中的自动增益控制（AGC）利用同步脉冲峰值电平作为参考电平。负极性调幅的缺点是，外来干扰脉冲在黑电平之上时，就容易破坏接收机的同步及AGC控制，所以在同步分离及AGC电路的前面都设立抗干扰电路。二、伴音信号的调制伴音信号采用调频方式发送，所谓调频，就是用音频信号去控制高频载波的频率，使载波的频率随音频信号变化而变化，如图二所示。当音频正弦波振幅作正半周变化时，高频载波的频率fS也作正弦规律增加；当音频正弦波振幅作负半周变化时，高频载波的频率fS也作正弦规律减小。（图二）由于调频波的频谱十分复杂，调频波的有效频宽B近似计算公式为：B=2×（△f+Fmax）式中△f为调频波的最大频偏，我国规定△f=50KHz。Fmax为电视音频信号的最高频率，我国规定Fmax=15KHz，于是伴音调频信号的带宽B为：B=2×（50+15）=130KHz，为留有余量，我国规定伴音频宽为250KHz。为了与高频图像信号频谱不重叠而又接近，规定每个频道的伴音载频fS比图像载频fP高出6.5MHz，如图三所示。为了提高伴音高频端的信噪比，调频前先对伴音信号进行预加重处理，即人为地提升伴音高音分量的幅度，预加重时间常数为50μS。（高频电视信号频谱图）第一章Tuner基本原理高频头的发展经历了机械式高频头、电压合成式高频头、频率合成式高频头三个阶段。机械式高频头早已淘汰，而频率合成式高频头则是现在的主流产品。无论是电压合成式或是频率合成式高频头其前级的电路与功能是一样的。大部分彩电均采用电压合成调谐式高频头来实现电视信号的接收，这种高频头是利用变容二极管的结电容随加在变容二极管两端的反向电压（调谐电压）的变化而变化，从而改变本振回路的振荡频率，实现调谐接收。一般是由CPU给出频段控制电压和调谐电压来分段实现电视频道的接收，并把各频道对应的调谐电压数据储存于存储器中，供以后直接取出使用。电压合成调谐式高频头能够接收57个无线频道：L段（1～5）、H段（6～12）、U段（l3～57）。目前出品的这种电压合成式高频头还能接收Z1～Z35甚至更多的CATV有线增补频道，俗称增补高频头。电压合成式高频头的最大弱点是，由于受温度、电压等因素变化的影响，其调谐稳定度不高，而引起频率漂移，且控制难度较大即必须在中放电器设置AFT电路，检出频率误差电压，直接加在高频头AFT端子或通过CPU去校正高频头调谐端子VT的调谐电压，以保证高频头内本振电路频率的稳定性，一旦上述电路出现问题，就会导致逃台或自动搜索不存台，甚至图像、声音指标大幅下降的故障。频率合成式高频头可解决上述电压合成调谐式高频头的缺陷。频率合成式高频头是以锁相环（PLL）技术为基础，对信号相位进行自动跟踪、控制的调谐系统。这种高频头不再由CPU直接提供高频头的频段、调谐电压，而是由CPU通过串行通信总线（I2C总线）向高频头内接口电路传送波段数据和分频比数据，于是高频头内的可编程分频器等电路对本振电路的振荡频率进行分频，再与一个稳定度极高的基准频率在鉴相器内进行比较．若两者有频率或相位的误差时，则立即产生一个相位误差电压去控制（改变）本振频率，直至两者相位相等，此时的本振频率即被精确锁定在所收看的频道上，也就是说，高频头内的本振电路的振荡频率一直跟踪电视台的发射频率，故接收特别稳定，这是频率合成式高频头的优点之一。LCD-TV所用的Tuner实际上集合了高频调谐器、中频放大器、视频检波等部分组成，其原理框图如下：混频器中频放大视频检波第二伴音中频信号CVBS信号本振ANT高频放大器高频调谐器（高频头）早期的高频头只包含上图中的红虚线内的部分，而中频放大、视频检波部分的电路均在主板内。但，无论是电压合成式或是频率合成式高频头其前级的电路与功能是一样的。下面就各部分作说明；第一节高频调制器高频调谐器又称高频头，是电视机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。1.高频调谐器的电路组成高频调谐器的电路组成如图1－1所示，它有VHF调谐器和UHF调谐器组成。VHF调谐器由输入回路、高频放大器、本振电路和混频电路组成，由混频电路输出中频信号。UHF调谐器也由输入回路、高频放大器和变频电路组成。在UHF调谐器中，本振电路和混频电路由变频电路完成，变频电路输出的中频信号送至VHF混频电路，这时VHF调谐器的混频电路变成了UHF调谐器的中放电路。由于高频调谐器的工作频率很高，为防止外界电磁场干扰和本机振荡器的辐射，高频调谐器被封装在一个金属小盒内，金属盒接地，起屏蔽作用。VHF调谐器与UHF调谐器的调谐原理是基本相同的。