基于NXP UOCIII芯片的小尺寸液晶电视设计详解

在液晶电视实际设计中，设计工程师需要根据各国不同的电视标准和要求，如EMI、ESD以及其它各项电视指标等，考虑电路设计、PCB布线和软件，并要确保各部分电路能正常工作。另外，随着人们物质生活水平的提高，对电视画面的要求也越来越高，这就要求在干扰问题以及芯片的画面处理上下足工夫。在本文讨论的设计方案中，我们将高频头部分与其它信号输入部分、电源部分和功放部分的地进行了分割，并将模拟地与数字地分开。同时，在软件设计中，我们对画面的颜色鲜艳度、亮度、对比度、γ校正、自动白平衡调整等方面进行了细致调整，从而使画面逼真、自然。

　　当然，由于液晶屏技术水平的限制，LCD-TV的画面质量与传统CRT电视相比还有一些差别，主要表现在响应时间、对比度和可视角度三个方面。

　　响应时间，即LCD显示器对于输入信号的反应速度，液晶由暗转亮或是有亮转暗的时间。它通常以毫秒计算，响应时间越短越好，时间长会导致拖尾现象。

　　对比度指的是屏幕上同一点最亮时与最暗时的亮度的比值。对比度越高，色彩越鲜艳，画面层次感越分明，色彩过渡也更细腻。LCD显示器的对比度一般在300:1左右，而CRT能轻易达到70:1，因此LCD TV与传统CRT电视相比，在颜色鲜艳度等画质上有一定差距。

　　液晶电视弱项主要集中在可视角度和响应时间方面。不过随着技术的进步，这两方面都有了大幅改进。目前高端液晶电视的可视角度可达176度，响应速度为4毫秒的大屏幕液晶电视也正逐渐成为市场主流。随着显示屏技术的发展，所有这些差距都将越来越小。

　　基于UOCIII的设计方案

　　NXP半导体公司的UOCIII芯片集成了高性能视频信号处理器、集文字/控制/图像(TCG)处理于一体的8位MCU、CC/TT解码器、立体声解码器和音频信号处理器，只需加上缩放器(Scaler)和音频功率放大器，即可构成一台电视机。UOCIII芯片定位于中端市场，适用于从15到20寸的LCD TV解决方案。

　　图1为基于UOCIII TDA150XXX的LCD TV系统框图。视频信号从UOCIII输入，经过视频切换、解码、数字滤波、A/D和D/A转换等一系列处理，最后以RGB形式输出到缩放器MST9151B/MST518A。同样，音频信号从UOCIII输入，经过声音增强、A/D转换、立体声解码、D/A转换、音量控制等处理，输出到音频功率放大器TDA1517，最后输出到扬声器或耳机。EEROM则用来存储搜台信息、颜色/音量调整等信息。通过控制面板或遥控器可以轻松的调出绚丽的OSD菜单界面，进行频道、颜色、对比度、音量等个性化的设置。同时，工程人员也可以通过遥控器输入预设的密码进行相关寄存器的设置。

　　系统主要组成部分

　　1. UOCIII多功能信号处理芯片

　　UOCIII集成了高性能视频信号处理器和强大的集text/control/graphics(TCG)处理于一体的8位MCU，以及CC/TT解码器、立体声解码器和音频信号处理器，是一款功能齐备、它采用QFP128封装，同时，针对不同的市场及要求，UOCIII还提供了数种局部功能上有差异的产品系列，可满足国内、欧、美、日本等地客户的要求，并达到物尽其用，降低IC成本的目的。

　　2. 缩放器(图形处理)部分

　　MST9151B是一款两款高性能、高集成度的缩放器IC，最高可支持到SXGA(1280*1024)的分辨率。它内部集成了8位ADC/PLL、高品质的缩放器引擎、OSD控制、支持两路RGB输入和集成了DVI接口，并具有复合同步和SOG分离、LVDS显示接口、TTL显示接口以及智能电源管理控制的能力。

　　我们还有另外几款缩放器可以与UOCIII搭配，如MST518A-LF-1和TSUM66AVHJ-1。这两颗IC可以达到WXGA+(1440*900)和SXGA(1400*1050)的分辨率，并且都有白电平调整功能，这样就可以用来支持目前市面上比较流行的19寸的16:10的宽屏。

　　3. 音频功率放大器TDA1517P/ATW部分。

　　TDA1517P是一款2×6W的立体声功率放大器。它具有高输出功率、增益可调、静音/待机切换等特点，是一颗完整的B级双输出放大器，该芯片主要用于多媒体应用。



　　UOCIII TDA150XXX LCD TV系统框图

　　方案功能

　　在本方案增加了TV接收、AV/S-视频、色差信号(YPbPr)、SCART、VGA、音频输入等视/音频接收端子。当然，根据客户要求的不同，本方案还可以加入D-PORT、DVI、HDMI等接口功能。具体细节如下：

