数字电视机顶盒原理与维修

第一章数字电视机顶盒原理与维修

1.有线数字电视机顶盒概述

有线数字电视机顶盒是一种既能收看电视节目，又能进行交互式数字化娱乐、教育和商业化活动的消费类信息家电。其主要功能是将从有线电视用户口接收下来的数字电视信号转换为模拟电视信号，使用户用家中的模拟电视机，就能收看数字电视节目，图像质量可以接近500线水平。

1-1基本功能：

1)接收有线数字电视节目；

2)电子节目指南（EPG）；

3)高速数字广播；

4)软件在线升级；

5)因特网接入和电子邮件；

6)支持交互式应用；

7)有条件接收的核心是加扰和加密，数字机顶盒应有解扰解密功能。

1-2工作原理：

有线数字电视机顶盒接收数字电视节目、处理数据业务和完成多种应用的解析。从传输层提取信道编码信号，完成信道解码；还原压缩的信源编码信号，恢复原始音/视频流，同时完成数据业务和多种业务的接收、解析。数字电视的硬件结构由信号处理（信道解码和信源解码）、控制和接口几部分组成。机顶盒结构如图1所示。

机顶盒从功能上看是计算机和电视机融合的产物，但结构确与两者不同，从信号处理和应用操作上看，机顶盒包含以下层次：

（1）物理层和连接层包括高频调谐器，QPSK、QAM、OFDM、VSB解调，卷积解码，去交织，里德-所罗门解码，去能量扩散。

（2）传输层包括解复用，它把传输流分成视频、音频和数据包。

（3）节目层包括MPEG-2视频解码、MPEG/AC-3音频解码。

（4）用户层包括服务信息、电子节目表、图形用户界面（GUI）、浏览器、遥控、有条件接收、数据解码。

（5）输出接口包括模拟音/视频接口、数字音/视接口、数据接口、键盘、鼠标等。

1-3工作过程：

数字高频头接收来自有线网的高频信号（通常在48.5~860MHz），通过QAM解调器完成信道解码，从载波中分离出包含音、视频和其他数据的传送数字流（TS）。传送数字流中一般包括多个音视频流及一些数据信息。解复用器则用来区分不同的节目，提取相应的音、视频流和数据流，送入MPEG-2解码器和相应的解析软件，完成数字信息的还原。对于付费电视，条件接收模块对音、视频流实施解扰并采用含有识别用户和进行记账功能的智能卡，保证合法用户正常收看。MPEG-2解码器完成音、视频信号的解压缩，经视频编码器和音频D/A变换，还原出模拟音、视频信号，在普通模拟电视上显示高质量电视图像，并提供多声

道立体声节目。

从以上可以看出：信道解码、信源解码、上行数据的调制编码、嵌入式CPU、MPEG-2解压缩、机顶盒软件、显示控制和加解扰技术是数字机顶盒的主要技术。

2.机顶盒原理分析

数字电视机顶盒主要由开关电源、信号处理和前控制显示面板等电路组成。整机信号组成框图如图2所示。仔细来看主要有稳压电源、前端信号解码电路、面板显示电路、动态存储器、程序存储器（FLASH）、CPU/解码/数模变换、存储器、CA卡识别、音、视频放大等电路组成。

2-1 CA卡检测识别电路

CA卡检测识别电路如图3所示。电路主要由U1组成。U1是一块智能卡接口芯片，负责对CA卡通讯部分的供电、数字信号等进行转化和驱动。

U1的PRES⑩脚和PRES⑨脚是该芯片的中断入脚，⑩脚检测信号上升沿，或⑨脚检测信号下降沿，都认为是有卡插入。CA卡插入插槽后，内部电路对芯片⑨⑩脚检测到的信号

进行处理，将处理结果从○23脚输出，○23脚由高电平表变为低电平。○23脚输出的信号直接送往集成块U4127脚，由U4内部主控CPU进行处理，处理后启动信号解扰电路和信号解码电路进入工作状态。

除去特殊细节上的时序之外，可以认为CPU对CA卡的复位，CLK,DATA信号是穿过U4芯片的。

CA卡座分为常开和常闭两种。目前常用的CA卡是常闭的，对应电路板上的0R电阻是R15连接到U1的○10脚，而○9脚所连接0R电阻R3没有接。此两只电阻的错接，是造成CA卡插

