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DTMB 数字电视接收机电路设计与实现#
戴军忠，陈为刚，赵玉冰，杨晋生**
基金项目：天津市科技兴海项目（KJXH2011-2）；天津大学自主创新基金项目（60307014，60307015）；
天津大学-青海民族大学自主创新基金合作项目（60307013，60307022）
作者简介：戴军忠（1989-），男，硕士研究生，主要研究方向：无线通信系统平台的研究与开发
通信联系人：陈为刚（1980-），男，副教授，主要研究方向：高效编码调制与无线网络及应用
（天津大学电子信息工程学院，天津 300072）
5 摘要：数字电视接收机是数字广播系统应用的关键。本文介绍了开发的数字地面多媒体广播
（Digital Terrestrial Multimedia Broadcast，DTMB）标准接收机的接收解调前端系统的设计
方案，并对硬件电路设计和软件整体架构进行了详细说明。该方案采用 ALPS公司的调谐器
TDAC3-C02A 及 ALTOBEAM公司的解调芯片 ATBM8879，实现对地面数字电视射频信号
的接收和解调，输出符合 MPEG-2标准的传输码流（Transport Stream，TS）。实际制作的10
电路验证了设计方案的可行性。
关键词：数字电视；数字地面多媒体广播；接收机；电路设计
中图分类号：
Circuit Design and Implementation for DTMB Digital TV 15
Receiver
DAI Junzhong, CHEN Weigang, ZHAO Yubing, YAN Jinsheng
(School of Electronic Information Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072)
Abstract: The digital television receiver plays an important role in the applications of digital
broadcasting systems. In this paper, the developed front-end of digital television receiver which is 20
based on Digital Terrestrial Multimedia Broadcast (DTMB) is introduced. Using the tuner
TDAC3-C02A and the demodulator chip ATBM8879, the DTV front-end system is able to receive
and demodulate the DTV radio frequency (RF) signal, and output the MPEG-2 transport stream
(TS). The practical circuit implementation has verified the feasibility of the developed receiver.
Key words: Digital TV; DTMB; Receiver; Circuit design 25
0 引言
随着我国地面数字电视传输标准（Digital Terrestrial Multimedia Broadcast，DTMB）的
推广，基于 DTMB 的数字电视接收机作为地面数字电视广播接收系统中的重要终端设备得
到了越来越广泛的应用[1, 2]。数字电视接收机的构成按功能划分主要包括接收解调前端和码30
流处理后端两部分。其中，接收解调前端主要由调谐器和解调芯片两部分构成，分别用于实
现对射频（Radio Frequency，RF）信号的下变频和下变频后的中频（Intermediate Frequency，
IF）信号的解调，是接收机的重要组成部分。而根据采用的调谐器和解调芯片的不同，接收
机的接收解调前端有各种不同的设计方案。
针对 DTMB 标准，本文提出基于 ALPS 公司的调谐器 TDAC3-C02A 及 ALTOBEAM 公35
司的解调芯片 ATBM8879 的接收机接收解调前端系统的设计方案，并对硬件电路设计与软
件设计两方面内容进行详细说明。在接收解调前端的硬件电路设计中，本文首先规划整体硬
件架构，然后根据各个模块和未来功能拓展等方面的实际需求进行有针对性的电路设计；软
件设计则首先进行基于单片机控制平台的底层驱动函数实现，然后通过调用通用的预定义应
