功能特點(diǎn)
摘要：QAMi5516是STMicro（意法半導(dǎo)體）公司最新推出的數(shù)字有線電視（DVB-C）機(jī)頂盒解調(diào)、解碼單芯片。文章介紹了QAMi5516的主要功能和特點(diǎn)，分析了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，給出了基于該芯片的DVB-C數(shù)字有線電視機(jī)頂盒的典型應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：QAMi5516；DVB-C；數(shù)字電視；機(jī)頂盒；解調(diào)；解碼
１ 概述
ＱＡＭｉ５５１６是ＳＴＭｉｃｒｏ（意法半導(dǎo)體）公司最新推出的一款專門針對中低端市場的高性價(jià)比數(shù)字有線電視（ＤＶＢ－Ｃ）機(jī)頂盒單芯片，同時(shí)也是ＳＴ推出的第一個(gè)將前端ＱＡＭ（正交幅度調(diào)制）數(shù)字有線信號解調(diào)器與后端ＭＰＥＧ視頻解碼集成在一起的芯片，因而能夠很好的使模擬電視用戶收看數(shù)字有線電視節(jié)目。
除了傳統(tǒng)的音頻、視頻解碼功能以外，ＱＡ-Ｍｉ５５１６還具有很強(qiáng)的擴(kuò)展能力、增強(qiáng)型圖形處理功能和提高音視頻質(zhì)量的后處理功能。同時(shí)，由于將ＱＡＭ解調(diào)器和ＭＰＥＧ解碼器集成在了一起，因而降低了硬件芯片組的成本，簡化了電路設(shè)計(jì)，提高了產(chǎn)品的可靠性和性價(jià)比，也有助于降低生產(chǎn)成本，這對有著近一億個(gè)有線電視家庭用戶的中國機(jī)頂盒市場來說無疑具有重要意義。
２
ＱＡＭｉ５５１６是一款高集成度、高性價(jià)比的解調(diào)解碼單芯片，它內(nèi)部集成了３２位ＳＴ２０ ＣＰＵ 、ＱＡＭ解調(diào)器、音頻／視頻ＭＰＥＧ－２ 譯碼器、顯示及圖像處理功能和各種系統(tǒng)外設(shè)接口等。除了具有數(shù)字有線電視機(jī)頂盒的全部基本功能外，它還可以運(yùn)行中間件以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視營運(yùn)商的增值服務(wù)，同時(shí)具有以太網(wǎng)接口、ＵＳＢ接口等豐富的外設(shè)接口，從而不僅為實(shí)現(xiàn)增值服務(wù)建立了很好的硬件環(huán)境，而且也能夠滿足用戶上網(wǎng)瀏覽、電子商務(wù)以及電子節(jié)目指南等方面的需求。
ＱＡＭｉ５５１６的基本特點(diǎn)如下：
·符合ＩＴＵ－Ｔ Ｊ．８３ Ａｎｎｅｘｅｓ Ａ／Ｂ／Ｃ、ＤＶＢ－Ｃ標(biāo)準(zhǔn)；
·支持ＴＳＭＦ；
·集成有ＱＡＭ解調(diào)器，可支持１６、３２、６４、１２８和２５６ＱＡＭ等不同調(diào)制方式的解調(diào)；
·集成有ＭＰＥＧ－２ ＭＰ＠ＭＬ視頻譯碼器、ＰＡＬ／ＮＴＳＣ／ＳＥＣＡＭ視頻編碼器、匹配濾波器和自適應(yīng)均衡器；
·支持時(shí)鐘可編程；
·功耗低；
·支持兩層ＰＣＢ布板設(shè)計(jì)；
·采用ＰＢＧＡ封裝形式，４１６引腳。
３ 內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理
圖1 QAMi5516功能框圖
