基于NXP UOCIII芯片的小尺寸液晶電視設(shè)計指導(dǎo)

在液晶電視實際設(shè)計中，設(shè)計工程師需要根據(jù)各國不同的電視標(biāo)準(zhǔn)和要求，如EMI、ESD以及其它各項電視指標(biāo)等，考慮電路設(shè)計、PCB布線和軟件，并要確保各部分電路能正常工作。另外，隨著人們物質(zhì)生活水平的提高，對電視畫面的要求也越來越高，這就要求在干擾問題以及芯片的畫面處理上下足工夫。在本文討論的設(shè)計方案中，我們將高頻頭部分與其它信號輸入部分、電源部分和功放部分的地進(jìn)行了分割，并將模擬地與數(shù)字地分開。同時，在軟件設(shè)計中，我們對畫面的顏色鮮艷度、亮度、對比度、γ校正、自動白平衡調(diào)整等方面進(jìn)行了細(xì)致調(diào)整，從而使畫面逼真、自然。

當(dāng)然，由于液晶屏技術(shù)水平的限制，LCD-TV的畫面質(zhì)量與傳統(tǒng)CRT電視相比還有一些差別，主要表現(xiàn)在響應(yīng)時間、對比度和可視角度三個方面。

響應(yīng)時間，即LCD顯示器對于輸入信號的反應(yīng)速度，液晶由暗轉(zhuǎn)亮或是有亮轉(zhuǎn)暗的時間。它通常以毫秒計算，響應(yīng)時間越短越好，時間長會導(dǎo)致拖尾現(xiàn)象。

對比度指的是屏幕上同一點最亮?xí)r與最暗時的亮度的比值。對比度越高，色彩越鮮艷，畫面層次感越分明，色彩過渡也更細(xì)膩。LCD顯示器的對比度一般在300:1左右，而CRT能輕易達(dá)到70:1，因此LCD TV與傳統(tǒng)CRT電視相比，在顏色鮮艷度等畫質(zhì)上有一定差距。

液晶電視弱項主要集中在可視角度和響應(yīng)時間方面。不過隨著技術(shù)的進(jìn)步，這兩方面都有了大幅改進(jìn)。目前高端液晶電視的可視角度可達(dá)176度，響應(yīng)速度為4毫秒的大屏幕液晶電視也正逐漸成為市場主流。隨著顯示屏技術(shù)的發(fā)展，所有這些差距都將越來越小。

基于UOCIII的設(shè)計方案

NXP半導(dǎo)體公司的UOCIII芯片集成了高性能視頻信號處理器、集文字/控制/圖像(TCG)處理于一體的8位MCU、CC/TT解碼器、立體聲解碼器和音頻信號處理器，只需加上縮放器(Scaler)和音頻功率放大器，即可構(gòu)成一臺電視機(jī)。UOCIII芯片定位于中端市場，適用于從15到20寸的LCD TV解決方案。

圖1為基于UOCIII TDA150XXX的LCD TV系統(tǒng)框圖。視頻信號從UOCIII輸入，經(jīng)過視頻切換、解碼、數(shù)字濾波、A/D和D/A轉(zhuǎn)換等一系列處理，最后以RGB形式輸出到縮放器MST9151B/MST518A。同樣，音頻信號從UOCIII輸入，經(jīng)過聲音增強(qiáng)、A/D轉(zhuǎn)換、立體聲解碼、D/A轉(zhuǎn)換、音量控制等處理，輸出到音頻功率放大器TDA1517，最后輸出到揚(yáng)聲器或耳機(jī)。EEROM則用來存儲搜臺信息、顏色/音量調(diào)整等信息。通過控制面板或遙控器可以輕松的調(diào)出絢麗的OSD菜單界面，進(jìn)行頻道、顏色、對比度、音量等個性化的設(shè)置。同時，工程人員也可以通過遙控器輸入預(yù)設(shè)的密碼進(jìn)行相關(guān)寄存器的設(shè)置。

系統(tǒng)主要組成部分

1. UOCIII多功能信號處理芯片

UOCIII集成了高性能視頻信號處理器和強(qiáng)大的集text/control/graphics(TCG)處理于一體的8位MCU，以及CC/TT解碼器、立體聲解碼器和音頻信號處理器，是一款功能齊備、它采用QFP128封裝，同時，針對不同的市場及要求，UOCIII還提供了數(shù)種局部功能上有差異的產(chǎn)品系列，可滿足國內(nèi)、歐、美、日本等地客戶的要求，并達(dá)到物盡其用，降低IC成本的目的。

