Разные мысли и соображения о тюнерах

Телевизионный тюнер - схема, заключенная в экранированный корпус, которая выбирает нужный из имеющихся сигналов и переводит его в диапазон первой промежуточной частоты. Преобразование выполняется суммированием/вычитанием входного сигнала с частотой опорного генератора - гетеродина. Гетеродин, как правило (и в нашем случае тоже) - генератор с частотозадающим LC контуром. L - это просто катушка (хотя для диапазона ДМВ она вырождается в отрезок провода), C - в самых ранних телевизорах это были небольшие конденсаторы, набор которых переключался (вместе с катушками) поворотом большой ручки на передней панели, затем их заменили варикапами - диодами, ёмкость переходов которых зависит от приложенного обратного напряжения. Обратное напряжение - напряжение настройки - вырабатывалось либо блоком подстроечных резисторов (3, 4 поколения советских ТВ), либо специальным ЦАП-ом, расположенным в системном контроллере (это уже позднее).

Затем технология продвинулась ещё немного, и в используемом нами тюнере напряжение настройки вырабатывается специальной схемой, управляемой по цифровой шине i2c. Эта схема - не ЦАП, а нечто более оригинальное. Она называется PLL (Phase Lock Loop) и действует так: на варикап подается некоторое начальное напряжение. Частота гетеродина делится управляемым делителем и результат деления сравнивается с некоторой опорной частотой, вырабатываемой низкочастотным кварцевым генератором. Если первая частота превышает вторую - напряжение на варикапе увеличивается, его емкость растёт, частота гетеродина падает. И наоборот - если частота гетеродина, деленная на заданное значение, ниже опорной - напряжение на варикапе уменьшается. Таким образом, гетеродин оказывается строго синхронизован с кварцевым генератором для любого заданного делителя. Точность установки частоты настолько эффективна, что канал будет удерживаться даже в отсутствие внешней автоподстройки, кроме того, константы делителя, соответствующие определенной станции, будут подходить для разных экземпляров тюнера.

Удобство PLL-тюнера для нашей схемы в том, что он не требует высоковольтного ЦАП для управления гетеродином, что существенно упрощает конструкцию.

Вы можете выбрать и другие PLL-тюнеры, например, KS-H-148O, но при этом следует обращать внимание на следующее: 1) доступный тюнеру входной диапазон частот (не все тюнеры могут принимать, например, диапазон кабельных каналов). 2) тип входа - кабель или сразу антенное гнездо. 3) выход - может быть симметричным или ассимметричным. Последнее потребует некоторого изменения схемы. 4) протокол управления. Сложность не в реализации протокола, а в доступности документации на него.

Тюнер KS-H-134O потребляет около 5в / 150 мА для работы гетеродина и управляющей схемы и 30 в / 1 мА для управления варикапами. 5 в можно получить, включив между 12 в шиной питания ТВ и тюнером микросхему 7805, кр142ен5а или что нибудь аналогичное; заодно на эти же 5 в вешается контроллер OSD. 30 в традиционно получают из сигнала обратного хода строчной развёртки: этот импульс использовался раньше для управления декодером цвета. В 32втц201 он используется только для гашения обратного хода луча, но после запланированной переделки этот сигнал будет использоваться для питания тюнера и синхронизации OSD-контроллера.

Сигнал обратного хода строчной развертки - импульс с амплитудой около 60в, скважность примерно 1:10 (вверх 60 в - коротко, вниз - ~10 в - долго), нарисован во многих книжках по ТВ и осцилограмах в схемах ТВ. Мы аккуратно срежем избыточное напряжение простой VD-R-C-VD цепочкой. Никакой серьезной стабилизации этого напряжения не требуется - PLL-схема очень хорошо будет удерживать частоту, важно только чтобы напряжение не превысило допустимый уровень.

На время тестирования, если в вашей местности много ТВ каналов, можно подавать более низкое напряжение - просто при этом будет уменьшаться доступный тюнеру частотный диапазон.