圖１是ＱＡＭｉ５５１６內(nèi)部功能框圖。現(xiàn)將ＱＡ-Ｍｉ５５１６中各主要模塊工作原理作以介紹。
CPU及部分外設(shè)
３．１ 高性能的ＣＰＵ
ＱＡＭｉ５５１６中的ＳＴ２０－Ｃ２０１ ＣＰＵ內(nèi)核由ＳＴ２０Ｃ２＋ＣＰＵ、一個(gè)用于實(shí)時(shí)調(diào)試的診斷控制器單元（ＤＣＵ）、內(nèi)部存儲器（８ｋＢ ＳＲＡＭ、８ｋＢ指令緩存、８ｋＢ數(shù)據(jù)緩存）和一個(gè)１６級中斷控制器組成。其中，ＳＴ２０Ｃ２＋ＣＰＵ是高性能的３２位增強(qiáng)型ＲＩＳＣ ＣＰＵ，主頻高達(dá)１８０ＭＨｚ。ＤＣＵ用于引導(dǎo)ＣＰＵ，并通過符合ＩＥＥＥ１１９４．１標(biāo)準(zhǔn)的測試訪問端口Ｔｅｓｔ Ａｃｃｅｓｓ ＰｏｒｔＴＡＰ來實(shí)現(xiàn)對所有片上系統(tǒng)的監(jiān)控。ＤＣＵ內(nèi)部帶有在線仿真單元（ＩＣＥ）和邏輯狀態(tài)分析單元（ＬＳＡ），可支持軟件的實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)試。對于中斷，用中斷級控制器（ＩＬＣ）可將３８個(gè)中斷源映射到中斷控制器的１６個(gè)可編程中斷級輸入端，并可由軟件來控制和改變，在所有１６級中斷中，第１５級優(yōu)先級最高，第０級優(yōu)先級最低。
３．２ 外部存儲器及其接口
ＱＡＭｉ５５１６的外存可通過外部存儲器接口（ＥＭＩ）來進(jìn)行擴(kuò)展，其工作頻率最高達(dá)１００ＭＨｚ，并支持１ＧＢ的地址空間，這對于嵌入式系統(tǒng)來說已經(jīng)足夠了。整個(gè)存儲地址空間分為四個(gè)區(qū)域，區(qū)域０映射到片內(nèi)ＳＲＡＭ，區(qū)域１映射到片外ＳＤＲＡＭ（通過ＳＭＩ接口擴(kuò)展），區(qū)域２映射到片內(nèi)外圍設(shè)備寄存器，區(qū)域３映射到外部存儲器（通過ＥＭＩ接口擴(kuò)展）。其中區(qū)域３又分為６個(gè)大小可編程設(shè)置的ＢＡＮＫ，最大為２５６ＭＢ，最小為４ＭＢ。表１是該區(qū)域的典型配置方式。
表1 區(qū)域3的典型配置方式
BANK 起始地址 結(jié)束地址 大�。∕B） 使用類型
5 0x7F80 0000 0x7FFF FFFF 8 ROM
4 0x7F00 0000 0x7F7F FFFF 8 SDRAM
3 0x7000 0000 0x7EFF FFFF 240 外設(shè)
2 0x6000 0000 0x6FFF FFFF 256 外設(shè)
1 0x5000 0000 0x5FFF FFFF 256 SDRAM
0 0x4000 0000 0x4FFF FFFF 256 SDRAM
３．３ ＱＡＭ解調(diào)器
ＱＡＭ解調(diào)器全面兼容Ｉ-ＴＵ－Ｔ Ｊ．８３ Ａｎｎｅｘｅｓ Ａ／Ｂ／Ｃ和ＤＶＢ－Ｃ標(biāo)準(zhǔn)，支持１６、３２、６４、１２８和２５６ＱＡＭ等不同調(diào)制方式的解調(diào)。對于日本ＤＢＳ系統(tǒng)，它還能夠?qū)Γ裕樱停七M(jìn)行后處理，以從多路幀中提取單獨(dú)的傳輸流（ＴＳ）。
ＱＡＭｉ５５１６解調(diào)器內(nèi)部集成有一個(gè)高性能的模－數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以直接處理從調(diào)諧器出來的中頻信號（包括７．２ ＭＨｚ、３６ ＭＨｚ和４４ ＭＨｚ，最高達(dá)５７ＭＨｚ）。另外，還帶有用于調(diào)諧器增益控制和中頻增益控制的數(shù)字ＡＧＣ等，并可降低ＱＡＭ調(diào)制比特流恢復(fù)的比特誤碼率（ＢＥＲ）。
