冠捷顯示科技（廈門(mén)）有限公司 蘇曉霞

本文介紹了基于海思Hi3751 V553芯片為核心的超高清智能數(shù)字電視的主板電路設(shè)計(jì)，并重點(diǎn)介紹了該電視方案的設(shè)計(jì)亮點(diǎn)。

引言：隨著電子科技日新月異的發(fā)展，傳統(tǒng)的電視已經(jīng)越來(lái)越無(wú)法滿足消費(fèi)者的感官與娛樂(lè)需求，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的“模擬電視功能完善期”后，電視行業(yè)迎來(lái)多元化的快速發(fā)展。一時(shí)間，高清電視，超高清（4K2K）電視，數(shù)字電視，智能電視……各種新功能如雨后春筍般層出不窮。

海思V553是一顆具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多功能電視芯片，兩核64位CPU，五核GPU，內(nèi)置1GB DDR, DTMB數(shù)字信號(hào)解調(diào)器，支持全制式模擬信號(hào)解調(diào)，支持4K2K輸出，是一個(gè)集成度與性價(jià)比都較高的中高端電視方案。

一、主板電路設(shè)計(jì)

圖1 主板功能模塊

1.接口模塊

1）TV信號(hào)輸入x1,可支持模擬電視信號(hào)（PAL D/K,NTSC-M制式）與DTMB數(shù)字電視信號(hào)。設(shè)計(jì)采用Rafael公司的R842 數(shù)模一體的高頻調(diào)諧器，將RF射頻調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)為6.5MHz的中頻信號(hào)輸出。

2）音視頻輸入（AV）接口x1，采用標(biāo)準(zhǔn)的RCA黃紅白接口。

3）HDMI接口x3，符合HDMI1.4/2.0標(biāo)準(zhǔn)，可同時(shí)連接三路高清設(shè)備，如高清機(jī)頂盒或DVD等多媒體播放器，避免在多個(gè)設(shè)備使用切換時(shí)，頻繁做信號(hào)線插拔動(dòng)作。

4）USB接口x2，支持多種音視頻解碼協(xié)議，讓用戶自由觀賞各種格式的視頻，音頻，圖片文件。

5）網(wǎng)絡(luò)接口x1，支持多種網(wǎng)絡(luò)播放協(xié)議，包括：http，https，rtsp，mms，rtmp，hls等，用于有線網(wǎng)絡(luò)連接，分享網(wǎng)絡(luò)上的海量?jī)?nèi)容與應(yīng)用軟件。

6）同軸數(shù)字音頻輸出x1，標(biāo)準(zhǔn)RCA接口，可用于連接外置功放，構(gòu)建家庭影院，縱享高品質(zhì)音效。

2.系統(tǒng)模塊

1）主芯片采用海思公司的Hi3751V553，由于DDR內(nèi)置，該IC沒(méi)有使用BGA封裝，而是采用216 pin的QFP封裝，這樣就使得PCB板的設(shè)計(jì)更小型化，可降低材料成本；主板設(shè)計(jì)采用單面貼件的制程，可提升生產(chǎn)效率，降低人工成本。V553內(nèi)置1GB DDR顆粒，支持SPI NAND Flash，支持EMMC Flash。在視頻接口上支持YPbPr兼容RGB接口x1，支持模擬CVBS輸入x1，CVBS輸出x1，HDMI輸入x3；音頻接口上支持立體聲輸入x2，立體聲輸出x2， I2S輸出x1，外圍接口支持USB2.0 Host接口x2，USB3.0接口x1，10M/100M自適應(yīng)網(wǎng)口x1，IR接收處理器x1，ADC輸入x2，UART接口x2，多路IIC接口，多組GPIO接口，多個(gè)PWM接口，內(nèi)部集成上電復(fù)位模塊。總的來(lái)說(shuō)，雖然芯片pin腳的數(shù)量受限于QFP封裝，卻在各功能間配置合理，在方案設(shè)計(jì)時(shí)非常便利。

2）Flash存儲(chǔ)器采用三星公司的KLM8G1GETF-B041 EMMC FLASH，存儲(chǔ)容量8GB ，用于存儲(chǔ)軟體程式，電視設(shè)定及用戶軟件安裝。相較于之前使用的NAND Flash，EMMC將管理閃存的控制器集成在Flash端，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確更靈活。