卡不识别的主要原因。

由于现有数字机顶盒所接收的电视信号中加有加扰信号，而能否对节目进行解扰，保证正常收看电视节目又取决于CA卡。所以当机顶盒出现不能对CA卡是否插入进行正常判断时，应注意对U4组成的CA卡检测电路进行检查。（CA卡脏、氧化）

2-2前端信源解码电路

前端信源解码电路由TUNER、U13、U1组成。原理图见下。该部分电路的作用是接收来自有线网的高频信号（48.5MHz～860MHz），通过QAM解调器完成信道解码，从载波中分离出包含音、视频和其他数据信息的数字流（TS）信号送往U1。

前端信源解码电路的作用是在CPU输出的I2C总线控制下，对有线电缆传输过来的信号进行降频、解调、解码等处理，最后输出CPU可以识别的数字TS流信号。

供电电源由5V、3.3V、30V等组成。

CPU对TUNER的控制，以及TUNER对CPU的状态反馈，均是通过I2C（SCL、SDA）总线实现的。SCL、SDA是由U1的4、5脚输出的。而CPU解码音视频所需的数据，则是通过TS 流U13的16～23的并行数据线传递给U1（36～45）（其中42脚是3.3V供电脚）的。所以如果TS流有异常，并不会影响搜台过程中对信号质量和强度的检测。而如果I2C总线有异常，则是不可能检测到信号质量和强度，更不可能解出正确的TS流。

2-3 程序存储器（FLASH）电路

程序存储器 (FLASH)电路由集成电路U1中的部分电路和U2组成。程序存储器的主要功能是存储系统启动所需的软件代码，能够在掉电之后，完好保存存储在其内的所有代码。所以，要求其能够在CPU复位之前就先行复位完成，等待CPU对其进行读取操作。就是说它先复位，CPU后复位，等待CPU对其进行读取操作。

顺便说一下，机顶盒的升级，实际就是对FLASH内的程序代码进行更新的过程。正是应为此，所以才要求升级过程中不能断掉电源，以避免代码更新出现异常，造成机顶盒因软件原因不能使用。

由于机顶盒的开机程序存储在程序存储器中，所以程序存储器一旦出故障，机顶盒将无法启动进入工作状态。程序存储器（FLASH）原理图见下面。

（原理图）

2-4动态存储器及相关数据处理电路

动态存储器及相关数据处理电路由集成电路U1中的部分电路和U4组成，电路原理如图。

动态存储器的主要功能是系统运行过程中的节目数据等进行暂时存储，工作的基准是两个差分的CLK时钟信号，工作频率为133MHz，时钟峰值为700mV左右（实测1.64～1.70V），示波器差分值测量峰峰值为3.3V。幅度过低，会造成系统运行不稳定，引起死机、马赛克、响应慢等问题。

动态存储器（U2）的49脚是DDR的工作数据参考电压，设计电压为1.25V。此电压纹波过大，会引起系统运行不稳定。

2-5控制系统电路

控制系统电路由模块U1中的部分电路和U5（24C01）、U12(MAX809S)组成，电路如图。该部分电路的作用是形成整机所需要控制信号，并对节目状态进行存储记忆。

控制电路中的复位电路由U12及Q1等组成。复位部分是整个系统启动的先决条件。U12的②脚为复位电压输出脚。电源开关接通200ms～300ms后U12的②脚由低电平变为高电平，将复位电平送往U1的130脚，对U1内部CPU进行复位。

另外，Q1也组成一个复位电路，在通电瞬间为饱和状态，输出低电平，200ms～300m后 Q1变为截止状态，输出由低电平跳变为高电平，对电路复位。

U5为E2PROM芯片，是一个I2C总线器件，受CPU控制，当存储器系统掉电后需要保存的节目状态（频道信息、系统设置等少量信息数据）信息，进行保存。

晶振Y3与U1内部相关电路相连接，组成系统时钟振荡电路，产生控制系统和解码电路所需的时钟信号，时钟信号频率为27MHz。（实测峰峰值为①864、②852mV）

本机键控电路U1的10、11、6、115、116、117上。面板显示控制信号从U1的110、111脚输出，然后通过接插件送往面板。

在各集成模块供电电压正常情况下，控制系统电路要启动进入工作状态，首先是系统时钟振荡电路、复位电路、程序存储器（FLASH）必须工作正常。所以，当检修机顶盒电源电压正常而不工作故障时，应首先应检查系统时钟振荡电路、复位电路、程序存储器等电路。

