数字机顶盒故障分析与维修资料

维修数字机顶盒


第1节
数字机顶盒的故障分析诊断和检修单元

单元1
数字机顶盒工作原理和电路分析

一．有线电视系统

1有线电视系统的组成

有线电视系统是由前端、干线传输和用户分配三大部分组成.

(1) 前端部分

前端部分是有线电视系统传输节目的总源头,为有线电视提供信号源。前端部分应用的设备主要有高频放大器、解调器、调制器、混合器等。电视信号数字化后，前端部分还包括信号源编码和数字调制系统。有线电视信号源通常有多种类型，如其他有线电视台的有线电视节目、卫星电视地节目、自办节目、录像机播放的电视连续剧节目等。

(2)
干线传输部分

干线传输部分是一个传输网，主要是把前端接收、处理、混合后的电视信号传到用户分配部分的一系列传输设备。干线传输部分应用的设备主要有光发射机、光接收机、分配放大器、干线放大器、同轴电缆、光放大器、光纤维、还包括多路微波分配系统等。根据有线电视用户总数的不同，需要干线提供的信号大小也不一样。干线放大器用来补偿干线上的传输损耗，把输入的有线电视信号调整到合适的大小输出。

(3) 用户分配部分

用户分配部分是有线电视系统的最后部分，直接将来自干线传输系统的信号分配、传送到各户的电视机中。用户分配部分应用的设备主要有分支器、分配放大器、同轴电缆、用户终端等。有线电视系统的前端部分位于有线电视中心，它是节目源的产生和处理部分。它将声音、图像等节目信息源进行收集，然后采用 MPEG-2编码器将信息转换成音频、视频数据信号，最后经QAM调制器，再分别对各种节目的数据信号进行调制，并送到服用器进行合成处理，最后由混合器输出。有线电视中心往往通过多个卫星天线接收来自国内外电视台通过数字卫星播出的电视节目，用卫星接收机可以将这些节目下来还原成音频、视频信号。这些音频、视频信号经过压缩编码和QAM调制后，通过有线系统传送到用户终端。此外，有线电视中心还可以将自办节目和录像机播放的电视节目分别经调制器调制到射频信号上，也送入混合器。混合器输出的射频信号是多频道节目混合在一起的宽带射频信号。多频道电视信号要通过有线传输系统送到千家万户。传输系统常采用管线和同轴电缆混合的方式，先经光发射机将电信号变成光信号，由光纤进行较远距离的传送，送到居民社区。光接收机再将光信号变成电信号，并由同轴电缆、干线放大器、分配放大器、分支器分成多路信号送到用户终端。在用户终端系统中实际上也包含分支器、分配放大器和机顶盒等。传输系统和终端使用普通模拟电视机可以直接收看模拟电视节目，而收不到数字节目。如果使用数字有线机顶盒或带数字解调器的电视机，就可以收看数字电视节目。

2.
有线电视的信号传输

有线电视中心将多路电视节目信号混合后，经同轴电缆或光线传输系统送到用户终端。有限电视传输系统的信号编码处理过程包括信源编码和信道编码两大部分。信源编码部分主要是对音频和视频信号进行A/D变换和数据压缩编码的电路.信道编码则是为便于频道传输而设置的电路,它主要包括数据扰乱、RS纠错编码、数据交织、字节到符号的转换、差分编码、基带整形、QAM调制等部分。QAM调制后的信号作为中频信号再经变频器变成射频信号，然后进行有线传输。

在模拟有线传输系统中，每个频道占用1个载频，信号采用幅度调制的方法(AM)。信号的传输有两个方向：向用户终端传输电视节目（下行），称为向前路径：用户向有线中心（上行）传送信息，称为反向路径。目前有线电视系统中心数字电视的频道还较少，主要的还是模拟电视节目，因此是数字电视的频道安排仍沿用模拟电视的频道划分方式，每个频道带宽为8MHz。上、下信道频谱有4个频段：下行信道，87～550MHz传送模拟电视信道，550～750MHz传输数字电视信道，750～1000MHz传输通信数据；上行信道，6～65MHz传送用户向有线电视中心发送的信息。

3.
有线电视系统传输设备的功能特点

传输系统是有线电视系统的重要子系统，它位于前端和用户分配部分之间，其作用是将前端部分输出的各种信号不失真地、稳定地传输给用户分配部分。传输部分由多种传输设备构成，目前创建的主要传输设备有光发射机、干线放大器、光接收机、同轴电缆及光纤等。

