国标解调芯片M88DD2000 的原理与应用

       所谓数字电视，就是将传统的模拟电视信号经过抽样、量化和编码转换成用二进制数代表的数字式信号，然后进行各种功能的处理、传输、存储和记录。采用数字技术不仅使各种电视设备获得比原有模拟式设备更高的技术性能，而且还具有模拟技术不能达到的新功能，使电视技术进入崭新时代。

        与模拟电视相比, 数字电视具有以下特点及先进性：1）清晰度更高、音频效果更好、抗干扰能力更强；2）更合理有效地利用各类频谱资源。数字电视采用数据压缩编码技术，传输信道带宽较模拟电视大为减小，传输一套模拟电视节目的8MHz频道可同时传输4~6套数字电视节目；3）降低了信号发射功率，输出信号稳定可靠，易于消除图象畸变，且输出信号易于存储；4）数字电视输出信号具有可扩展性、可分级性和可操作性，便于在各类通信信道或有线电视信道中传输。　

         一个完整的数字电视系统同模拟电视广播系统一样，也是由节目源、广播和接收三大环节组成，具体结构如图1所示。由图1可见：数字电视系统主要由信源编解码、节目流与传送流多路复用/解多路复用、信道传输、信道编解码、调制解调等设备组成。澜起科技推出的M88DD2000就是针对中国国标地面数字电视的高性能解调器，完成数字电视系统接收端的解调、解码等功能，无论在固定、移动或者便携时都具有优异的系统性能。其主要应用领域包括：地面机顶盒、数字电视一体机、移动和手持电视等。

图1 数字电视系统的构成

1、M88DD2000主要特点和优势：

　　1.符合全国标GB20600-2006标准；

　　2.支持单载波和多载波信号解调；

　　3.支持国标GB20600-2006定义的所有解调模式；

　　4.支持6/7/8MHz信号带宽；

　　5.内嵌高性能的10位数模转换器，对中频(4.57MHz和36.167MHz)进行直接采样；

　　6.内嵌专门的脉冲干扰消除模块，用于对脉冲噪声进行滤除，有效地提高了抗脉冲干扰能力；

　　7.极强的邻道选择能力，大大提高了领道选择性能；

　　8.极强的抗信道时延扩展能力；

　　9.内嵌专门的MCU，可以进行锁定指示、信号质量、器件状态控制和调度，从而大大简化了产品的开发过程；

　　10.支持自动模式检测和参数恢复与更新；

　　11.内嵌电源管理模块，可以支持三种供电模式：单3.3V、3.3V和1.8V 或者3.3V和1.2V供电；

　　12.低功耗设计, 减小了电源消耗、提高了系统的稳定性；

　　13.100pin LQFP小封装。

2、M88DD2000的内部框图和工作原理

　　M88DD2000的内部功能模块框图如图2所示。

图２： M88DD2000的内部功能模块框图。

3、各模块工作原理

ADC

        M88DD2000内置一个高性能的10位宽度 ADC来对中频进行直接采样, 支持的中频频率为4.57MHz 和 36.167MHz，带宽为6MHz、7MHz、8MHz。

AGC

        M88DD2000有两个模拟AGC(自动增益控制）输出，一个用于射频的自动增益控制，另一个用于中频的自动增益控制。AGC环路通过比较采样信号和AGC参考值之间的大小来产生AGC的PWM输出 (Pulse Width Modulator)。 PWM的速率使根据输入信号的电平来进行调整。

前端模块

        前端模块(Front end)主要实现的功能包括： 直流去除，脉冲噪声去除、数字AGC、中频到基带的下变频、以及内插滤波和速率变换。直流去除的作用是补偿在AD变换之后 I/Q 两路的增益不平衡、相移偏差以及直流偏置。脉冲噪声去除是将采样信号的幅度与预先设定的门限进行比较，如果在一个连续的时间内，采样信号的幅度高于门限，则认为存在脉冲噪声需要滤除。数字AGC的功能是补偿已经滤波之后的数字信号功率，通过计算一定周期内的输入信号平均功率，将其调整到接近预先设定的参考值。中频到基带的下变频功能是通过数字的本地载波信号与采样后的输入信号相乘，滤除高频分量后得到基带的有用信号；内插滤波和速率变换是根据符号速率和定时恢复模块输出的控制信号对信号抽取，从而得到与符号速率一致的采样信号。

