剖析卫星接收机软硬件 2009.6

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剖析卫星接收机软硬件
相邻的一位用户送来一台名为“小太阳2163”杂牌的卫星接收机，说是打雷损坏的，让我帮忙维修。该机一看就很廉价的产品，背面只有一个LNB端口、一组AV插座和一排升级用户用的插针。
打开塑料机壳，发现电路主板很小，是安装在活动的塑料支架上的，实际上不要拆开机壳，只要两手向内按住弹性榫头，就可以向外抽出主板支架。业内称为抽屉式主板，采用这种结构，对售后维修来讲非常方便。
旋下固定主板的几颗自攻螺丝，发现主板是由大的电源单面板和小的DVB-S双面板拼成，用学生尺测量了一下，整体尺寸为147mm×54mm。令人惊奇的是DVB-S板的长×宽仅仅为55mm×40mm，厚度为16mm，还没有一般卫星接收机上的一体化调谐器的体积大，如此之小是过去从未见过的，这都得利于该机采用了M88TS2000+Hi2301集成方案。
DVB-S板电路
DVB-S板为双面线路板，板子正面上的主芯片（U101）采用北京海尔（Haier）研发的一款用于卫星电视的信源解码芯片Hi2301，该芯片内部集成了QPSK解调器、解复用、CPU、视频PAL/NTSC解码器等功能，不但可靠性程度高，还使得系整机成本大大降低，性价比很高。
M88TS2000芯片则是国内澜起科技（Montage Technology）的开发的一款单芯片硅调谐器，近年来，在国产许多低价位的免费卫星接收机里多可以看到它的身影，如卓异ZY-2250F（荣华宝贵）卫星接收机，就是采用它和CHEERTEK（其乐达）CT213的集成方案。
M88TS2000芯片堪称世界上第一颗已经量产的、采用130纳米RF CMOS工艺的DVB-S调谐器芯片，它采用QFN28无铅绿色封装，符合DVB-S和DSS（数字卫星系统）标准，可广泛运用于数字卫星接收产品的前端射频接收。
M88TS2000工作电压为2.5~3.3V，在2.5V的电压下，工作电流只有100mA，功耗仅为250mW，是同类产品的1/4~1/2。同时M88TS2000还提供硬件节电和软件睡眠模式，使得处于非工作状态的模块不耗电，从而更进一步降低整个器件的功耗。
M88TS2000芯片具有较小的芯片面积和较高的集成度，它内部集成了低噪声放大器（LNA），自动增益控制（RF AGC）环路，下变频混频器（Mixer），低相位噪声、快速锁定的频率集成器，DC偏差消除环路（Integrated DC Offset Cancellation），可编程自校准基带滤波器（Filter Calibration）以及感应器和变容二极管等功能模块。
M88TS2000芯片接收950~2150MHz的射频信号，经过LNA放大后信号送入RF AGC。系统会选择最佳增益，以取得最佳的线性和噪声性能。然后信号经过混频器同本振信号混频，直接被下变频至基带信号。射频AGC和基带AGC（Baseband AGC）共同确保信号的动态范围在-92~-10dBm之间。该基带模块集成了去除直流分量的功能，不再需要外部环路滤波器（Loop Filter），从而节省了主板面积及成本。
M88TS2000芯片的I、Q输出为差分信号，具体较强的驱动能力和极低的信号失真。M88TS2000芯片支持的晶振频率范围很广，可以从16MHz到40MHz。为了节约接收前端的BOM Cost（材料成本），M88TS2000内部还集成了一个晶体振荡器（Crystal Oscillator），可输出一个可编程的时钟，供解调器使用，因此在典型的应用中，整个系统仅需一个晶振，一个旁路电容，一个匹配网及若干电阻。总之，与其他的应用方案相比，采用M88TS2000芯片简化了设计，可降低整个物料成本约30%，对低档的DVB-S产品来说，这是一个相当大的降幅，因此具有极高的性价比。
