航科XSAT430S卫星接收机原理及常见故障检测、维修

nbaweibo

航科XSAT430S卫星接收机原理及常见故障检测、维修编者按：这是一篇十分难得的维修人员必读的文稿，它用浅显的语言讲述了接收机的原理和信号流程，给出了检测接收机的方法从而判断出接收机的故障。其中理论与实践相结合的检测法是值得借鉴与推广的。
雷霆（航科）430系列卫星数字接收机是一多CA系统卫星接收机，可接收多种CA系统加密卫星数字信号的多系统卫星数字接收机。相对于其它的一些单系统接收机和免费（FTA）接收机，使用雷霆（航科）430接收机的用户能够很方便地自行对其更新不同的CA系统软件，再配用相应的用户接收智能卡，便能够正常接收到天空中大多数卫星上不同的加密系统加扰的卫星数字信号，加之该机具有体积小、操作方便等特点，从而使其成为目前社会拥有量较大的卫星接收机机型之一。
但是，由于雷霆（航科）430卫星接收机有众多的生产制造厂商在进行生产，各厂商在制造工艺、制造技术以及产品制造质量控制管理体系等诸多地方存在着不小的差异，同时随着市场环境的变化，生产制造厂商在产品成本的压力下，使得市场上的雷霆（航科）430卫星接收机的故障发生率也一直高居不下，给众多的用户带来使用的不便。
由于卫星数字接收机电路的复杂性及其维修方法的特殊性，使得许多维修技术人员有所畏难，不知如何着手。为了方便雷霆（航科）430系列卫星数字接收机使用者和维修技术人员对430系列接收机进行检修，笔者结合在数年间所积累的经验，以2004年生产的绿色主板XSAT（航科）430S接收机为蓝本，介绍一些430卫星接收机常见故障的检测技巧和维修方法，以供各位同行参考。
航天科430卫星数字接收机的基本构成和信号流程
XSAT430S卫星数字接收机的几大部件：
1、主电路板、开关电源板、前面板、SMART CARD卡座、机壳（包括前面框、上盖、下底等）
2、主要集成电路（IC）、组件功能
3、XSAT430S接收机构成及工作信号流程
接收机硬件部分由主芯片、内存、调谐解调器、CA（Conditional Access）读卡卡座、串行接口以及视音频输出等几大部分构成。
卫星数字接收机的信号流程：卫星数字接收机通过天线、LNB接收卫星信号，并进行解调和和信道解码处理，输出MPEG-2多节目传输流数据，送给解复用器，解复用器从MPEG-2传输流数据中抽出一个已打包的信号视音频基本流（PES）数据，包括视频PES，音频PES和辅助数据PES，解复用器中包含一个解扰引擎，可在传输流层和PES层对加扰的数据进行解扰，解复用器输出的是已解扰的视音频PES。视频PES送入视频解码器，取出MPEG-2视频数据并对其解码后，输出到模拟视频编码器，编码成模拟视频信号，再经社频解码器，取出MPEG-2音频数据并对其解码，输出PCM音频数据到音频D/A变换器，音频D/A变换器输出模拟立体声音频信号，经音频输出电路输出。
（1）调谐解调器（TUNER）：天线及LNB对接收的卫星信号进行下变频处理，变频后的中频信号送至接收机一体化调谐解调器，调谐器输入的RF信号范围为950~2150MHZ，信号电平是-65~-25DBMV，输出I、Q模拟信号。I、Q信号输入QPSK IC（STV0299）后，经过A/D转换，和各种复杂的数字信道解码（去内码卷织、去卷织交织、RS解码、去随机化机及同步反转恢复）之后，恢复包含视音频和其他数据信息的传输流（TS流），送到主芯片SC2005的TS流接口；
（2）主芯片：在主芯片中，首先根据CA智能卡所传递的解扰信息对信号流进行解扰，解扰后的TS流根据传输流进行解扰，解扰后的TS流根据传输流所传递的标志信息对接收到的传输流进行解复用。复用是相对于信号发送前段的处理过程，是指将多个数字信号流（包括视频和音频），多组数据流复合到一路数据流中，并加上SI（服务信息）和时间标签。解复用是数据流复用处理的逆过程，是指将复合的数据流分解开，取出需要的解码的数字信号流或数据流或SI（服务信息），解复用模块通过PID处理单元对输入的数据进行分析，以提取出相应音频PES数据、视频PES数据、程序特殊信息（PSI）、服务信息（SI）以及私有数据。首先，使用包标识（PID）为0的码流（携带信号清单表（PAT）的码流的包标识（PID）总是被设为“0”）中的信号清单表（PAL）中，找出携带了信号描述表（PMT）的码流的PID值。从此PMT中就可以找出组成该路信号的各PES流PID值。根据这些PID值就可从TS包中将各PES流的数据分接出来，并重新组成各自PES流。程序特殊服务信息、服务信息提取出后供解码用，私有数据直接输出到相应数据接口。解复用模块送出的数据是压缩的视频PES数据和音频PES数据，必须用MPEG-II视频解码器和MPEG-I或MPEG-II的音频解码器对PES数据进行解压缩。