用程序接口（Application Programming Interface，API）实现对接收前端的参数配置及其它操40
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作。设计实现的数字电视接收机与解码模块或者协议转换模块结合后的测试表明，本文的接
收机设计能实现射频信号的接收与解调，输出 MPEG-2 传输流（Transport Stream，TS），
具有较大的扩展灵活性。
1 数字电视接收机系统结构
数字电视接收机主要完成数字电视射频信号接收、信道解调、MPEG-2 TS 解码、视频45
输出等一系列功能[3, 4]。按功能划分，数字电视接收机主要由射频接收解调前端和 MPEG-2
TS 处理后端两部分构成，结构如图 1所示。其中，接收解调前端子系统为虚线框内的部分。
Tuner
（ALPS TDAC3-C02A）
ATBM8879
Hi3716
DECODER_BOARD
HDMI
TV
RF IN TSIF
图1 数字电视接收机系统结构框图
Digital TV receiver system structure diagram 50
接收解调前端子系统主要由调谐器、解调芯片和微控制器（Micro Control Unit，MCU）
组成[5]，结构如图 2所示。调谐器将接收到的 RF 信号下变频为特定频率的 IF 信号输入到解
调芯片。解调芯片对该 IF 信号进行模数转换（Analog to Digital，AD）并进行解调、均衡、
纠错、解码后输出符合 MPEG-2 标准的 TS，同时根据输入信号的大小给出调谐器的输出自55
动增益控制信号。经解调芯片处理后获得的 MPEG-2 TS，经同步并行接口（Synchronous
Parallel Interface，SPI）按照 CMOS 电平标准输出。而对调谐器和解调芯片的控制由 MCU
通过 I2C 总线来完成。
调谐器 信道解调
芯片
MCU
RF信号
IF 信号
SDA SCL
TS
（SPI）
I2C
I2C
图2 接收解调前端结构图 60
Structure diagram of front-end
接收解调前端输出的 MPEG-2 TS 流既可以由 TS 解码板直接解码输出，也可以经转接
板转发到计算机做后续处理。本文接收机的设计方案中采用的是基于海思 Hi3716 芯片的
MPEG-2 TS 解码板。经接收解调前端解调输出的 MPEG-2 TS，在解码板内部实现 TS 的解65
扰、解复用、MPEG-2 音视频解码，最后通过高清晰度多媒体接口（High Definition Multimedia
Interface，HDMI）传送给显示终端实现数字电视节目的实时播放。
2 数字电视接收机的硬件设计
接收解调前端平台构成
接收解调前端主要完成地面数字电视射频信号的接收、锁定和信道的解调，最终输出70
MPEG-2 TS。本文设计方案中调谐器、解调芯片和主控 MCU 分别采用 ALPS 公司的 DTMB
调谐器 TDAC3-C02A、ALTOBEAM 公司的 DTMB 解调芯片 ATBM8879 及 Silicon Lab 公司
的单片机芯片 C8051F120。
方案硬件设计的整体架构如图 3所示。接收解调前端整体采用直流 5 V 供电，与后端解
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码板的 TS 数据传输通过排针插口连接，并且采用可替换调谐器和解调芯片的插座式设计。75
此外，为调试方便，硬件设计中预留有用于信号检测的排针和用于频道、模式选择的拨码开
关等。接收解调前端实现的硬件外观如图 4所示。
电 源
5V
输
入
单片机控制模块
串
口
调试
参数读取
供
电
供
电
其他
参数
SDASCL
SCL
RF
ATBM8879插座
Tuner插座
TS流
输出
接口
SDA IF
A
T
B
M
8
8
7
9
电
源
模
块
单
片
机
电
源
模
块
图3 DTMB 接收解调前端整体架构
Structure of DTMB receiver front-end 80
图4 接收解调前端硬件实现
Hardware implementation of receiver front-end
系统各模块介绍 85
下面详细介绍该硬件电路设计中的各个主要部分。
调谐器及其外围电路
调谐器主要分为铁盒调谐器和硅调谐器两种。目前，铁盒调谐器与硅调谐器相比具有成
本低、功耗低、印刷电路板（Printed Circuit Board，PCB）设计要求低等优点。本方案采用