DVB-S板的背面最大的贴片是数据存储器，采用台湾晶豪（ESMT）公司的16M（52K×16×2BANK结构）同步随机存储器M12L1616A（U102B），程序存储器采用台湾宜扬科技（EON）的4M位（4M×8位）的FLASH芯片的EN25B40-75GCP（U102）。由于Hi2301芯片内未建音频D/A转换器，因此电路板上设有在低端产品中常用GH8211转换出来左、右声道的两路音频信号，再由采用双运放的RC4558（U12）构成的音频放大电路进行放大推动。U402是北京思旺电子（Seaward Electronics）的低压差（LDO）线性稳压电源芯片，型号为SE8117T18，输出电压为1.8V，为M88TS2000芯片提供所需要的工作电压。
电源板电路
电源板的体积较大，包含了开关电源电路、13/18V极化电压切换电路和AV接口和RS232升级接口。
开关电源电路
由于电源芯片UY1损坏，无法得知其型号，为此我们根据实物绘制出电源部分的电路图。
根据网上烧友的反馈，该芯片型号为P1014AP10，它是森美半导体公司（ON Semiconductor）推出的电源管理芯片NCP101×系列中的一种。NCP101×系列包含NCP1010、NCP1011、NCP1012、NCP1013和NCP1014等型号，具有PDIP-7、PDIP-7GULL WING、SOT-223三种封装，最大电流45mA。NCP101×系列除了应用在小功率AC-DC的转换外，还可以用来设计取代家用电器及工业应用领域小功率线性电源。它不仅可以去掉体积大成本高的变压器，而且克服了阻容降压式线性电源负载特性差等缺点。
P1014封装方式和引脚功能，其中①为芯片供电端，②为空脚，③/⑦/⑧为接地端，④为反馈输入引脚，⑤为功率MOSFET的漏极输出引脚。
该芯片的工作频率最高可达130kHz，从而简化了变压器设计工艺，可采用小尺寸的开关变压器。此外芯片的工作频率经抖动处理后显著地降低了电磁干扰（EMI），可以省略开关电源交流输入前端的抗干扰电路。
开关变压器（T1）初级主绕组（①~②）和P1014芯片组成开关振荡器电路，副主绕组（③~④）通过D6、RY2和C02为P1014芯片提供工作电源。光电耦合器PC817的①②脚（UY2）和开关变压器次级部分可调试精密三端稳压块TL31（UY3）并联用于3.3V的输出检测，将检测的变化电压通过PC817的③④脚反馈到P1014芯片的④脚，然后通过芯片内部的功率MOSFET开关控制，使得次级获得稳定的直流电压输出。该开关电源电路为接收机提供3.3V、20V两组电源，其中3.3V一组为主芯片、存储芯片、音频DAC芯片提供工作电压；20V一组（带载实测为18.5V）一方面通过电阻降压后为双运放芯片提供12V（还载实测为10.5V）工作电压，另外一方面为13/18V极化电压切换电路提供电源。
经检查，用户送来的这台雷击机除了UY1损坏外，熔断器F1、整流二极管VD1也损坏，更换后故障解除。
13/18V极化电压切换电路
在电源板上还有13/18V极化电压切换电路，由于是普通的免费接收机，因此在电路上没有采用常规的LM317三端可调稳压芯片，而是采用低成本的分立元件方案。