FFT

         FFT模块执行快速傅立叶变换。FFT模块是由符号定时和载波同步模块来进行触发的。在多载波时，FFT执行从时域到频域的变换。在单载波时，再完成FFT变换之后，还有进行一次IFFT变换，将信号再次变换到时域，同时可以利用FFT变换的结果来提取导频信息。

信道估计和校正

        信道估计模块使用本地的PN序列与接收信号的PN序列进行时域相关，从而完成信道的估计和校正，同时确定多载波或者单载波的帧体起始位置。

符号、定时和载波同步

        符号同步模块动态地调整以保证帧体符号的正确起始点，以便可以正确的执行FFT运算或者抽取出单载波帧体数据块。

        定时同步模块是一个全数字时钟恢复电路，用来补偿由于晶体或者外部时钟造成的采样时间偏差。

        载波同步模块是用来跟踪和补偿由于收发端频率不一致等引起的频率误差。

        符号/比特解交织和解映射。

        解交织模块是对数据符号进行解交织处理，只是发端交织的逆过程。

        解映射模块对依据星座图的位置对数据符号进行解映射软判决。

FEC (LDPC和BCH纠错解码)

        解映射之后的输入被送入LDPC解码和BCH解码，根据系统信息的指示来检测和纠正传输中产生的错误，最后形成解调和解码后的数据流。

MPEG格式化模块(MPEG Formatter)

        将解码后的数据流根据MPEG－TS的接口数据格式传送给MPEG输出接口，可以被送到后端的图像解码芯片或主控制器芯片。M88DD2000支持的MPEG－TS输出数据接口包括: 并口、串口和MPEG－TS通用接口，可以支持高达61.44MHz瞬时数据速率。

I2C接口

        M88DD2000有两个I2C接口，一个接口用于对M88DD2000的控制和设置；另外一个用于主控芯片对调谐器控制的中继。

内嵌MCU

         M88DD2000内嵌一个高性能的MCU，用来控制和调度所有内部模块，以及相关信号质量的采集和指示等工作。

4、典型应用

        得益于高集成度和通用的接口设计，仅仅需要很少外部元器件，就能够采用M88DD2000，与通用的调谐器和信源解码器构成一个完整的支持多载波和单载波的全国标融合机顶盒接收系统。

         M88DD2000提供了与调谐器和信源解码器的完整接口，如图3所示。

图3： M88DD2000的典型应用。
 
         M88DD2000与国标地面数字调谐器的接口主要包括：RF AGC输出，IF AGC 输出，I2C中继器接口，以及用于传输国标中频信号的差分输入。RF AGC和IF AGC的参考电平都可以通过写寄存器进行更改，同时AGC PWM输出的极性可以由用户定义。到M88DD2000的中频信号是差分输入的(IF+, IF-)模拟信号 。I2C是M88DD2000将信道解码器中MCU控制信号中继后送到调谐器的接口。

         M88DD2000与信道解码器的接口有MPEG TS接口和I2C接口。MPEG TS接口是将M88DD2000解调和解码之后的数据送入信道解码器进行图像和声音的解复用、解压缩等处理。MPEG的接口支持并行和串行接口模式，最大比特率可达61.44M。I2C是连接图像解码器中MCU，用来将MCU产生的系统控制信号传输到M88DD2000和调谐器。

本文小结

         M88DD2000是澜起科技针对中国数字地面电视市场推出的一款全国标、高性能解调芯片，采用了高集成度的系统构架和优异的数字处理算法，为客户提供具有更低功率消耗、更好性能的解决方案。