的是 ALPS 公司的 TDAC3-C02A（左伏型）铁盒调谐器。调谐器 TDAC3-C02A 的射频输入90
和输出阻抗皆为 75 欧姆，可以实现 MHZ 到 864 MHZ 全波段 DTMB 射频信号的接收。
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调谐器 TDAC3-C02A 对地面数字电视 RF 信号进行增益放大和滤波，将其转换成标准的 36
MHz IF 信号输入到解调芯片，并能够根据解调芯片的反馈信号进行输出的自动增益控制
（Automatic Gain Control，AGC），使输出中频信号的幅值处在某一特定的范围内；通过配
置特定寄存器即可完成调谐器的频带选择和带宽控制，而用于配置接收中心频率等重要参数95
的 I2C 总线兼容 V LVTTL 与 TTL 电平标准。调谐器 TDAC3-C02A 采用单一 5 V 电源供
电，由于对电源纯净度要求高，由电源适配器输入的直流 5 V 电压需使用π型滤波器滤波。
此外，调谐器到解调芯片的 IF 信号通过差分信号线传输。PCB 设计时需要精心设计差
分信号线的排布[6]。
DTMB 解调芯片及其外围电路 100
解调芯片主要完成输入 IF 信号的解调，通过 SPI 接口输出包长为 188 字节，以 0x47 为
包同步字，速率为 Mbit/s 的 MPEG-2 TS。本方案中，解调芯片采用 ALTOBEAM 公司推
出的最新一代符合 DTMB 规范的单片接收解调芯片 ATBM8879。
ATBM8879 可以同时支持有线数字视频广播和 DTMB，工作模式编程可控。本方案中
通过主控MCU配置选用解调芯片的DTMB核来完成DTMB标准地面数字电视信号的解调。105
DTMB 核采用了多进制正交幅度调制（Multiple Quadrature Amplitude Modulation，MQAM）
的调制技术。通过配置自动频率控制、定时恢复、帧头捕获、信道估计和均衡、快速傅里叶
变换等相关功能寄存器的参数，该 DTMB 核可将 IF 信号转换成 MPEG-2 TS 后输出[7]。
控制用微处理器
DTMB 接收解调前端的主控 MCU 选用 Silicon Lab 公司的 C8051F120 单片机芯片，主110
要用于初始化前端模块、读取前端模块工作状态、调整前端模块工作方式以及重启前端等。
控制模块由单片机最小系统及其外围接口电路构成。除了最小系统的搭建，单片机用到
的 IO 引脚主要分为三部分：
①. 单片机的特殊功能引脚
将 UART0 的 TX0 和 RX0 将分别分配到 和 引脚，从而实现与外部其它系统的串口115
通信；
②. 普通 IO 引脚 I2C 接口[8]，进而实现与调谐器和解调
芯片的通信；
③. 在外围添加拨码开关、微动开关、用户指示灯和普通 IO 的插针等电路，以辅助进
行频率选择、重启前端或控制解码板等操作。 120
电源电路
接收解调前端采用规格 5 V/3 A 的电源适配器进行供电。但解调前端平台内部还需添加
5 V 转 V 和 V 转 V 两级电压转换电路为 MCU 和解调芯片供电。
低压差线性稳压器（Low Dropout Regulator，LDO）与直流开关电源芯片相比在输出稳
定性方面有很大的优势，因此 5 V 转 V 和 V 转 V 两级电压转换电路采用 LDO 125
AMS1117 作为电压转换芯片。同时，考虑到开关通断和电源干路中电流偏大的情况，电源
模块输入端采用额定电流为 800 mA 的塑封绕线电感用于滤波和吸收冲击电压、电流。输入
滤波电容采用低等效串联电阻、大容值的 100 uF/10 V 钽电容并联 104 瓷片电容。输出电容
除采用 100 uF 钽电容并联 104 瓷片电容外，又并联了 22 uF 电解电容加强滤波效果。
由于电源对调谐器的锁频性能有很大影响，铁盒调谐器 TDAC3-C02A 对电源稳定性和130
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纹波都有很高的要求。因此，在调谐器三条电源输入链路上都添加了 LC-π型噪声滤波器，
用于滤除杂波、提高稳定性、减小纹波。
3 数字电视接收机的软件设计
接收解调前端对数字电视信号的接收解调工作由调谐器 TDAC3-C02A 和解调芯片
ATBM8879 实现。接收解调前端子系统上电后需要由驱动程序完成对调谐器和解调芯片的135
初始化和重要接收参数的配置。TDAC3-C02A 和 ATBM8879 芯片具有标准的 I2C 接口，驱
动程序对二者的初始化和配置由 DTMB 接收解调前端的 MCU C8051F120 单片机芯片通过
I
2