当接收水平极化的信号时，H/V端接收到来自DVB-S板上的低电压信号（实测为17.0V），使得三极管Q2导通，由D7输出的20V电压经过D10、D9两只IN4007二极管组成的串联电路降压0.7×2=1.4（V）后，送到LNB的电压则为18.5-1.4=17.1（V）；而当接收垂直极化的信号时，H/V端为高电压信号（实测为17.3V），三极管Q2截止，由D7输出的20V电压还要经过D11~D13组成的串联电路降压，由于每只DS15二极管的压降为1.4V，因此LNB实际输出的电压为17.1-1.4×3=12.9（V），这样就完成极化电压切换。22kHz的切换脉冲信号通过Q1放大调制到LNB输出回路中，完成Ku波导双本振频高频头、22kHz开关、DiSEqC四切一等器件的切换功能。
此电路的特点是电路简单，节省成本，虽然此电路没有LNB短路保护功能，但可以充分利用P1014芯片自身的负载过流保护功能到达同时保护的目的，不过待机时LNB供电不可以被关断，长时间不用时，使用者应采用交流关机。
另外，需要注意的是电源板上含有AV接口，但该PCB线路的设计极不合理，复合视频走线和20V电源走线相距太近，检修时，万用表测试棒容易滑移触碰短路而导致主芯片Hi2301损坏！在实际检修中，也经常听到维修人员反映这种情况，导致整个维修前功尽弃。希望厂家能够进行改善，其它维修人员在检修时也要注意避免此现象发生。
操作控制板电路
接收机的操作控制板和其它接收机一样，没有什么特别之处，具有一个红外线接收头（IC2）、三位数码管（LED1），一个锁定指示灯（D1）和六个面板操作按键，采用SN74HC164N（IC1）作为数码管和按键的驱动芯片。
大家知道，在卫星接收机控制电路中，数据的串并转换是很常见的，这是因为很多时候我们需要并行数据，就需要至少7比特区建设的并行数据。如果一个接收机中同时有多个七段数码管以及各种按键等，并行数据量就更大了，但接收机CPU的I/O端口总是有限的，为了实现接收机更多的控制功能，在接收机电路的设计过程中，通常只用一个端口来输出按键扫描的数据信号（DAT）。因为只有一个数据端口，所以7比特的数据要从一个端口输出，只能按顺序串行输出，这就涉及到串并数据的转换问题，通常这种串行数据转换到并行数据的过程通过单片机及外部移位寄存储器来完成。在接收机控制电路中，比较广泛地使用74HC164来实现这种转换。
74HC164是串入并出移位寄存器，只要有两要引线分别作为时钟和串行数据，就可以输出8位并行数据比较典型的移位寄存储器。它有一个数据输入端口（A、B）、一个移位时钟输入端口（CLK）、一个清零输入端（CLR）和八个并行数据输出端（Q0~Q7）。当信号为上跳沿时，数据右移一位；CLR端低电平有效，该端加低电平时，输出端均为低电平；串行数据从A、B端输入，最后从Q1~Q8并行端输出。
以上我们介绍了这款抽屉式主板结构的卫星接收机硬件方案，目前市面上不少低价位的接收机都采用这种方案，如科海数码天使2038、科林大视野KL-3135、科林新天地KL-3353等，只是在电源板上和增加了RF射频调制器，以便和没有AV接口的电视机连接，另外KL-3353开关电源电路是采用MJE13003三极管代替集成芯片，由此可见该产品的定位是普通的农村市场的用户。
软件的设置和使用
最后我们谈谈该机软件的设置和使用，打开面板上的电源开关，开机是伴随着一段FLASH动画和音乐，不同于一般接收机为固定的LOGO图片，然后嘎然而止，进入节目播放状态。
按遥控器上的MENU键，进入主菜单界面，有六大项目。
节目列表
是电视节目、广播节目的节目单，按上下键选择节目，左右键翻页、右边为节目的小画面预览。
卫星设置
在[卫星设置]界面里，有[卫星列表]、[增加卫星]、[修改卫星]、[删除卫星]和[DiSEqC1.2设置]五个选项。从[卫星列表]里可以看到该机已预置了中星6B、鑫诺3号、亚太6号和亚洲3S四颗卫星，如果手动增加卫星，也在卫星列表中出现，该界面可以用遥控器的快捷键直接调出。