4.
有线电视系统的工作过程

有线电视系统中有线电视中心对接收到的由卫星传送的电视信号、无线广播的电视信号、微波传送的电视信号以及自办和录像机播放的电视信号进行编码、调制、合成等处理，由混合器输出到传输系统，在传输系统中再经放大分支等处理后送入用户终端。

有线电视中心对各种电视节目进行整合并统一规划，进行频段和频道的安排，其中一部分电视节目进行模拟调试，仍以模拟调制的方式传输，用户可以用模拟电视机直接收看。另一部分则分别进行数字编码和数字调制，然后分别调制到各自的频道上传输出去，由数字机顶盒进行数字解调和数字处理，最后输出音频、视频信号，再传送到电视机供用户收看。有线电视中心对电视信号的是自调制方式与卫星传播的数字调制方式不同，因而有线电视机顶盒的数字解调方式也不同。有些机顶盒中设有可兼容的解码芯片，可接收和处理两种信号。


二、数字机顶盒整机电路构成

数字有线电视机顶盒的基本功能是接收有线电视系统传输的数字电视广播信号，通过解调、解复用、解码和音、视频编码，可供用户在模拟电视机上观看数字电视节目和浏览各种数据信息。

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典型数字有线电视接收机顶盒的整机构成

以北京TC2132C2型数字有线机顶盒的整机结构为例：

它主要由主电路板、操作显示面板和电源电路板等构成。如图1.1.1，1.1.2，1.1.3，1.1.4所示。




图1.1.1数字有线机顶盒的整机结构






图1.1.2
主电路板图

主电路板是数字有线电视接收机顶盒的核心部件，数据存储器、一体化调谐器、A/V解码芯片、IC卡座以及视频输出接口等核心器件都集成在主电路板上。


图1.1.3
操作显示面板

操作显示面板，它主要是由数码显示器、操作显示接口电路、按键以及遥控接收电路等组成，主要功能是为机顶盒输入人工操作指令、显示机顶盒的工作状态以及接收遥控器的指令。


图1.1.4
电源电路板

电源电路的主要作用是为整机提供工作电压和电流，它主要由交流输入电路(滤波电容、互感线圈)、整流滤波电路（桥式整流电路，+300V滤波电容）、开关振荡电路（开关振荡集成电路、开关变压器）、次级输出电路和稳压控制（光电耦合器等）等部分构成。

三、数字机顶盒各部分功能

1．调谐解调器

有线电视调谐器接收信号的频率较低（48～860MHZ），频带较宽（812M），中频频率为（36M），解调器采用QAM解调方式。一体化调谐解调器的作用是将传输过来的调制数字信号解调还原成传输流。调谐解调器的不同就构成了不同的数字机顶盒，例如用于QPSK解调的卫星机顶盒（DVB-S），用于QAM解调的有线数字机顶盒（DVB-C）以及用于OFDM解调的地面传输数字机顶盒（DVB-T）。

2．解复用器和MPEG解码器

解复用器由信道接口信道FIFO、PID处理器、PID后处理器、内部音/视频接口和节目时钟提取电路等组成。其中信道接口提供自动传输包同步字节检测及实现同步锁定/未锁定的具有可编程时延的滞后机构，一旦建立同步，信道接口就通过信道FIFO将完整的传输包传输到PID处理器。信道接口还用于检查传输包的完整性，指示传输错误等。

3．视频编码器和视频解码器


SC2005芯片内集成了一个视频编码器，可将8位或16位YCrCb数字视频流编码残生复合视频、S视频或RGB视频信号，支持PAL、NTSC和SECAM制式。它由数据控制单元、解码器、输出接口、RGB处理器和D/A变换器等部分构成。

MPEG视频解码器是一个支持MPEG-1和MPEG-2标准的视频压缩处理器，显示图像的格式转换由垂直和水平滤波器完成，用户定义的位图可以通过使用屏上显示功能叠加在显示图像上。MPEG视频解码器包括内容随图像改变的寄存器、可变长度解码器(VLD)、视频解码控制器、PES分析器、位缓冲器和启动码检测器等部分。

4．音频D/A转换器

音频D/A变换器是一种具有可编程锁相环（PLL）的立体声D/A变换器，其作用是将由音频解码器输出的PCM音频数据转换成左右声道的模拟立体声信号。

以PCM1723E为例说明音频D/A转换器的组成，它包括串行输入音频数据接口，具有功能控制的8倍过采样数字滤波器、多电平调制器、D/A变换器、模拟低通滤波器、模式控制单元、可编程锁相环PLL系统等。