Кроме описанных сигналов, к тюнеру подводится линия AGC - управление усилением. Этот сигнал вырабатывается видеопроцессором, тюнер реагирует на него снижением усиления входного сигнала. Уровни AGC меняются в диапазоне от ~4.8 в (максимальное усиление) до ~1 в (минимальное усиление).

Входы тюнера (i2c и AGC) защищены от разнообразных помех RC-цепочками (100ом, 56пф). Они нарисованы в мануалах. Нужно учесть, что ещё одна такая же цепочка, с резистрами около 300ом расположена внутри тюнера. Поэтому нельзя существенно увеличивать номинал внешнего резистора, кроме того, pull-up резистор i2c должен быть хотя бы 5-10 ком. При меньшем значении системный контроллер не будет устойчиво опознавать передаваемый тюнером логический "0".

Антенный вход, судя по мануалу на тюнер, защищен от статического электричества до уровня 7 кв - его можно просто выставлять как антенное гнездо.

Документация на KS-H тюнеры доступна плохо, хотя с другими производителями ситуация не много лучше. Собственно, именно KS-H-134 (UV1316MK2) я выбрал именно потому, что совпало наличие документации на него и его наличие в продаже. Теоретически, KS-H производится фирмой Selteka, сайт был тут: http://www.selteka.lt/. Казалось бы, помимо технических характеристик там должны были бы лежать и мануалы, но производитель так не думает. Мне удалось найти мануал совсем в другом месте (это была частная страничка с несколькими PDFками на разные железки. Адрес забыл. Кстати, вот ещё похожая страничка). Seltekа, фактически, только сборщик - тюнер построен на микросхеме фирмы Philips. Отсюда вывод: если есть возможность распотрошить тюнер перед покупкой, можно узнать марку управляющей микросхемы и искать мануал на неё, а не на тюнер - там тоже будет много полезного.

Мысли о программировании тюнера

С программированием/управлением проблем не возникло. Я не понял только суть ускоренной начаки/смены частоты и смысл использования крупной сетки частот. У меня всё получилось с использованием мелкой сетки с шагом 31.25 кГц - поиск каналов и перестройка между каналами происходили легко и быстро. Просто внимательно читайте мануал и делайте как там написано.

В исходных текстах моего firmware также упоминаются ещё некоторые детали: например о том, что максимальное время перестроения частоты требует 150 мс по ТТД, но реально перестройка может потребовать гораздо меньшего времени - всё зависит от разницы между текущей и требуемой частотой. Т.е. перестройка на 1-5 шагов - например около одной мс. Я использовал значение 150 (на всякий случай увеличив его до 200) как критерий выхода за пределы диапазона перестройки - т.е. если тюнер за это время не дает готовности (FL = In-lock flag (FL=1 at loop is phase-locked) = 0) - значит нужно либо сменить диапазон либо сказать пользователю, что дальше перестраиваться некуда.

Поиск (обзор) каналов - отдельная песня. В общем, это просто перебор всех доступных частот в цикле, причем после каждой перестройки нужно узнавать мнение видеопроцессора - является ли найденный сигнал похожим на видео или это просто помехи. Видеопроцессор тоже сразу не ответит - он требует около 10 мкс (см. мануал и/или firmware). Вопрос о шаге перестройки я решил в пользу константы 20. Исходя из того, что опознание станции видеопроцессором происходит в диапазоне около +-20 шагов. Т.е. даже на слабом сигнале станция будет наверняка обнаружена. При этом полный обзор всего диапазона занимает около 5 минут. Правда, часты ложные срабатывания - от них избавится не удалось, хотя попытки предпринимались (например, сделать несколько опросов видеопроцессора на фиксированной частоте через небольшие интервалы времени, если ему померещилась станция. Тут ещё непаханое поле...).