对于没预置的卫星，需要进入[增加卫星]界面，按OK键首先进行“卫星名”的编辑，按上下键选择英文它母和数字；如果用轨位代替卫星名称，可以直接按数字键编辑；编辑完成后，按OK键，再进行其它项目的设置；设置完成后，将光标移动到“确定”上，按OK键，这样就增加了一颗新卫星。
接下来，按遥控器右下角的蓝色按钮，就可以进行盲扫。例如我们盲扫115.5°E中星6B卫星，首先进行转发器数量扫描。
然后进行节目的搜索和保存，在进行节目搜索时，会将国内一些省台的广播节目，自动纳入广播节目表中。盲扫时，接收机前面板数码管以“□”循环显示。搜索完成后，会自动播放搜索到最后一个节目。
在[卫星设置]里，还有[DiSEqC1.2设置]菜单，可对所采用的极轴天线进行一系列参数设置。
节目编辑
在[节目编辑]界面里，有[删除节目]、[喜爱节目]、[移动节目]和[锁定节目]四个选项。节目编辑的方法和一般的免费卫星接收机类似。
扩展菜单
[扩展菜单]界面的项目较多，也是接收机主要功能的体现。有[视频设置]、[信号强度]、[天线角度]、[声音输出]、[童锁设置]、[恢复默认]、[系统升级]和[显示方式]八个选项。
其中[视频设置]菜单可以设置自动、PAL、NTSC视频制式，建议设置在“自动”上，以避免制式强制转换带来的画面质量损失或马赛克现象。该界面可通过遥控器上的P/N快捷键直接进入。
[信号强度]是节目信息的显示，可用于寻星操作。也可以按遥控器红色键直接进入[增加节目]界面，选择所要寻找的卫星，然后设置好一组信号较强转发器参数，调整天线，使得信号质量指示条最长，百分比数值最大。此时接收机面板上的数码管也同步显示信号质量数值，同时界面中信号状态显示为“有信号”，接收机面板上的锁定指示灯同步点亮。
[天线角度]是众多免费卫星接收机非常实用的对星指导功能，可以计算天线接收某颗卫星的所需要调整的方位角、仰角。我们输入南京郊区安装地的经、纬度（118.78°、32.04°），再输入亚太5号卫星在轨经度（138.0°），按“确定”按钮，接收机便能通过内置的角度计算程序，自动运算出接收天线的方位角、仰角分别为146.69°、47.28°。其中的方位角是以正北方为参考得出的数值，如果以正南方向作参考，需要减去180°，得出的数值为正值，表示南偏西；负值，表示南偏东；如146.69°-180°=-33.31°，表示南偏东33.31°，使用者可依据这些数值来调整天线。
[声音输出]为声道和伴音选择，不过最多可以选择三层伴音。
[童锁设置]的默认密码为“00000”，输入后才可以进行“童锁开关”设置，选择“打开”，再输入5位新的密码，最后按“确定”。这样每次进入[卫星设置]、[节目编辑]以及[扩展菜单]下的[恢复默认]时，需要输入密码。不过一定要记住所设置的新密码，否则无法进行上述设置。不知该机的万能密码是多少，有知道的烧友望告知一下。
[恢复默认]为恢复出厂设置，[系统升级]为机对机的升级，这两项功能一般用户无需设置。[显示方式]为换台时电视画面出入方式，有直接显示、拉幕和淡入淡出三种方式，不过个人感觉该功能很垃圾，多此一举。
语言设置和游戏日历
[语言设置]为中文和英文两个选项，[游戏日历]有推箱子和俄罗斯方块两个经典的小游戏，以及一个日历软件，可通过上下左右键进行公历、阴历和二十四节气的查询。
从对该接收机实际使用来看，该接收机操作软件的最大缺点是响应太慢，遥控器操作后，需要过将近1秒钟才能执行，总是慢半拍的，所使用的软件版本为“S-H7-14T-Y3.0.6”，希望厂家在新版本中能够加以改进。