5．智能卡读卡器

通过读卡器读取CA智能卡中的数据用于数字电视节目的解扰，特别是在付费电视发展的今天，这是大多数STB必不可少的部件。除了标准的读卡器外，在有些STB中也采用通用接口CI（Common Inte**ce）来完成对CA智能卡的读取。CI是一个由DVB组织为机顶盒和分离的硬件模块之间定义的标准接口。这种起源于PCMCIA的技术应用，使机顶盒可以批量生产，也为机顶盒带来了变化，有着广泛的应用前景。

6．系统控制与存储器

机顶盒的系统控制电路有CPU、程序存储器、数据存储器、地址译码器和总线接口电路组成，完成系统控制和数据存储。

7．操作显示面板

操作显示面板通常由键盘矩阵及扫描电路、显示电路、红外遥控接收器等组成。用户通过操作面板按键或遥控器为CPU输入人工指令，完成设置功能。

8．开关稳压电源

开关电源部分是机顶盒中非常重要的一个环节。它主要由交流输入电路、整流滤波电路、开关振荡电路、开关变压器T602、次级整流滤波和稳压电路等部分构成。如图1.1.5所示


图1.1.5
机顶盒的开关电源电路

(1)
交流输入电路

交流输入电路是由保险丝F601、互感滤波器T601以及滤波电容C601/C603/C604等部分构成，主要功能是滤除交流输入信号中的脉冲干扰。

(2)
整流滤波电路

交流220V电压经滤波后由桥式整流堆D601、整流和滤波电容C605进行处理，桥式整流堆输出的约300V直流电压送到开关变压器T602的4脚

(3)
开关振荡电路。


开关振荡电路主要是由IC601和外围电路等部分构成的。振荡电路、稳压控制电路和开关场效应晶体管等部分都集成在IC601之中。开机后，交流220V电压经整流输出的300V直流电压经开关变压器T601的初级绕组4~3加到IC601的4、5脚。IC601的4、5脚内接开关场效应管的漏极。在开机的同时，直流300V电压经过R603形成启动电压加到IC601的7脚，为IC601内的电路供电，使IC601内的振荡电路起振，开关变压器T601的初级绕组4~3中开始有开关电流。

T602的次级绕组抽头的输出端都有整流滤波电路，分别输出3.3V 5V 12V电压。

以同洲CDVB2200型数字有线电视接收机顶盒为例说明机顶盒的组成：

同洲CDVB2200 机顶盒由一体化调谐解调器CD1316、传输流解复用器和MPEG-2解码器MB87L2250、智能卡读卡器、操作显示面板和开关稳压电源电路等组成。


(1) 一体化调谐器

调谐器由高频段、中频段、低频段3路带通滤波器，前置放大器，变频器以及锁相环PLL频率合成器，中频放大器等组成，其结构类似于彩电的高频头。CD1316的接收频率范围为51~858MHz，其调谐电压由内部的DC/DC变换器提供，频率选择与频道转换由I2C总线控制内部带有数字可编程锁相环的调谐系统完成。调谐接收有线电视数字前端的RF信号后，再经滤波、低噪声前置放大、变频后转换成两路相位相差90度的I、Q信号，送入QAM解调器解调。

(2) 解码器

解码器采用了单片芯片MB87L2250（图1.1.6），该芯片内还包含嵌入式CPU、DVB解扰器、视频控制器及各种接口电路等。

            图1.1.6 MB87L2250解码器的内部组成方框图

调制器输出的并行或串行码流先送到DVB解扰器进行解扰。DVB解扰器能必行处理8个不同的码流，能对TS流和PES流进行解扰。接收加密节目时，通过解扰后才能收看。加密节目的码流中包含了前端发送来的ECM EMM信息，这些信息是前端系统通过使用密钥及通过加密算法对码流数据包进行变换处理形成的。ECM信息加密所用的初始密码来自前端的智能卡加密系统。加密密钥事先存在智能卡的数据区内，解扰时接收机通过读取放置在机内的智能卡中的用户授权信息，与从TS码流中提取的ECM的节目授权信息进行比较，凡符合条件的ECM信息即可解出其中的控制符，然后用此控制符对传输码进行解扰，解扰后得传输码流送入解复用器进一步处理。解复用器包括传输流解复用器和节目流解复用器。传输流解复用器对DVB解扰器送来的传输码流进行数字化滤波，从中分解出节目PID。接着再由节目流解复用器作进一步处理，即将节目流分解成只含有音、视频和传输数据的基本码流。其过程是将与之在PID表中的PID值与TS包中的PID值进行比较，如这两个PID值相匹配，将相匹配的PID值送到存储器中缓存起来，给MPEG解码器作进一步处理。由上述可知，解复用器实际上是一个PID 分析器，用来识别传输包中可编程PID中的一个。除此之外，解复用器还处理基本流同步和进行错误校正。它通过分析PES包头，从中提出满足控制和同步需要的节目基准始终（PCR）.