2-6 解码和音、视频输出电路

解码和音、视频输出电路由模块U1中的部分电路和U7、U8、U9组成。这一部分电路的作用是完成音、视频信号的解压缩，经视频编码器和音频D/A变换，还原出模拟音、视频信号，在普通模拟彩色电视机显示出高质量图像，并提供多声道立体声节目。

TS数字流信号经U4内部解码电路、D/A变换电路处理后，还原成模拟音、视频信号分别从U1的15～18、24、25、28、29脚输出。其中，15～18脚输出的视频信号由U8、U9组成的放大器放大后，送往视频输出接口；24、25、28、29脚输出的音频信号送往U7放大后，送往音频输出口。

2-7供电电路

本机的供电电源工作状态不受CPU控制，只要电源开关接通，电源即可进入工作状态，可见是普通的开关电源，只是提供的电压较多；在机顶盒待机状态时电源负载较轻，输出电流较小。输出的电源包括：3.3V、5V、12V、33V，其中33V是提供给高频调谐器频道切换之用；除此之外还有二次稳压电源电路，就是主板上的稳压电路，包含2.5V、1.2V，他们是通过1117系列低压差稳压芯片稳压的。电源板中调整R3可调输出电压设定值（47k↘33k）。不能低于2.48V，一般要大于2.50V。R3是取样电路电阻。

2-8 面板显示和本机键控电路

面板显示和本机键控电路，它主要由U3、显示模块、按键开关、红外接收头、接插件等组成。U2为数码板驱动信号形成电路，它在U1输出的数据信号（DATA）和时钟信号（CLOCK）的控制下，形成8位字符显示信号送往数码板，在其上同步显示出机顶盒的工作状态。

2-9数字电视机顶盒关键技术

数字机顶盒的技术含量很高，集中反映了多媒体技术、计算机技术、数字压缩编码技术、加解扰算法、加解密算法、通信技术和网络技术的发展水平，其核心技术包括硬件和软件技术两大部分主要由以下几个方面：

1)信道解码技术

国际国内标准对数字电视标准的调制方式均有规定，根据DTV目前的已有的调制方式，信道解码应包含QPSK、QAM、OFDM、VSB解调功能。

2)信源解码技术

当模拟信号数字化后信心量倍增，必须采用相应的数据压缩标准加以处理，数字电视采用MPEG-2视频压缩标准以适应多种清晰度图像质量要求。音频则采用AC-3和MPEG-2两种标准。

3)大规模芯片技术

为实现实时的和数据信息处理, 机顶盒必须将CPU内核与MPEG-2传输流解复用器、DVB 通用解扰器、MPEG-2音视频解码器、PAL/NTSC编码器集成于一体，形成大规模专用芯片。

4)嵌入式系统技术。

嵌入式CPU是机顶盒的心脏，机顶盒是嵌入式系统在信息家电方面的典型应用，所谓嵌入式即镶嵌之意，是镶嵌在其他设备中的系统。它不装在硬盘中，系统结构紧凑，功能相对简单，资源开支较小，便于固化在存储器中。可以通过它进行人机对话，完成用户指令的下

达。指令接受采用多种方式：键盘、鼠标、语言、触摸屏、红外遥控器等。它具备嵌入式芯片、嵌入式软件、嵌入式操作系统和嵌入式系统开发工具四大部分的要素。专用CPU中集成了32个以上可编程PID滤波器，其中两个用于视频和音频解码，其余用于PIS、Si和Private 数据滤波。CPU是嵌入式操作系统的运行平台，它要和操作系统一起完成网管、显示管理、有条件接收（IC卡和Smart卡）、图文电视解码、数据解码、OSD。本机采用的是法国ST公司开发的芯片，型号为：STi5105ALC。

5）机顶盒软件技术

数字电视技术中软件技术占有更为重要的位置，除音、视频解码由硬件实现外，其电视内容的重现、操作界面的实现、数据广播业务的实现，直至机顶盒与计算机的互联以及和Internet互联，均需依靠软件来实现。机顶盒的软件应用技术分为以下几个方面：