从天线接收进来的高频电视信号，包括各种不同的频道，输入回路初选出所需收看的频道，而抑制掉其他各种干扰信号。为提高接收灵敏度，高频电视信号先经过选频放大，然后送入混频电路，与本振电路产生的本振信号进行混频，以产生中频电视信号。2.高频调谐器的功能高频调谐器的功能主要有三个方面：2.1选频通过频段切换和改变调谐电压选出所要接收的电视频道信号，抑制掉邻近频道信号和其他各种干扰信号。2.2放大将接收到的微弱高频电视信号进行放大，以提高整机灵敏度。2.3变频将接收到的载频为fp的图像信号、载频为fc的色度信号、载频为fs的伴音信号分别与本振信号fo进行混频，变换成载频为38MHz的图像中频信号、载频为33.57MHz的色度中频信号和载频为31.5MHz的伴音中频信号。并将它们送至中频放大电路。3.高频调谐器的性能要求由于高频调谐器位于电视机信号通道的最前端，其性能好坏对整机性能质量有很大影响。对高频调谐器的性能要求主要有六个方面：3.1与天线、馈线及中放电路要良好匹配天线接收到的信号通过馈线送到高频调谐器，高频调谐器的输入阻抗就是馈线的终端负载阻抗。要求天线、馈线与高频调谐器匹配良好，就是要求天线输入阻抗、馈线特性阻抗、高频调谐器输入阻抗三者相等。若阻抗不匹配，则要加阻抗变换器，否则不仅天线上的感应信号不能有效地传输到高频调谐器，而且会产生因信号来回反射所造成的重影干扰。高频调谐器的输出端要与连接到中放去的电缆的特性阻抗相匹配，以便让中频信号最有效地传输到中放电路中去。3.2具有良好的选择性和合适的通频带高频调谐器应具有良好的选择性，对邻近频道干扰、中频干扰、镜像干扰有较强的抑制作用。镜像干扰也称为假像干扰，是指比本振频率高一个中频的干扰信号，它与本振频率的差频也是一个中频信号。中频干扰和镜像干扰都无法被后面的中放电路所抑制，因此这些干扰都必须在混频电路之前加以抑制。由于高频电视信号的带宽是8MHz，因此要求高频调谐器的通频带也为8MHz，通频带过窄会使图像和伴音产生频率失真。高频调谐器的频率特性如图1－2所示。fp、fc、fs分别是图像、色度和伴音的载频，要求fp到fc的增益差小于1dB，否则会引起彩色失真；在幅度衰减3dB处的带宽应大于8MHz，以满足通频带的要求；在幅度衰减6dB处的带宽应小于11MHz，以满足选择性要求。3.3本机振荡频率要稳定本机振荡频率必须稳定，否则会产生各种失真的干扰。以接收第五频道为例，图像载频fP为85.25MHz，伴音载频fS为91.75MHz，本振频率fo为123.25MHz。若高频调谐器本振频率正常，则混频后输出的中频载频分别为：fPI＝38MHz、fCI＝33.57MHz、fSI＝31.5MHz。若用P、C、S分别代表上述三个中频载频，则它们在中放曲线上的位置如图1－3（b）所示。P、C分别在中放曲线的50℅峰值处，S在吸收点。当本振频率fo偏低时，fPI、fCI、fSI均偏低，P、C、S三点分别向左移到P＇、C＇、S＇处，如图1－3（C）所示。这时伴音中频S＇进入图像范围，经视频检波后，会产生2.07MHz的色声差频干扰信号，且幅度较大，将使图像和色度随伴音的强弱而波动，称为色声干扰。同时P＇的增益下降，将使图像亮度信号的低频分量增益下降，使对比度变差；C＇的增益上升，将使色饱和度过强。当本振频率fo偏高时，fPI、fCI、fSI均偏高，P、C、S三点分别向右移到P＇＇、C＇＇、S＇＇处，如图1－3（d）所示。这时色声干扰也严重。同时P‘’的位置上升，将使图像亮度信号的低频分量增大，造成图像的黑白对比过浓、清晰度下降；C‘’点位置偏低，色饱和度变淡。所以，为了保证彩色图像的稳定，高频调谐器本振频率的漂移要求小于±50KHz。为使本振频率的稳定，在准确选取元件和合理设计电路外，还要设置AFT（自动频率微调）电路。AFT电路是将末级中放输出的一部分中频信号送到鉴相器，当本振频率正确时，鉴相器没有输出；当本振频率偏移时，中频也偏离标准值，鉴相器就输出一个误差电压，去控制本振的频率，使之恢复到准确值。3.4噪声系数要小、功率增益要大电视机接收效果的好坏不仅与信号的强弱有关，而且与噪声的大小有关。为保证良好的接收效果，电视机应有低噪声性能。由于高频调谐器位于信号通道的最前端，它产生的噪声将被后级放大，从而使整机噪声大大增加，因此整机噪声系数主要取决于调谐器。高频调谐器的噪声系数为NF，一般要求NF小于5dB。为减小噪声系数，高频调谐器应选择低噪声元件。高频调谐器的功率增益应大于20dB，它包括输入回路－6dB，高频