解压缩后输出两组信号，一组为MPEG-II视频解码器是根据MPEG-II MP/ML标准将视频信号恢复出来，并以CCIR656标准格式的数字信号送给数字视频解码器的数字视频信号，另一组为音频解码器是根据ISO 11172-3或ISO 138183标准将音频信号恢复出来，并以PCM标准格式的数字信号送给音频DAC的PCM格式的数字音频信号。视频编码模块接收MPEG-II解码器输出的CCIR-601数字视频信号，并将它转换成复合视频信号（CVBS）或色亮分离信号（Y-C信号），这些信号经过低通滤波（一般应为6.5MHZ），便可送到电视机进行播放。音频DAC将数字PCM数据转换为立体声模拟信号。
（3）智能（CA）卡接口：对于付费电视，通过读卡器读取CA智能卡中的数据用于对音视频码流实施解扰，并采用含有识别用户和记忆功能的智能卡，保证合法用户正常收看。
（4）视音频解码器和后处理：MPEG-2解码器完成对音视频信号的解压缩，经视频编码和音频D/A变换，还原出模拟音视频信号，在模拟电视机上显示高质量图像，并提供多声道立体声信号。
（5）嵌入式CPU与存储器模块和接口电路：嵌入式CPU是数字电视机顶盒的心脏，它与存储模块用来存储和运行软件系统，并对各个硬件模块进行控制。接口电路提供丰富的外部接口，包括通用串行接口USB，以太网接口及RS232，模拟、数字机音频接口，数据接口等。
（6）卫星数字接收机软件系统
卫星接收机作为一个客户端系统，除了要具有良好的硬件平台外还需要配备软件系统才能使其完成各种任务。软件系统是一个重要的组成部分。嵌入式CPU主控制器的工作通过软件的执行来完成。
XSAT430S的软件基本结构。操作系统采用实时操作系统。在这个操作系统中主要完成进程调度、中断管理、内存分配、进程间通信、异常处理、时钟提取等工作。硬件驱动部分提供外围硬件设备的驱动。图形接口主要用于完成图形显示功能，以便于为用户提供友好的图形用户界面。音频解码器和视频解码驱动用于控制音频解码和视频解硬件的工作。解复用和数据表提取模块主要是对码流解复用和数据表提取操作的控制。
机顶盒的软件可以分成三个主要的层：应用层、中间件和驱动层，每一层都包含了诸多的程序或接口等。
驱动层包括卫星接收机硬件的驱动程序和API接口，它主要用于完成对硬件设备的操作。包括I2C总线、异步串行通信口、并行通信口、非易失内存、键盘、遥控器、调谐器、信道解码模块等。
中间件 ：
中间件将DVB-S的应用程序指令翻译成嵌入式CPU能识别的指令，从而通过驱动层去调用硬件设备完成相应的操作。该层包括嵌入式操作系统、中间件、CA驻留软件等。中间件是数字电视接收系统的软件平台，为卫星数字电视应用提供运行环境和软件接口。中间件作为卫星数字机中的一个独立的软件层，将应用软件与底层硬件和操作系统隔离开，对操作系统和驱动程序定义了统一接口，同时对应用程序也定义了统一接口，另外对常规数字广播电视业务和增值业务也提供统一接口。中间件定义了一组较为完整而标准的应用程序接口，使应用程序独立于操作系统和硬件平台，从而将应用的开发变得更加简捷，使产品的开放性和可移植性更强。它通常由JAVA虚拟机、网络浏览器、图像与多媒体模块等组成，中间件将应用软件与依赖于硬件的驱动层软件分隔开来，使应用软件不依赖于具体的硬件平台。
应用层
应用层可分成驻留应用程序和可下载应用程序两部分。应用程序编程接口将所有与硬件相关的底层函数映射到一个统一的接口上，并且提供一些与硬件无关的公用处理函数，比如网络协议、图形格式分析、业务信息数据表分析等。条件接收驱动用于完成条件接收处理的工作软件接口。应用程序编程接口为应用程序提供了一个公共的编程接口，把应用程序与硬件屏蔽开，使得应用程序与硬件无关。这样，就便于实现应用程序的可移植性。
XSAT430S卫星接收机工作原理及正常工作时信号波形
卫星数字接收机是现代微电子技术、数字压缩技术与数字传输技术相结合的高科技数字化电子接收设备。因此，检修人员即要有数字电视的基础知识，又要有较高电路分析能力；既能熟练掌握卫星数字电视接收机的工作原理，又要具有灵活、高超的检修技术；既能根据故障现象，分析故障发生原因，采用正确的检修方法。
对于模拟电路检测，我们往往测试电路中各个元器件的电压、电流、波形、相位等等电路参量来分析判断电路的工作状态。卫星数字接收机电路不同于传统的模拟电子电路，它的电路主要由数字逻辑电路、微处理器、存储器及大规模专用信号处理器构成。因此，对于卫星数字接收机的检修，我们除了要掌握模拟电子电路检测方法，还需要建立一些不同于模拟电子电路的概念，以利于我们根据电路中的电压、电流、波形、相位等等电路参量及接收机故障现象正确地分析卫星接收机电路的工作状态，快速地找出卫星接收机的故障原因。