(3) MPEG-2解码器

MPEG是国际移动图像专家组的英文缩写，这里指按照该组织指定的信号处理标准对信号进行处理的方法及电路。MPEG-1是VCD影碟机对音、视频信号压缩解压缩的技术标准，图像分辨率较低。MPEG-2是DVD影碟机、卫星接收机、数字电视机所采用的技术标准，图像分辨率较高。

MPEG-2解码器是解压缩处理的核心电路。在进行数字电视信号的传输时对音频和视频数字信号进行压缩处理，在接收机中则进行解压缩处理。在解码芯片内对信号处理的过程中，将传输流解复用器分离出的数据信号送入MPEG解压缩处理的电路中，先进行数据分离，然后分别对音频数据和视频数据进行解压缩处理，还原出压缩前的数字信号。数字视频信号再进行视频编码和D/A转换，变成复合视频信息信号以及亮度、色度信号。音频数字信号再经多声道环绕立体声解码和音频D/A变换后输出立体或多声道音频信号。

(4)系统控制微处理器（CPU）

机顶盒的系统控制电路有CPU、程序存储器、数据存储器、地址译码器和总线接口电路组成。CPU为MB87L2250芯片中的嵌入式CPU，在芯片中集成了32位高性能CPU。其中SRAM和SDRAM中的两个主要电路可与不同速度的存储器连接，在读写时序中插入等待状态信息。

程序存储器29LV160BE是一种16MB FLASH ROM，整机的控制程序固化在片内。它有16条数据线与CPU的16bit外部数据总线D0~D15相连。还有19条地址线与CPU外部的地址总线A0~A18来连接，为CPU提供了2MB的存储空间。CPU通过外部控制I2C总线直接对其进行读、写操作。

数据存储器是HY57V161610D,它是一种16MB同步动态SDRAM。本例共用两片HY57V161610D，一片用于系统控制电路的数据存储器，另一片用作解码器的数据缓冲存储器和帧存储器。它们分别用来存储执行程序需要的各种数据、传输码流中的专用数据和OSD数据等。

(5) 操作显示面板

本例的键盘扫描电路由74HC245与CPU的键盘接口电路组成。显示电路由4位七段数码管和驱动电路74HC595组成。

(6) 智能卡读卡器

该电路用专用于IC卡的接口电路和IC 卡座等组成，它的作用是用来处理属于某个CA系统的CA信息，利用得到的ECM启动解扰电路，解密并接通授权的用户。

(7)开关稳压电路

该机采用脉宽调制式开关稳压电源，它由输入整流滤波电路、DC/DC变换器、输出稳压电路和保护电路等组成，为整机提供-12V、3.3V、5V、12V、23V、30V的直流电压。

四 数字机顶盒故障分析

1、常见数字机顶盒的故障

常见数字机顶盒的故障主要有：开关稳压电源板故障、主板硬件故障、主板软件故障和音、视频输出电路故障。

（1） 开关稳压电源板故障

开关电源电路板鼓掌是机顶盒中较为常见的故障之一，其故障现象多为开机后电源指示灯不亮，而面板无任何显示等

（2）
主板硬件故障

（3）
主板软件故障


机顶盒主板软件故障主要表现为将机器重启后故障消失。引起此故障的原因多是认为操作不当。

（4）
音频输出电路故障

音频输出电路故障多表现为有图像无伴音等。

（5）
视频输出电路故障

视频输出电路故障多表现为伴音正常但无图像等。

2.对数字机顶盒的故障进行分析和定位

(1) 开关稳压电源板故障分析和定位

开机后电源指示灯不亮，面板无任何显示为开关稳压电源板故障。出现此故障现象后应先检查保险管是否烧断，如保险丝已烧断，说明电路中有元件短路、过载的故障，应重点查滤波电容、整流堆、开关稳压模块等。如保险丝未烧断，应查直流电压输出电路、稳压控制电路以及开关稳压模块。