　　·彩色制式自动识别和强制设定功能，欧洲方案支持PAL4.43，SECAM；

　　·伴音自动识别及强制设定功能，欧洲方案支持BG/DK/I，L/L’，NICAM；

　　·输入输出信号：AV/S-VIDEO/YPbPr/VGA/DVI各一路输入，以及一路全功能Scart(输入：AV、Y/C、RGB，输出：一路AV)；

　　·100页存储的图文电视解码；

　　·立体声解码；

　　·视频增强、图像数字消躁功能，支持动态降噪(DNR)；

　　·双视窗形式：视频/图文两个并列窗口显示；

　　·三种调台方式：自动、手动、微调；

　　·支持无信号自动关机和定时开关机；

　　·支持多种PC格式，自动识别、切换，符合VESA格式；

　　·支持多种高清和标清输入格式；

　　·支持频道交换功能；

　　·立体透明/半透明菜单背景，多种菜单语言；

　　·多种图像模式：个人、标准、柔和、动态；

　　·多种声音模式：个人、音乐、影院、新闻。

　　主板设计采用二层PCB，与四层PCB相比，可在生产工艺、物料上能节省不少成本、资源和精力。它配有UOCIII、MST9151B、TDA1517ATW、视频切换开关PI5V330、高频头及电源转换器等IC，并同时具有LVDS和TTL接口，客户可根据显示屏接口的不同选择相应接口。

　　性能特点

　　·支持各种彩色制式和伴音制式：支持PAL、NTSC、SECAM、及M/N，BG、DK、I、L、L’等。

　　·自适应数字(4H/2H)梳状滤波器(PAL/NTSC下)，可得到最佳亮色分离效果。

　　·内含10页或100页的图文解码器，支持TelText、Closed Captioning、V-chip功能。

　　·全制式立体声解码器：支持NICAM、BTSC、SAP、EIAJ、FM radio等。

　　·自动白平衡调整。

　　·模拟/数字视频处理。

　　·对所有的功能只需要一个晶振。

　　·低待机功耗：3.3V，10mA。

　　·可选择的I/O口设置：ADC/PWM/PUSH-PULL/OPEN-DRAIN等。

　　·高性能的OSD，可支持多国语言

　　·高速I2C总线

　　关键的设计技巧和经验

　　在电视接收部分选用了分立的高频头。12V转5V的DC/DC转换器的电压输出经过倍压、整流、稳压后得到分立高频头所需要的33V电压。将高频头接收到的中频(IF)信号以外载波的形式，分别通过图像、声音滤波器输入到IC进行相应处理，最后以RGB的形式输入到定标器。当然，如果高频头输出的IF信号强度不够，可以增加一级预中放电路。与一体化高频头相比，整个电路可以节省一定成本。

　　在干扰处理方面，由于主板采用两层PCB设计，加上客户在模具上存在限制，主板形状偏小甚至不规则，所以干扰问题比较难以处理。在实际设计中，我们对高频头和声表滤波器(图像、声音)电路部分进行了严格的割地处理，以确保高频头受到的干扰尽可能小，并避免形成差拍干扰。同样，在其它信号的输入电路、电源电路、功放电路进行了割地处理。在客户组装成样机后，如果受干扰的程度还不能达到要求，我们还可以通过在高频头上贴屏蔽纸，在电源线、LVDS连接线上套磁环等处理来减小干扰。



　　基于UOCIII TDA150xx的LCD TV主板图

　　由于采用了TDA1517功率放大器，在插拔电源、开关机时会产生电流冲击的"扑扑"声。为消除开关机的冲击声，我们通过软硬件的配合，对左右音频输入到TDA1517 RIN/LIN引脚与控制信号输入到TDA1517 MODE引脚的时间差进行了相应调整，以消除开关机的冲击声。为插拔电源时的冲击声，可增加一级电路。其原理是：在插电源时，该电路的电源充电，不影响DA1517；在拔电源时，通过电容放电使TDA1517的MODE引脚和RIN/LIN引脚被拉低，从而达到消除"扑扑"声的目的。

　　软件设计采用了NXP提供的GTV软件开发工具。NXP提供三种方式的软件开发支持：(1)直接采用NXP提供的GTV参考设计；(2)在GTV软件加入自己的软件，创建自己的软件模块；(3)使用GTV的一部分设计，客户可以搭建自己的软件架构，或者使用个别的GTV软件库。

　　采用第一种方式开发进度最快，主要是写后端定标器的控制软件，但缺点是需要额外的MCU，第三种最具有灵活的功能操控性，可以很方便地移植到别的系统中，但是这种方式要求软件编写者具备很强的软件开发能力、丰富的软件架构搭建经验以及全局观，第二种具有相对灵活的功能操控性，且不需要额外的MCU。

　　为了赶时间和进度，我们采用第二种方式来进行开发。与目前的UOC3+定标器+MCU的架构不同，我们省掉了外部MCU而直接用UOC3中的MCU。在研发过程中灵活地利用GTV软件的已有库函数，在方案的成本方面和软件的易于维护方面都有所兼顾。