3）WIFI模塊采用高盛達(dá)公司2T2R單頻WIFI模組 W82R2510，W82R2510是基于瑞昱RTL8192EU芯片符合IEEE 802.11n標(biāo)準(zhǔn)的USB模塊，向下兼容IEEE802.11b/g標(biāo)準(zhǔn)，可應(yīng)用于組建速率高達(dá)IEEE 802.11b 11Mbps、IEEE 802.11g 54Mbps、IEEE802.11n 300Mbps的無(wú)線局域網(wǎng)。

4）按鍵設(shè)計(jì)為5鍵輸入，得益于V553主IC的高精度ADC模塊，只占用了一組ADC輸入接口。

5）遙控設(shè)計(jì)為紅外接收方式，采用威世公司的紅外接收頭，載波頻率36kHz，更具noise濾除功能，提高抗干擾能力，避免由于環(huán)境或光線變化等產(chǎn)生干擾，對(duì)遙控指令誤識(shí)別的狀況。

3.聲音模塊

主芯片V553具有強(qiáng)大的聲音處理功能，支持音頻采樣率轉(zhuǎn)化，支持音量、均衡、靜音控制，支持虛擬立體聲/環(huán)繞聲，低音增強(qiáng)，支持對(duì)白增強(qiáng)和智能音量，支持環(huán)繞音聲音處理，因此在聲音解調(diào)及AQ的處理部分全部交由主芯片來(lái)做。

在主板上聲音功放采用了ESMT公司的AD52580，這是一顆模擬輸入的D類(lèi)Audio功放IC，28pin 的SOP封裝，通過(guò)IC pin腳的電平選擇，可實(shí)現(xiàn)所有功能設(shè)置，設(shè)計(jì)使用非常方便。

1）4檔增益控制設(shè)定，可通過(guò)GAIN0/GAIN1 2個(gè)pin腳的電平高低組合，設(shè)定4檔的功放增益20/26/32/36 DB。

2）輸出限制功能，可通過(guò)調(diào)整外接分壓電阻，設(shè)定功放芯片PLIMIT pin腳的電壓，從而設(shè)定輸出功率限定值，當(dāng)輸入信號(hào)過(guò)大時(shí)，功放會(huì)自動(dòng)將輸出功率限制，以保護(hù)后端喇叭不被燒壞。這是一個(gè)非常有用的功能，如果用戶使用時(shí)輸入音頻信號(hào)的幅度過(guò)大，通過(guò)功放增益后，使電視揚(yáng)聲器持續(xù)工作在高功率輸出的狀態(tài)，很容易造成損壞，如果限制了功放輸出，可以有效保護(hù)電視的揚(yáng)聲器。

3）報(bào)錯(cuò)功能，該功放有多重保護(hù)模式:過(guò)壓保護(hù)，過(guò)流保護(hù)，高溫保護(hù)，短路保護(hù)，當(dāng)功放偵測(cè)到需要啟動(dòng)保護(hù)時(shí)，F(xiàn)AULT pin會(huì)變成低電平狀態(tài)，只要我們把此pin連接在功放的Shut down pin上，就能及時(shí)關(guān)閉功放，保護(hù)其不被損壞。而當(dāng)異常條件消失時(shí)，功放就可以自動(dòng)恢復(fù)工作狀態(tài)。

二、設(shè)計(jì)亮點(diǎn)

1.STR功能設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的電視，主控是顆非常簡(jiǎn)單的MCU，開(kāi)機(jī)做一些初始化動(dòng)作就可以正常運(yùn)行了，所以開(kāi)機(jī)速度非?？臁６F(xiàn)在的智能電視搭載了安卓操作系統(tǒng)，隨著系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，開(kāi)機(jī)變得越來(lái)越慢，用戶體驗(yàn)感非常差，為了提升開(kāi)機(jī)速度，采用了STR功能設(shè)計(jì)。