３．４ ＳＴＢｕｓ互連總線
為了改善芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸總線瓶頸問題，ＱＡＭｉ５５１６采用基于ＯＭＥＧＡ２ （奧米加）技術(shù)的高速先進(jìn)的ＳＴＢｕｓ來實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。ＯＭＥＧＡ２能夠?yàn)楦鱾�(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸提供較高的片上帶寬和較低的訪問延遲，其多路路由器允許多模塊之間進(jìn)行同步讀和寫，這樣使得有效帶寬得到最大的使用率。
３．５ ＭＰＥＧ視頻解碼器
ＭＰＥＧ視頻解碼器用于ＭＰＥＧ２比特流的解壓縮和視頻流的構(gòu)建，它實(shí)際上是通過對一副副圖片（畫面）進(jìn)行解碼來實(shí)現(xiàn)的。一般來說，在新畫面顯示的同時(shí)，下一副畫面就已開始插入相應(yīng)的啟動代碼檢測器，這樣ＣＰＵ就可以自動設(shè)置相應(yīng)的寄存器對下一副畫面進(jìn)行解碼。此外，該視頻解碼器還包括ＭＰＥＧ子圖解碼器、圖像顯示單元及ＯＳＤ單元，而其多層顯示功能也大大豐富了電視顯示效果。
３．６ 數(shù)字編碼器
數(shù)字編碼器用于將４:２:２的數(shù)字視頻流轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的ＰＡＬ／ＳＥＣＡＭ／ＮＴＳＣ模擬基帶信號，也可以將４:４:４的數(shù)字視頻流轉(zhuǎn)換為ＲＧＢ和ＹＵＶ信號。它提供有６路模擬輸出，可以支持Ｓ－ＶＨＳ(Ｙ／Ｃ)＋ＣＶＢＳ＋ＲＧＢ、Ｓ－ＶＨＳ(Ｙ／Ｃ)＋ＣＶＢＳ＋ＹＵＶ、Ｙ１＋Ｃ１＋ＣＶＢＳ１＋Ｃ２＋Ｙ２＋ＣＶＢＳ２等三種組合輸出方式。此外，ＱＡＭｉ５５１６內(nèi)部還集成有音頻子系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器、時(shí)鐘發(fā)生器等單元模塊，還有智能卡接口、異步串口、Ｉ２Ｃ收發(fā)器以及ＩＥＥＥ１２８４增強(qiáng)型高速并口等片內(nèi)外設(shè)接口。
典型應(yīng)用
４
在應(yīng)用設(shè)計(jì)中，要充分考慮到芯片的性能要求和極限參數(shù)，表２給出了ＱＡＭｉ５５１６的主要參數(shù)。
表2 QAMi5516極限參數(shù)和電特性參數(shù)
參 數(shù) 符 號 最小值 典型值 最大值 單位
電源電壓1 VDD3MAX 3.0 3.3 3.6 V
電源電壓2 VDD18MAX 1.6 1.8 2.0 V
輸入和雙向引腳容限電壓 VI18MAX GND-0.5 VDD18+0.5 V
輸入、輸出和雙向引腳容限電壓1 VI5MAX GND-0.5 5.5 V
輸入、輸出和雙向引腳容限電壓2 VO3MAX GND-0.5 VDD3+0.5 V
輸出電流 IOMAX 20 mA
貯存溫度 TSMAX 55 20 125 ℃
偏置溫度 TAMAX -55 20 125 ℃
圖2 典型DVB-C應(yīng)用功能示意圖