C 总线接口来实现的。C8051F120 作为 I2C 总线的主控制器主要实现对 TDAC3-C02A 的 6
个功能控制寄存器和 ATBM8879 内部各模块的相应寄存器进行设置，来完成接收解调前端
的初始化和动态控制。 140
DTMB 解调模块的驱动程序主要由硬件复位函数（DemodHardwareReset）、延迟函数
（Delayms）和 I2C 读写函数（I2CWrite，I2CRead）组成。其中硬件复位函数用于复位解调
模块，延迟函数用于延迟或实现无操作。驱动程序通过以上函数实现对 ATBM8879 软件开
发工具包中的预定义 API 的调用，从而完成对调谐器工作模式、调谐器中频频率、解调芯
片外部晶振频率、解调芯片输入中频频率和 TS 输出接口类型等参数的配置。ALTOBEAM145
公司提供的 ATBM8879 软件开发用户指南中对初始化过程中需要调用的通用预定义 API 进
行了详细说明[9]。
调谐器 TDAC3-C02A 寄存器的配置参数主要包括：调谐器的工作模式、AGC 约束时间、
参考频率步长、接收频率等。解调器芯片 ATBM8879 的配置主要是设置接收模式参数，包
括调制模式、交织模式、输入中频频率、TS 输出模式、ADC 时钟速率、载波数量等。 150
前端子系统的配置流程如图 5所示，系统上电后 MCU 首先自行完成时钟、I/O 等的初
始化，然后调用 ATBM8879 驱动中的配置函数依次完成对 ATBM8879 的上电初始化、工作
模式选择和参数配置，最后在直通模式下完成对调谐器的接收中心频率的配置。
开始
结束
配置ATBM8879工
作模式和参数
开启ATBM8879直
通模式
时钟、I/O、
UART和I2C初始化
ATBM8879上电
初始化
配置Tuner接收中
心频率
关闭ATBM8879直
通模式
图5 前端子系统配置流程 155
The front-end subsystem configuration flow
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本方案采用软件模拟的方法来实现 I2C 总线的操作。ATBM8879 和调谐器均挂载在 I2C
总线上，在信息的传输过程中，MCU 通过地址码来区分总线上需要控制的不同设备。
为隔离潜在 I2C 总线噪音，调谐器并不直接与 MCU 连接，而是在解调芯片和调谐器之
间设置了专用的 I2C 总线，即解调芯片通过管脚 SDA 和 SCL 与 C8051F120 模拟的 I2C 总线160
相连；解调芯片和调谐器之间通过 SDA_T 和 SCL_T 相连[10]。对调谐器 TDAC3-C02A 寄存
器的读写操作需要利用解调芯片的直通模式：当需要对调谐器进行操作的时候，调用
ATBM8879 的直通模式开启函数 ATBMI2CByPassOn 将 ATBM8879 的直通模式打开，就可
以按照标准 I2C 寄存器读写操作直接对调谐器进行操作；而完成对调谐器的初始化后，则调
用 ATBM8879 的直通模式关闭函数 ATBMI2CByPassOff 将直通模式关闭，即可将主控 MCU165
与调谐器隔离。
4 接收测试结果
电路制作完成后，通过接收实际的数字电视信号进行硬件电路的测试。待接收解调前端
上电并完成调谐器 TDAC3-C02A 和解调芯片 ATBM8879 的初始化后，接收解调前端子系统
将地面数字电视 RF 信号接收、解调获得的 MPEG-2 TS 送入基于 Hi3716 的解码板进行解复170
用和 MPEG 音视频解码经 HDMI 接口输出，使用普通模拟电视进行数字电视节目的实时播
放。下图 6为实际测试场景，选用的信号源为本地 TS 格式的视频文件，信号发射参数设置
为：中心频率 MHz，带宽 8 MHz，帧头 PN 序列数 420，码率 ，调制方式 4QAM[11]。
经测试，本接收解调前端子系统设计方案信号质量良好，声音、图像流畅，能稳定运行。进
一步，我们也将设计的实际电路与设计的协议转换模块结合，实现了 TS 流通过用户数据报175
协议到计算机的转发，可实现 TS 流的正确接收，支持综合业务的传输。
图6 实际接收测试效果图
Receiving test
5 结论 180
针对 DTMB 标准的数字电视接收机的设计需求，本文采用 TDAC3-C02A 和 ATBM8879
构建的 DTMB 接收机设计方案，进行软硬件的设计及实现。在完成软硬件调试后，经实际
接收测试，系统能稳定工作。设计的硬件系统与合适的后端处理单元结合，可以支持音视频
或者数据业务的接收。
185
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