①硬件驱动层软件；

②实时操作系统；

③中间件；

④上层应用软件。（从略）

CODFM：正交频分复用

DVB-C: 有线数字电视广播

DDRRAM:双速率同步动态存储器

3、机顶盒常见故障处理

1）复位电路不正常

复位电路不正常原因之一是Q1或U6损坏，导致U12复位信号无输出或输出短路。处理方法是检测相关电路。

2）FLASH内部无软件（或FLASH数据丢失）

原因是FLASH烧写过程中发生错误，导致无法开机。检修过程中，用示波器检测U2的脚有正常的复位信号输入，在数据线DADA0—4任意根信号线的过孔处，无法检测到正常的方波数据信号，说明FLASH内部无软件。处理方法是用串口或拆除芯片重新烧写程序。

3）图像花屏或有马赛克（高频头正常时）

原因为DDRRAM（U2）的45脚、46脚、CLK和NLCK信号异常、幅度过小或没有时钟信号。正常应为133MHz的正弦波，幅度不小于600mV信号。如果时钟正常，则要检查连接排阻是否有焊接异常。连接排阻无异常，则要更换DDRRAM。

4）FLASH、DDRRAM内部损及虚焊、连焊

一般是FLASH、DDRRAM损坏都是虚焊或连焊造成的,静电击穿也有发生。

5）收看电视无彩色

原因是该机主芯片采用STx5105芯片，图像D/A转换需要较准确的27MHz晶振，并有一定的VCXO可调范围，调整范围比较窄，或频偏较大，就可能引起视频无彩色，处理方法是更换质量好的的晶振。

6）热机时遥控失效，面板控制失效

根据故障现象，判断为机内某原件热稳定性差。怀疑遥控红红外接手头失效。更换接收头后试机，故障不变，说明故障与接收头无关。

我们知道，接收信号是直接与主控芯片CPU相连的，怀疑主控CPU热稳定性不好，用无水酒精棉球冷却主控芯片，会有两种结果，1.有改善，2.无改善。有改善的说明主控芯片CPU热稳定差，检查CPU下方的5个散热片有否有焊接不良。无改善，估计是CPU的外围元件有问题，需仔细查找。

7)红外接收头不良

红外接收头不良会造成各种控制故障，故障现象为无规律重复某个功能动作、控制完全失效等。

出现键控和遥控失效，此时接收头信号输出脚不能跳变。断开引线也无变化，即为接收头不良，更换之，OK。

8）面板上数码管无显示，但图像、遥控、按键正常。

首先测得各组电源及相关插件均良好,DATA、CLK、DFS信息流三路信号均正常，则为LED屏坏。因CPU内部同时集成了屏显译码显示信息所需的DATA、CLK、DFS信息流,处理方法是更换LED屏。

9）左右声道无声音或有杂音

根据电路图原理，大家可以看电路图，音频是通过STi5105AL内部D/A转换，输出四路音频信号，供给U7的，U7通过放大，然后输出伴音。一般可以用示波器测量STi5105AL有无音频输出，如有，再测供电电源是否正常，测外围元件是否有虚焊及元件是否损坏。一般为匹配电阻损坏、或芯片损坏。损坏原因是热插拔，插头接触不良、芯片静电击穿。

10）搜台过程中，信号强度和信号质量正常，却无法正常收看

信号强度和信号质量正常，说明I2C控制信号正常，故障为TunerTS流异常，检查焊接质量、或更换Tuner后就可解决问题。

11）死机

电视画面静止不动，操作任何键无反应。死机故障范围比较广，首先检查主板是否有污物和氧化元件，有则清除和清洗；其次测各供电电压（3.3V、2.5V、1.2V）是否正常，再测RST复位电位是否为3.3V,27MHz晶振是否启振，测CLK电位为1.3V，如果正常是FLASH没有启动，如上述均正常，CPU芯片可能损坏或芯片脚虚焊引起。用* * * *方法检查。

12）用户室内改线及人为安装不当的故障

使用机顶盒后电视机出现交流哼声，在拔有线高频信号线时有触电麻手感。检查机顶盒没有漏电产生，检查用户的室内系统发现该用户新购液晶平板电视，自己安装过程中将原有双隔离的用户终端盒改用二分配器，使用的电源插座没有接地线。解决办法是：在二分配器前加装双隔离的用户终端盒，将三眼电源插座接地端加接地线，彻底解决上述问题。

原因：。。。。。。自行分析一下。

几个补充问题

1）电源的检查；

2）嵌入式CPU的焊接及检查。

附芯片资料：

1）MFS6363(SGM9116)；

2）RC4558；

3）TNY175PN。

黄文和

2013.10.22.