2. 縮放器(圖形處理)部分

MST9151B是一款兩款高性能、高集成度的縮放器IC，最高可支持到SXGA(1280*1024)的分辨率。它內(nèi)部集成了8位ADC/PLL、高品質(zhì)的縮放器引擎、OSD控制、支持兩路RGB輸入和集成了DVI接口，并具有復(fù)合同步和SOG分離、LVDS顯示接口、TTL顯示接口以及智能電源管理控制的能力。

我們還有另外幾款縮放器可以與UOCIII搭配，如MST518A-LF-1和TSUM66AVHJ-1。這兩顆IC可以達(dá)到WXGA+(1440*900)和SXGA(1400*1050)的分辨率，并且都有白電平調(diào)整功能，這樣就可以用來支持目前市面上比較流行的19寸的16:10的寬屏。

3. 音頻功率放大器TDA1517P/ATW部分。

TDA1517P是一款2×6W的立體聲功率放大器。它具有高輸出功率、增益可調(diào)、靜音/待機(jī)切換等特點，是一顆完整的B級雙輸出放大器，該芯片主要用于多媒體應(yīng)用。

UOCIII TDA150XXX LCD TV系統(tǒng)框圖

方案功能

在本方案增加了TV接收、AV/S-視頻、色差信號(YPbPr)、SCART、VGA、音頻輸入等視/音頻接收端子。當(dāng)然，根據(jù)客戶要求的不同，本方案還可以加入D-PORT、DVI、HDMI等接口功能。具體細(xì)節(jié)如下：

·彩色制式自動識別和強(qiáng)制設(shè)定功能，歐洲方案支持PAL4.43，SECAM；

·伴音自動識別及強(qiáng)制設(shè)定功能，歐洲方案支持BG/DK/I，L/L’，NICAM；

·輸入輸出信號：AV/S-VIDEO/YPbPr/VGA/DVI各一路輸入，以及一路全功能Scart(輸入：AV、Y/C、RGB，輸出：一路AV)；

·100頁存儲的圖文電視解碼；

·立體聲解碼；

·視頻增強(qiáng)、圖像數(shù)字消躁功能，支持動態(tài)降噪(DNR)；

·雙視窗形式：視頻/圖文兩個并列窗口顯示；

·三種調(diào)臺方式：自動、手動、微調(diào)；

·支持無信號自動關(guān)機(jī)和定時開關(guān)機(jī)；

·支持多種PC格式，自動識別、切換，符合VESA格式；

·支持多種高清和標(biāo)清輸入格式；

·支持頻道交換功能；

·立體透明/半透明菜單背景，多種菜單語言；

·多種圖像模式：個人、標(biāo)準(zhǔn)、柔和、動態(tài)；

·多種聲音模式：個人、音樂、影院、新聞。

主板設(shè)計采用二層PCB，與四層PCB相比，可在生產(chǎn)工藝、物料上能節(jié)省不少成本、資源和精力。它配有UOCIII、MST9151B、TDA1517ATW、視頻切換開關(guān)PI5V330、高頻頭及電源轉(zhuǎn)換器等IC，并同時具有LVDS和TTL接口，客戶可根據(jù)顯示屏接口的不同選擇相應(yīng)接口。

性能特點

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

·自適應(yīng)數(shù)字(4H/2H)梳狀濾波器(PAL/NTSC下)，可得到最佳亮色分離效果。

·內(nèi)含10頁或100頁的圖文解碼器，支持TelText、Closed Captioning、V-chip功能。

·全制式立體聲解碼器：支持NICAM、BTSC、SAP、EIAJ、FM radio等。

·自動白平衡調(diào)整。

·模擬/數(shù)字視頻處理。

·對所有的功能只需要一個晶振。

·低待機(jī)功耗：3.3V，10mA。

·可選擇的I/O口設(shè)置：ADC/PWM/PUSH-PULL/OPEN-DRAIN等。

·高性能的OSD，可支持多國語言

·高速I2C總線

關(guān)鍵的設(shè)計技巧和經(jīng)驗

在電視接收部分選用了分立的高頻頭。12V轉(zhuǎn)5V的DC/DC轉(zhuǎn)換器的電壓輸出經(jīng)過倍壓、整流、穩(wěn)壓后得到分立高頻頭所需要的33V電壓。將高頻頭接收到的中頻(IF)信號以外載波的形式，分別通過圖像、聲音濾波器輸入到IC進(jìn)行相應(yīng)處理，最后以RGB的形式輸入到定標(biāo)器。當(dāng)然，如果高頻頭輸出的IF信號強(qiáng)度不夠，可以增加一級預(yù)中放電路。與一體化高頻頭相比，整個電路可以節(jié)省一定成本。