圖２是一個(gè)基于ＱＡＭｉ５５１６的典型ＤＶＢ－Ｃ數(shù)字有線電視機(jī)頂盒的功能示意圖。當(dāng)ＤＶＢ－Ｃ有線電視網(wǎng)利用同軸電纜傳送的數(shù)字電視射頻信號（頻率范圍為５０ＭＨｚ～８７０ＭＨｚ）送到前端調(diào)諧器（Ｔｕｎｅｒ）后，該信號會變換為一個(gè)中心頻率為４３．７５ＭＨｚ的中頻信號，并通過ＩＦ ｉｎ輸入到ＱＡＭｉ５５１６內(nèi)部的ＱＡＭ解調(diào)器，以完成信號的定時(shí)恢復(fù)、載波恢復(fù)、數(shù)據(jù)成型、自適應(yīng)均衡和維特比解碼（Ｖｉｔｅｒｂｉ，又叫格形解碼）、解交織、ＲＳ解碼和去隨機(jī)化，最后將得到的符合ＭＰＥＧ－２標(biāo)準(zhǔn)的傳輸流經(jīng)過ＴＳＯＵＴ串／并口輸出。這樣就完成了整個(gè)信道解碼。顯然，這部分功能主要是由硬件來完成的，軟件只需對相應(yīng)的寄存器進(jìn)行初始化和控制。
從ＴＳＯＵＴ輸出的ＭＰＥＧ－２傳輸流又將從ＴＳＩＮ１／２送到信源解碼模塊以進(jìn)行解復(fù)用、視頻解碼和音頻解碼；然后再經(jīng)過ＰＡＬ／ＳＥＣＡＭ ／ＮＴＳＣＳ視頻編碼器、音頻ＤＡＣ等處理模塊，就可以輸出相應(yīng)格式的音視頻信號了。
存儲器模塊主要包括ＦＬＡＳＨ、ＥＥＰＲＯＭ和ＳＤＲＡＭ等。其中ＦＬＡＳＨ用于存放用戶應(yīng)用程序，ＥＥＰＲＯＭ用于存放系統(tǒng)、用戶配置信息以及所有的節(jié)目信息，ＳＤＲＡＭ是系統(tǒng)和應(yīng)用程序運(yùn)行的地方，而視頻ＳＤＲＡＭ則用作視頻解碼緩沖區(qū)以存放ＯＳＤ數(shù)據(jù)。
外圍接口模塊包括與外界的接口及控制電路。其中ＲＳ－２３２和ＲＪ４５網(wǎng)絡(luò)接口用于系統(tǒng)和主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，也可用于系統(tǒng)軟件升級和機(jī)頂盒故障診斷。前面板和遙控接口用于接收前面板和遙控器的輸入。智能卡接口用于支持ＣＡ有條件訪問控制系統(tǒng)，該接口符合ＩＳＯ７８１６－３國際標(biāo)準(zhǔn)。此外，ＪＴＡＧ接口用于軟件調(diào)試和下載。
在工程設(shè)計(jì)中，對芯片操作系統(tǒng)的選取也是至關(guān)重要的，但這方面較易被忽視。事實(shí)上，操作系統(tǒng)往往會對系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間、難度和整機(jī)價(jià)格起到相當(dāng)大的作用。ＳＴ在其配套的軟件開發(fā)包中帶有專門針對ＳＴ２０內(nèi)核優(yōu)化的專用嵌入式操作系統(tǒng)ＳＴＬｉｔｅ／ＯＳ２０，因而可大大減輕軟件程序員的工作。
５ 結(jié)束語
為了盡可能地最小化設(shè)計(jì)成本，加速數(shù)字電視機(jī)頂盒的開發(fā)速度，ＳＴ在推出ＱＡＭｉ５５１６的同時(shí)，還提供了完整的設(shè)計(jì)支持，包括電路設(shè)計(jì)方案、ＰＣＢ布線布板硬件、核心嵌入式操作系統(tǒng)、完整的軟件開發(fā)包和相應(yīng)的ＤＥＭＯ程序代碼等軟件，因而可大大縮短機(jī)頂盒產(chǎn)品的上市時(shí)間，滿足競爭需要。
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