限于本文的篇幅，我们只谈论几个最基础也是针对XSAT430检测最需要了解的概念：
时钟：所有的数字电路都需要依靠时钟信号来使各个电路组件的运作同步，每单位时间内电路可运作的次数取决于时钟的频率，因此时钟运作的频率也被大家视作系统运作的性能指标。
时钟是整个系统的同步信号，当时钟出现故障时会带来整体的功能故障。时钟脉冲丢失会导致系统数据总线、地址总线或控制总线没有动作。时钟脉冲的速率、振幅、宽度、形状及相位发生变化均可能引发故障。
大多数数字电路都是使用石英振荡器来作为时钟源。主板上微处理器、数字处理芯片和存储器等几个主要的组件各有其不同频率的工作时钟，因此主板的时钟电路必须为许多的组件提供各种不同的工作频率，但一个石英振荡器只能输出一种时钟频率，在需要多种时钟的数字电路中，显然不敷使用。所以本机采用的SC2005主芯片中集成了一个可输出几种频率的时钟发生器来替代这些原本需要散布在主板各处的振荡电路。锁相环（PHASE LOCKED LOOP，PLL）是时钟发生器的核心，时钟发生器只需由外接一个石英晶体振荡器提供一个基准频率（SC2005的基准频率为27MHZ），利用PLL倍频，再配之不同比例的分频电路，来产生各种频率的时钟输出，取代传统中的多个石英晶体振荡器；
复位
含有微处理器（MPU）的数字电子设备，即使是最小系统，一般都需要具有复位功能。复位脉冲在系统上电时加载到MPU上，或在特定情况下使程序回到最初状态。当复位脉冲不能发生、信号过窄、信号幅度不够时，程序就可能在错误的地址启动，导致程序混乱；
逻辑：数字电路的逻辑有“0”和“1”两种逻辑值，它们并不表示电路电压数值的大小，而表示逻辑电平的“高”与“低”两种状态，所以，逻辑“1”和逻辑“0”与自然数1和0有着本质的区别。由数字电子电路实现的逻辑运算时，它的输入和输出信号都是用电位（或称电平）的高低表示的。高电平和低电平都不是一个固定的电压值，而是有一定的变化范围。电平的高低一般用“1”和“0”两种状态区别，若规定高电平为“1”，低电平为“0”则称为正逻辑。反之则称为负逻辑。若无特殊说明，一般在数字电路中均采用正逻辑。与前面所讲过的基本逻辑关系相对应。数字电路最基础的单元电路是逻辑门电路，门电路主要有：与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等等；
时序：时序就是时间顺序，也就是信号上的一个时间约束关系，若要运作一个数字电路芯片，如一片SDRAM存储器，你除了满足它的信号逻辑要求，还必须满足它的信号时序要求，包括信号建立时间、信号保持时间关系等等！也可以简单的说是多个信号出现的一个时间顺序问题，比如说哪个信号必须先出现，先出现多长时间，然后保持多长时间等等。这里的时间部是以时钟周期为单位的；
总线：
我们知道，一个电路总是由元器件通过电线连接而成的，在模拟电路中，各个电子元器件间的连线并不成为一个问题，因为各元器件间一般是串行关系，各器件之间的连线并不很多，但数字及微处理器电路却不一样，它是以微处理器为核心，各器件都要与微处理器相连，各器件之间的工作必须相互协调，所以需要的连接导线就很多了，如果仍如同模拟电路一样，在各微处理器和各器件间单独连线，则连接导线的数量将多得惊人，所以在微处理器中引入了总线的概念，总线是将数据以一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线。通俗的说，就是多个部件间的公共连线，用于在各个部件之间传输信息。系统总线上传送的信息包括数据信息、地址信息、控制信息，因此，系统总线包含有三种不同功能的总线，即数据总线DB（ DATA BUS）、地址总线AB（ADDRESS BUS）和控制总线CB（CONTROL BUS），各个器件共同享用这些公共连线组，所有器件的数据线全部接到公用的数据线上，即相当于各个器件并联起来，但仅这样还不行，如果有两个器件同时送出数据，一个为“0”，一个为“1”，那么，数据接收器件接收到的究竟是什么呢？接收器件接收到的将是一个比“0”高、比“1”低的电平，这样接收数据的器件将会发生逻辑混乱，这种情况我们称之为“逻辑竞争”。逻辑竞争在电路中是决不允许存在的，所以要通过控制线进行控制所有挂在公用的数据线上的器件，使各器件分时输出数据，任何时候只能有一个器件发送数据（可以有多个器件同时接收）。器件共用的数据线也就被称为数据总线，器件所有的控制线被称为控制总线。在单片机内部或者外部存储器及其它器件中还有存储单元，这些存储单元要被分配地址才能使用，分配的地址当然也是以电信号的形式给出的，由于存储单元比较多，所以，用于地址分配的线也较多，所有存储器件的地址线也全部接到公用的地址线上，这些地址线被称为地址总线。