在干擾處理方面，由于主板采用兩層PCB設(shè)計，加上客戶在模具上存在限制，主板形狀偏小甚至不規(guī)則，所以干擾問題比較難以處理。在實際設(shè)計中，我們對高頻頭和聲表濾波器(圖像、聲音)電路部分進(jìn)行了嚴(yán)格的割地處理，以確保高頻頭受到的干擾盡可能小，并避免形成差拍干擾。同樣，在其它信號的輸入電路、電源電路、功放電路進(jìn)行了割地處理。在客戶組裝成樣機(jī)后，如果受干擾的程度還不能達(dá)到要求，我們還可以通過在高頻頭上貼屏蔽紙，在電源線、LVDS連接線上套磁環(huán)等處理來減小干擾。

基于UOCIII TDA150xx的LCD TV主板圖

由于采用了TDA1517功率放大器，在插拔電源、開關(guān)機(jī)時會產(chǎn)生電流沖擊的“撲撲”聲。為消除開關(guān)機(jī)的沖擊聲，我們通過軟硬件的配合，對左右音頻輸入到TDA1517 RIN/LIN引腳與控制信號輸入到TDA1517 MODE引腳的時間差進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整，以消除開關(guān)機(jī)的沖擊聲。為插拔電源時的沖擊聲，可增加一級電路。其原理是：在插電源時，該電路的電源充電，不影響DA1517；在拔電源時，通過電容放電使TDA1517的MODE引腳和RIN/LIN引腳被拉低，從而達(dá)到消除“撲撲”聲的目的。

軟件設(shè)計采用了NXP提供的GTV軟件開發(fā)工具。NXP提供三種方式的軟件開發(fā)支持：(1)直接采用NXP提供的GTV參考設(shè)計；(2)在GTV軟件加入自己的軟件，創(chuàng)建自己的軟件模塊；(3)使用GTV的一部分設(shè)計，客戶可以搭建自己的軟件架構(gòu)，或者使用個別的GTV軟件庫。

采用第一種方式開發(fā)進(jìn)度最快，主要是寫后端定標(biāo)器的控制軟件，但缺點是需要額外的MCU，第三種最具有靈活的功能操控性，可以很方便地移植到別的系統(tǒng)中，但是這種方式要求軟件編寫者具備很強(qiáng)的軟件開發(fā)能力、豐富的軟件架構(gòu)搭建經(jīng)驗以及全局觀，第二種具有相對靈活的功能操控性，且不需要額外的MCU。

為了趕時間和進(jìn)度，我們采用第二種方式來進(jìn)行開發(fā)。與目前的UOC3+定標(biāo)器+MCU的架構(gòu)不同，我們省掉了外部MCU而直接用UOC3中的MCU。在研發(fā)過程中靈活地利用GTV軟件的已有庫函數(shù)，在方案的成本方面和軟件的易于維護(hù)方面都有所兼顧。

功能擴(kuò)展

在現(xiàn)有主板上還保留了一顆畫質(zhì)增強(qiáng)IC(9178)，以達(dá)到改善畫質(zhì)的目的。高清晰度多媒體接口(HDMI)可以傳送無壓縮的音頻信號和高分辨率視頻信號，只需再加一顆HDMI接收IC，就可以在現(xiàn)有主板上加入這一接口。

利用該方案還可以與DVB、DVD組裝成一體機(jī)。只需將DVB、DVD的電源、控制信號、圖像信號與主板相連，在軟件里修改相關(guān)功能(比如遙控器)，就可以在一臺電視機(jī)上現(xiàn)看DVD、接收數(shù)字電視，并用同一個遙控器進(jìn)行控制。

總之，本方案功能齊備、可擴(kuò)展性強(qiáng)，并且已經(jīng)過市場證。液晶電視以它的低功耗、零閃爍、零輻射等固有的優(yōu)勢逐漸擴(kuò)大其在電視市場中的份額，越來越受到消費者的關(guān)注和喜愛?？梢韵胂螅谖磥淼膸啄曛?，隨著液晶屏技術(shù)的進(jìn)步，LCD TV整機(jī)成本的下降，LCD TV必將會取代傳統(tǒng)的CRT電視而成為電視市場的主流產(chǎn)品，給消費者帶來一個多彩、安全、環(huán)保、節(jié)能的世界。

展望未來，液晶電視會更偏重與模擬/數(shù)字電視混合類型，因為無論在歐洲，還是在美洲，模擬電視信號在較長的一段時間內(nèi)都會繼續(xù)存在。芯片功能的集成度越來越高，成為所謂的“超級單片”，以減低成本、增加銷售量。同時，讀卡器，帶USB的數(shù)碼相框、帶大容量存儲設(shè)備如微硬盤和NAND FLASH的PMP等功能都可能會在未來的液晶電視里出現(xiàn)。