基于NXP UOCIII芯片的小尺寸液晶电视设计方案指导
时间:05-13
来源:EDN
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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。
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。
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