（2）主板硬件故障分析和定位

主板主要是由解码芯片、存储器电路、信号处理集成电路、电源供电电路以及各种接口和派驻电路等部分构成的。对于这部分，主要是通过对数据信号、地址信号、时钟信号、同步信号以及控制信号的检索来寻找故障线索。

（3）主板软件故障分析和定位


重启后故障消失，为软件故障。

（4）音频输出电路故障分析和定位

无伴音的故障多为音频D/A变换器或输出放大电路出现问题，可重点检查这些电路及外围的相关元件。若声音很小或失真，通常为运算放大器或周围的电阻、电容损坏，更换即可。

（5）视频输出电路故障分析和定位

无图像一般是视频或后续编码器或后续滤波等电路故障，可用示波器检查视频编码器的时钟信号、输入信号和输出信号。如这些信号异常，先查其外围元件是否损。如外围元件正常，可判明视频编码器损坏，更换即可。

定位可通过直接观察法、测量法、替换法、对比推理法、加温法、干扰法、短路法和断路法来实现。

（1） 直接观察法

观察法是定位维修过程的第一步，也是最基本、最直接、最重要的一种方法。当机顶盒出现故障后，先不要接通电源，打开机壳，对机内可视部位进行全面检查，看元件有无烧断、烧焦、熏黑、开裂等明显损坏现象，插接件有无脱落、松动、脱焊现象，导线是否短路、开路，印制板是否完整，走线有无断裂、开路、短路等想象。如存在上述问题，应先更换修复。若经检查表面无其他问题，可接通电源，观察机内是否有打火，冒烟现象，闻一闻是否有焦味，听一听是否有异常声音，摸一摸变压器、散热片等有无异常升温、发烫等现象。

（2）
测量法

测量法主要有电阻测量法、电压测量发、电流测量法和电平测量法几种，通常要根据图纸资料确定检测部位。

电阻测量法是指用测量阻值大小的方法大致判断芯片或元件的好坏，以及判断电路的严重短路和断路情况。

电压测量法是指用万用表电压挡检查供电电压和各有关元件的电压，特别是关键点的电压。直流电压的测量有静态和动态之分。通过静态直流电压的测量可以判断直流供电回路是否正常，各晶体管是否导通；通过动态直流电压的测量，一般可以判断交流信号回路的工作是否正常。

电流测量法是指用万用表的电流挡测量设备总电流或晶体管的工作电流，以迅速判断故障部位。对无信号、信号弱、交调干扰等故障，均可采用电平测量法，通过用场强仪测量信号的电平高低可以判断故障的部位。

（3）
替换法

替换法是指用好的相应元件去替换怀疑故障的元件。若故障因此消失，说明怀疑正确；若故障依旧，说明判断错误，应进一步检查、判断。有时为可证实一些疑难故障，可反复采用替换法判断故障产生的真正原因。

（4）
对比推理法

对比推断法是一种简单易行的检查方法，通过对相同型号的正常机顶盒和故障机顶盒的直流电压、在路电阻等参数进行逐一对比找不同之处，推断故障的部位。此法主要适用于检修一些没有电原理图的机顶盒。

（5）
加温法

对一些可疑元件或电路进行加温，可使故障及早出现或使电路恢复正常工作。如有的机顶盒开机正常，随着工作时间延长，某些元件开始发热，发热到一定程度就不能正常工作，关机冷却后，再开机又正常。检修时将电烙铁靠近发热元件对其加温，若故障出现或故障出现的速度快于加温前，或故障程度加剧，即可断定被加温元件有问题。

（6）
干扰法

用螺丝刀或镊子的金属部分碰触有关电路的输入点，看屏幕上有无杂波反应，有无不正常的声音，以便判断故障的部位。此法常用来检查无图像、无伴音故障。

（7）
短路法

当出现交流声干扰时，可用0.1uF的电容足迹将电路的输入端对地断路，若短路到某一级时交流声消失，则可断定故障在前一级。用断路法还可以判断振荡线圈或振荡电容，观察电压变化情况，如果有变化，表明振荡电路正常，否则表示停振。

（8）
断路法

割断某一电路或焊开某一元件或连线来缩小故障范围。如电流过大，可断开一些供电负载来观察电流电压的变化。

注意事项：

机顶盒的技术含量比较高，当使用过程中出现一些故障时，要先确定故障是否是由机顶盒引起的，因为有时候电视机方面的问题也会引起伴音不良、无图像、无显示等故障。