STR（Suspend to RAM）的原理，就是將電視從待機(jī)狀態(tài)喚醒并恢復(fù)到此前的運(yùn)行狀態(tài)，關(guān)鍵是將待機(jī)前的軟硬件環(huán)境完整的恢復(fù)。在一個(gè)典型的電視系統(tǒng)中，包括電源、時(shí)鐘、CPU、業(yè)務(wù)邏輯、存儲(chǔ)設(shè)備、外設(shè)等部分。要保存系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，需要將相關(guān)信息保存在DDR中，這種模式要求DDR芯片不能掉電，通過(guò)進(jìn)入“自刷新”模式降低功耗。在自刷新方式下，DDR禁止時(shí)鐘使能信號(hào)CKE之外的所有的內(nèi)部時(shí)鐘和輸入緩沖。刷新地址和刷新時(shí)間全部由器件內(nèi)部產(chǎn)生，以此來(lái)降低功耗。一旦進(jìn)入自刷新方式只有通過(guò)CKE變低才能激活，其他的任何輸入都將不起作用，在自刷新?tīng)顟B(tài)下，DDR只能維持?jǐn)?shù)據(jù)不丟失，但不支持讀寫(xiě)操作。DDR自刷新待機(jī)需要操作系統(tǒng)支持Suspend to RAM 功能，在這種模式下，操作系統(tǒng)會(huì)將所有用戶態(tài)進(jìn)程凍結(jié)，各個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊在待機(jī)前將信息保存在內(nèi)存中并關(guān)閉模塊功能，最后CPU會(huì)將上下文（CPU自身的寄存器）保存在內(nèi)存中并啟動(dòng)MCU，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入到低功耗狀態(tài)。在收到喚醒指令后，MCU會(huì)將CPU啟動(dòng)并恢復(fù)上下文，隨后各個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊和用戶態(tài)進(jìn)程還原到待機(jī)前的狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)完成待機(jī)喚醒。STR功能的實(shí)現(xiàn)，需要軟件，硬件和芯片的相互配合。

在硬件上，DDR的供電電源必須保證在待機(jī)模式下不能斷電，才能使DDR可以保存待機(jī)前數(shù)據(jù)，來(lái)迅速喚醒恢復(fù)。同時(shí)又要考量到待機(jī)模式整機(jī)功耗小于0.5W的法規(guī)要求，所以選用了DC/DC IC SY8079AAC，將5V轉(zhuǎn)化為DDR3所需的1.5V，既能滿足STR功能的要求，又能提升電源轉(zhuǎn)化效率，降低待機(jī)功耗。

2.電源動(dòng)態(tài)調(diào)壓技術(shù)

電源動(dòng)態(tài)調(diào)壓技術(shù)是根據(jù)運(yùn)行場(chǎng)景的不同，動(dòng)態(tài)設(shè)置不同的頻率和電壓水平來(lái)滿足當(dāng)前的電路時(shí)序和性能要求。其最大的特點(diǎn)是能根據(jù)運(yùn)行不同業(yè)務(wù)CPU占用率的多少，快速切換到不同的電壓和主頻，保證最經(jīng)濟(jì)功耗運(yùn)行。能夠保證在芯片性能不變的情況下，降低芯片運(yùn)行時(shí)的功耗，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的算法，通過(guò)軟件控制外部DC/DC， 動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)CPU、GPU、CORE的電壓，從而達(dá)到降低主芯片平均功耗的效果。

動(dòng)態(tài)調(diào)壓的實(shí)現(xiàn)需要通過(guò)DC/DC的反饋電壓來(lái)調(diào)節(jié)。為了滿足芯片供電的瞬態(tài)響應(yīng)，需要選定DC/DC輸出頻率盡量高的物料，至少滿足工作頻率在500KHz以上的物料。DC/DC反饋電阻的選取，對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響極大，所以必須選用誤差為1%的精密電阻，以降低輸出電壓的誤差。同時(shí)，最終電壓是否符合軟件要求，需要測(cè)試每一檔電壓值（注意測(cè)試芯片管腳端）是否與寄存器設(shè)置一樣。一般建議實(shí)測(cè)值大于設(shè)置值10～20mV，以防止在高低溫下實(shí)際電壓偏低，造成重啟等異常。

三、結(jié)論

本文介紹了采用海思V553方案的超高清智能數(shù)字電視主板設(shè)計(jì)，詳細(xì)闡述了主板各個(gè)功能模塊的組成，并重點(diǎn)介紹了STR功能與電源動(dòng)態(tài)調(diào)壓技術(shù)的應(yīng)用，是業(yè)界中高端電視主板設(shè)計(jì)的典型。