Точную настроку на найденную станцию можно выполнить либо хитрым, но быстрым методом ассимптотического приближения, либо просто линейно двигаться к точке, указываемой видеопроцессором - он сам сообщает - далеко станция или близко и ниже она по частоте или выше. "Близко" - значит точка достигнута (около 1-3 шагов, на качестве картинки это уже не сказывается). "Далеко" - около 30-10 шагов. Я выбрал линейное управление, точка может быть достигнута за время, меньшее секунды, так что выделываться с ассимптотами смысла не имеет. Единственная проблема - иногда, при достижении станции в быстром поиске, видеопроцессор рапортует сразу о достижении "близкой" точки, и firware считает что станция найдена точно. Однако через некоторое время (видимо, сотни мс - не меньше) видеопроцессор спохватывается и уже начинает работать правильнее. В мануале ничего на эту тему найдено не было, попытки сделать повторную автоподстройку через небольшую паузу пользы не принесли. В итоге, просто была сделана кнопка на пульте, которая позволяет повторить АПЧ. Примерно на 1 из 10 станций эта кнопка помогает уточнить настройку (остальные 9 сразу находятся правильно). Тут, опять же, есть о чём подумать.

Фактически, тюнер состоит из трех отдельных каналов, каждый из которых работает в своём диапазоне частот. Отражается этот факт только на управляющем тюнером коде. Однако, так как каждый из каналов имеет небольшую полосу, в которой также работает другой канал (полосы перекрываются), управляющий код построен так, что на перекрывающихся участках можно использовать любой из каналов. Это достигается очень просто: при перестройке частоты текущий канал используется до тех пор, пока тюнер дает готовность. Например (цифры зависят от экземпляра тюнера), если к частоте 150 МГц перестраиваться сверху вниз, от частоты 250 МГц, будет использоваться канал второго диапазона, он сорвётся где-то на частоте 120 МГц. Если же к 150 МГц идти снизу, от 50 МГц - будет использован первый канал, его граничная частота - 160 МГц.

Схема включения тюнера

На что следует обратить внимание:

• В состав блока тюнера входит стабилизатор +5 в, которые в дальнейшем используются для питания контроллера OSD и индикации корректной работы силового блока питания системному контроллеру.
• Линия AGC уходит в блок системного контроллера (на вход АЦП) для индикации уровня сигнала. Она не обязательна (и реализована только в версии ATmega8), но с ней интересно играть.
• Я не уверен, что выбор фильтра k2954 на 38,0 МГц был удачен. Если у вас есть возможность - поэкспериментируйте. У меня возможности не было.
• Цепочка питания +33в (лапка 9 тюнера): 1) диод 1n4148 выбран не случайно - обратное напряжение тут велико, ток при включении - не очень низкий. Мне казалось, что этот диод долго не выдержит, но, как ни странно, проблем с ним не было. 2) стабилитрон ka33v использовался в первых трех экземплярах, потом я его сменил на кс531 - его ставили во многие советские телевизоры последних лет. Причина: стоимость и наличие. 3) резистор 13к - обратите внимание на допустимую рассеиваемую мощность: на нём падает около 15 в.
• Защитные резисторы в I2C - их увеличивать не рекомендуется: внутри тюнера стоит ещё одна такая же цепочка с резисторами > 300 ом, если суммарное сопротивление возрастает легко возникают ошибки при передаче данных от тюнера к сисконтроллеру. Кондесаторы в этой цепи можно менять в заметных пределах - 56...100пф работают хорошо.
• Тюнер можно попробовать заменить похожим, ... но я не пробовал: ks-h-148, например. Вообще, пойдёт любой PLL-тюнер, с нужным частотным диапазоном (ks-h-134 берёт всё, но есть похожие тюнеры с неполным перекрытием 48..850 МГц). Нужно только следить за первой промежуточной частотой: при её изменении с 38,0 МГц на другие частоты потребуется подправить соответствующие части в прошивке сисконтроллера (битики настройки видеопроцессора и, в версии ATmega8, процедуру вычисления номера канала по делителю настройки тюнера) и заменить фильтр первой ПЧ. В протоколе управления могут быть отличия - придётся подправлять firmware. Да, и про напряжения питания не забывайте !
• Лапка 3 тюнера позволяет выбрать адрес устройства на I2C и в большинстве схем остаётся свободной. Моей левой пятке больше нравится вариант, когда она заземлена. Это отражается на управляющем коде.

Рисунок радиатора для кр142ен5а: