RU223134U1 - Датчик контроля подключения антенны приемника системы спутникового вещания - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к технологиям спутникового цифрового вещания, в частности к средствам контроля неисправностей подключения спутниковой антенны, в том числе детектированию обрыва кабельной связи, на антенном входе приемника спутникового цифрового вещания. Техническим результатом полезной модели является повышение качества работы датчика контроля, реализуемого, в том числе, за счет простоты и гибкости настройки режима срабатывания датчика, не требующим существенных финансовых и энергозатрат. Датчик контроля подключения антенны приемника системы спутникового вещания включает модуль питания антенны блока питания приемника, токовый повторитель, блок преобразования тока в напряжение, компаратор и центральный процессор. Токовый повторитель выполнен в виде токового зеркала. Центральный процессор снабжен таймером. Токовое зеркало со стороны входных цепей транзисторов сопряжено с модулем питания антенны по одной из выходных линий транзисторов, являющейся питающей, токовое зеркало соединено с согласующим резистором антенного входа приемника, а по другой выходной линии, являющейся отраженной, токовое зеркало соединено со входом блока преобразования тока в напряжение, выход которого сопряжен с первым входом компаратора, содержащим также инвертирующий вход для подачи предустановленного опорного напряжения, а выход компаратора сопряжен со входом центрального процессора приемника, а также согласующего резистора блока преобразования тока в напряжение. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Область техники

Полезная модель относится к технологиям спутникового цифрового вещания, в частности к средствам контроля неисправностей подключения спутниковой антенны (в том числе, детекции обрыва кабельной связи) на антенном входе приемника спутникового цифрового вещания.

Уровень техники

Как известно, при эксплуатации оборудования спутникового вещания могут возникать проблемы, связанные с неисправностями оборудования и/или соединительных кабелей, в частности, вызванные обрывом соединения между спутниковой антенной и приемным оборудованием, приводящие к отсутствию сигнала на антенном входе приемника. В подавляющем большинстве случаев после установки, подключения и настройки оборудования отсутствие соединения возникает при обрыве коаксиального кабеля, соединяющего спутниковую антенну и приемник спутникового вещания, либо повреждения элементов разъемного соединения кабеля с антенным входом приемника. Отсутствие контакта коаксиального кабеля с разъемом антенного входа приемника может быть вызвано как физической поломкой элементов соединяемых частей разъема, так и вследствие попадания влаги в места соединения и, как следствие, окисления элементов разъема или их разрушения. Однако, поскольку, как для данного типа неисправностей, так и для неисправностей, вызванных, например, коротким замыканием, повреждением антенного оборудования, возникновения препятствий или помех для передачи спутникового сигнала на приемник и т.п., основным маркеро возникших всех вышеуказанных проблем является отсутствие сигнала спутникового вещания, фиксируемое центральным процессором (ЦП) приемника и подтверждаемое отсутствием видеоряда на экране телевизора, сопряженного с приемником. Таким образом, процесс обнаружение действительной причины неисправности может занять достаточно большое время, поскольку требует последовательного осмотра, как внешнего оборудования, так и аппаратной части приемника и соединяющих их разъемных соединений. В этой связи, возможность автоматической диагностики причины неисправности посредством датчиков или иных средств контроля, входящих в состав приемника, позволяют не только сэкономить время на поиск неисправностей, но и существенно снизит риск преждевременного износа оборудования и/или создания опасных для пользователя условия эксплуатации оборудования. Для своевременного обнаружения данного рода неисправностей и оповещения о их наличии пользователя, приемники спутникового цифрового вещания, как правило, содержат средства их детектирования, выполненные на базе электронных блоков или микросхем, снабженных микропроцессором. При этом классический метод контроля состояния кабельного соединения на антенном входе приемного устройства основан на применении датчика тока на основе резистивного шунта, сигнал с которого обрабатывается электронной схемой защиты, как правило, включающей операционный усилитель (ОУ) и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), связанные с центральным процессором. Данное решение, несмотря на широкое применение, обладает рядом недостатков, к числу которых можно отнести рассеяние части мощности на резисторе, а также повышенные требования к обеспечению термостабильности, что снижает корректность диагностики неисправности, срок службы, реализованного таким образом датчика, а также повышает затраты на обеспечение условий для корректной работы датчика.

Из патентной публикации заявки на изобретение JP2010147781 «Приемное устройство, способ управления» (SONY CORP., 2008г) известно решение приемного устройства системы спутникового вещания и способ управления включением/выключением источника питания LNB для предотвращения проблем с поступлением на вход приемного устройства входного сигнала в различных условиях использования. Согласно данному решению, схема обнаружения неисправностей в цепи кабельной связи с антенным входом тюнера и управления подачей питания на LNB от схемы питания путем вывода управляющего сигнала, а также возможность приема спутникового вещания в состоянии, когда мощность питания для LNB не предусмотрена, основана на использовании резисторного делителя напряжения, компаратора и логических элементов, сопряженных с управляющим микропроцессором. В частности, схема 31 источника питания генерирует 15,5В в качестве источника питания LNB спутникового вещания и делит напряжение с помощью верхнего делительного резистора 32 напряжения и нижнего делительного резистора 33 напряжения для ввода 15,45 В на вход положительной стороны компаратора 35. Схема 31 питания 15,5 В подает питание 15,45 в LNB на дроссельную катушку 21 приемного тюнера 12 спутникового вещания через резистор 34 обнаружения тока и также подает 15,45 В на отрицательный вход компаратора 35. Компаратор 35 сравнивает напряжение, подаваемое на вход положительной стороны, с напряжением, подаваемым на вход отрицательной стороны, для обнаружения наличия или отсутствия неисправностей в цепи кабельной связи с антенным входом и выводит сигнал обнаружения в схему 51 обработки сигналов. Например, высокий уровень сигнала обнаружения указывает на то, что проблем не обнаружено, а низкий уровень означает обнаружение наличия проблем в цепи кабельной связи с антенным входом (короткое замыкание). На основании управляющего сигнала, подаваемого с управляющего микропроцессора 16, и сигнала обнаружения, подаваемого с компаратора 35, схема 51 обработки сигналов формирует новый сигнал, представляющий результат обнаружения наличия/отсутствия проблем в подаче сигнала спутникового связи вследствие проблем в цепи кабельного соединения на антенном входе приемника, и выводит заданный сигнал к управляющему микропроцессору 16. При этом, схема 51 обработки сигналов включает в себя инвертирующую схему 61 задержки, И-схему 62 и диоды 63 и 64. Управляющий сигнал, поступающий от управляющего микропроцессора 16, вводится в инвертирующую схему задержки 61 и И-схему 62, а сигнал обнаружения, поступающий от компаратора 35, подается на анодную сторону диода 64. Сигнал управления, поступающий на инвертирующую схему задержки 61, подается на отрицательный вход операционного усилителя 71 интегрирования Миллера через резистор R. Напряжение смещения средней точки для операционного усилителя от источника 72 напряжения подается на положительную сторону. Схема задержки инверсии 61 инвертирует высокий/низкий уровни и выдает управляющий сигнал, задержанный примерно на 1 секунду, на схему И 62, которая выполняет операцию И на основании управляющего сигнала, подаваемого от управляющего микропроцессора 16, и управляющего сигнала, подаваемого от схемы 61 задержки инверсии. Результат операции И вводится на анодную сторону диода 63.

Схема выполнения операции ИЛИ формируется диодами 63 и 64, и результат операции ИЛИ, полученный в схеме ИЛИ, выводится на управляющий микропроцессор 16 в качестве нового сигнала обнаружения, указывающего на результат обнаружения наличия или отсутствие короткого замыкания. Данное решение близко по области применения и частично - решаемой задаче, но имеет существенные отличия в ее практической реализации. Известное решение имеет сложную схемную реализацию, в том числе вызванную не столько решением задачи выявления неисправности на антенном входе, сколько задачей управления питанием LNB и настройкой уведомлений об обнаружении неисправности в разных вариантах эксплуатации приемника. Известное решение является избыточно усложненным, энергозатратным, не обеспечивающим быструю реакцию на обнаружение неисправности. Вместе с тем, указанное решение может быть принято за близкий аналог.

Из предшествующего уровня техники также из публикации US8054087 (SAMSUNG ELECTRO MECH (KR), 2008) известно решение маломощного детектора постоянного тока включающего в себя схему источника основного тока, генерирующую сверхмалый ток, схему ограничения, ограничивающую ток, генерируемый схемой источника основного тока, до уровня ниже заданного значения тока, и схему обнаружения напряжения, смещенную сверхнизким током, низкий ток, генерируемый основной цепью источника тока, для обнаружения входного постоянного напряжения. Детектор в рамках данного решения построен с использованием каскада схем реализации токового зеркала, что позволяет генерировать сверхмалый ток и использовать его в качестве тока смещения, благодаря чему детектор может обнаруживать напряжение пробуждения низкой составляющей постоянного тока и имеет низкое потребление тока. Данное решение представляет интерес с точки зрения возможности использования токового зеркала для генерирования и использования в рамках детектирования сверхмалого тока для обнаружения входного постоянного напряжения. Однако, данное решение относится к беспроводной связи, а именно к решению задачи использования одного сухого элемента сверхмалой мощности в течение нескольких лет и более. С этой целью беспроводные системы должны иметь возможность определять, следует ли выполнять операцию пробуждения с использованием сверхнизкого потребления тока (несколько мкА) или сохранять состояние глубокого сна. Задача обнаружения неисправностей с подачей сигнала на вход приемного устройства в данном решении не рассматривается и не может быть решена в рамках предложенного решения. Кроме того, раскрытое в публикации известное решение имеет усложненную многоступенчатую (каскадную) реализацию, оправданную решаемой изобретением задачей повышения срока службы аккумуляторных элементов, но является избыточной для решения задачи контроля наличия сигнала на антенном входе тюнера приемника спутникового вещания и детекции проблем в цепи кабельной связи на антенном входе тюнера приемника в случае его отсутствия, в виду использования оборудования иного принципа действия.

Таким образом, в настоящее время в предшествующем уровне техники не известны простые, технологичные и эффективные решения обнаружения неисправности кабельного соединения на антенном входе приемника спутникового вещания.

Сущность заявленной полезной модели:

Техническая проблема, решаемая заявленной полезной модели, является устранение указанных выше недостатков и предложение простого, технологичного решения датчика контроля состояния подключения коаксиального кабеля спутниковой антенны к антенному входу приемника, не требующего усложнения конструкции приемника и ее повышенного энергопотребления.

Техническим результатом при этом является повышение качества работы датчика контроля, реализуемого, в том числе, за счет простоты и гибкости настройки режима срабатывания датчика, не требующим существенных финансовых и энергозатрат.

Указанный технический результат достигается за счет использования датчика контроля подключения антенны приемника системы спутникового вещания, характеризующегося тем, что включающий модуль питания антенны, блок питания приемника, токовый повторитель, выполненный в виде схемы токового зеркала, блок преобразования тока в напряжение, компаратор и центральный процессор, снабженный таймером, причем токовое зеркало со стороны входных цепей транзисторов сопряжено с модулем питания антенны, по одной из выходных линий транзисторов, являющейся питающей, токовое зеркало соединено с согласующим резистором антенного входа приемника, по другой выходной линии, являющейся отраженной, токовое зеркало соединено со входом блока преобразования тока в напряжение, выход которого сопряжен с первым входом компаратора, содержащим также инвертирующий вход для подачи предустановленного опорного напряжения, а выход компаратора сопряжен со входом центрального процессора приемника, снабженного таймером, а также согласующего резистора блока преобразования тока в напряжение.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления, заявленного решения, токовый повторитель выполнен в виде токового зеркала на полевых транзисторах T1 и Т2 с соединенными затворами и резисторами R1 и R2 в соответствующих стоковых цепях транзисторов, при этом стоковый вход на выходе резистора R1 в стоковой цепи транзистора T1 питающей линии токового зеркала, сопряженной с согласующим резистором Ra, соединен с затвором. При этом, в другом возможном варианте осуществления, опорное напряжение, подаваемое на инвертирующий вход компаратора, составляет Uоп=(R1/R2⋅5мА)⋅Rптн, где R1 - значение сопротивления резистора стоковой цепи питающей линии токового зеркала, Ом; R2 - значение сопротивления резистора стоковой цепи отраженной линии токового зеркала, Ом; Rптн - значение сопротивления согласующего резистора блока преобразования тока в напряжение, Ом; 5 мА - минимальное значение выходного тока Iвых цепи истока питающей линии токового зеркала в рабочем режиме кабельного соединения на антенном входе приемника.

Кроме того, в возможном варианте осуществления, компаратор может быть выполнен с обеспечением возможности формирования уровня логической «1» при превышении значения напряжения Uизм на первом входе компаратора предустановленного значения опорного напряжения Uоп инвертирующего входа компаратора, и формировании уровня логического «0» в остальных случаях, при этом центральный процессор выполнен с обеспечением возможности формирования предустановленных сообщений и команд при формировании компаратором логического 0.

В соответствии с заявленным решением, при любом варианте осуществления заявленного решения центральный процессор может быть выполнен с обеспечением возможности осуществления циклического мониторинга наличия подключения антенны приемника системы спутникового вещания на антенном входе приемника посредством формирования таймером запроса на обновления данных измерений датчика с периодичностью не менее чем раз в 100мс. При этом, центральный процессор, предпочтительно, связан с компаратором по линии GPIO, а с блоком питания и тюнером по линиям цифровой шины I2C.

Очевидно, что как предыдущее общее описание, так и последующее подробное описание даны лишь для примера и пояснения и не являются ограничениями заявленной полезной модели.

Краткое описание чертежей:

На фиг. 1 - схематичное представление датчика контроля подключения антенны приемника системы спутникового вещания.

На фиг. 2 - обобщенная блок-схема приемника, снабженного датчиком, согласно заявленной полезной модели.

Следует отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только один из наиболее предпочтительных вариантов осуществления полезной модели и не могут рассматриваться в качестве ограничений ее содержания, которое может включать другие возможные варианты осуществления.

Осуществление полезной модели

Согласно представленным схемным решениям, представленным на иллюстративных материалах фиг.1 и 2, заявленное решение датчика 1 контроля подключения антенны приемника системы спутникового вещания (далее - датчик), включающий модуль питания антенны 3, блок питания (БП) 2 приемника, токовый повторитель 18, выполненный в виде схемы токового зеркала, блок преобразования тока в напряжение (ПТН) 15, компаратор 16 и центральный процессор 5, снабженный таймером 6. При этом токовое зеркало со стороны входных цепей транзисторов 12 (Т1) и 13 (Т2) сопряжено с модулем питания антенны (на схеме фиг. 1 не показан). В соответствии с представленным примером осуществления токовый повторитель 18 выполнен в виде токового зеркала на полевых транзисторах T1 и Т2 с соединенными затворами и резисторами 10 (R1) и 11 (R2) в соответствующих стоковых цепях транзисторов, при этом стоковый вход на выходе резистора R1 в стоковой цепи транзистора T1 питающей линии токового зеркала соединен с затвором. Питающая линия токового зеркала на выходе соединено с согласующим резистором антенного входа приемника 14 (Ra), по другой выходной линии, являющейся отраженной, токовое зеркало соединено со входом блока преобразования тока в напряжение 15 (ПТН), выход которого сопряжен с первым входом компаратора 16, содержащим также инвертирующий вход для подачи предустановленного опорного напряжения Uоп, а выход компаратора 16 сопряжен со входом центрального процессора 5 (ЦП) приемника, снабженного таймером 6(на схеме фиг.1 не показан), а также согласующего резистора 17 (Rптн) блока преобразования тока в напряжение.

Центральный процессор (ЦП) является центром управления, который по линии GPIO имеет связь с блоком детектора 4 наличия антенны и по линиям цифровой шины I2C с тюнером 8 и модулем питания антенны 3.

При запуске приемника ЦП осуществляет инициализацию периферийных блоков:

1) активирует свою структуру GPIO для детектора наличия антенны, устанавливая ее как вход с внутренней подтяжкой к земле (pull-down), подключенный к внутреннему программно-аппаратному таймеру;

2) опрашивает по шинам I2C наличие тюнера с блоком питания антенны, проверяя их на возможные неисправности;

3) запускает блок питания антенны, выставляет напряжение 13.8 В на его выходе.

Модуль питания антенны, запитанный 12В от общего блока питания приемника по сигналу от ЦП, формирует напряжение левой поляризации и подает его на антенный вход.

Антенный вход, к которому с наружной стороны осуществляется подключение спутниковой антенны со своей инфраструктурой, начинает потреблять энергию от модуля питания антенны в диапазоне по току от 5 до 400 мА, если кабельные линии исправны и подключение валидно.

Детектор наличия питания антенны, запитанный от модуля питания антенны считывает потребление тока через антенный вход с помощью встроенного токового зеркала.

Напряжение питания Uпит поступает на вход транзисторов T1, T2. При этом, через транзистор Т1 протекает ток, питающий спутниковое оборудование.

Токовое зеркало может быть выполнено любым, известным из уровня техники способом, с использованием электронных компонентов традиционно используемых в данной области техники. Наиболее предпочтительным вариантом, является выполнение токового зеркала на полевых транзисторах, т.к. данное исполнение обеспечивает минимальное падение напряжения, т.е. весь ток нагрузки проходит через транзистор.

При отсутствии нагрузки (подключенного кабеля) этот ток, проходящий через транзистор T1 меньше 100 мкА. Как только антенное оборудование подключено к устройству приемника, ток I вых на истоковом выходе транзистора Т1 достигает величины, большей 5 мА.

Во второй линии - отраженной, токового зеркала на стоке транзистора T2 начинает протекать ток Iз = R1/R2 ⋅ Iвых (мА).

Данный ток преобразуется в напряжение измерения Uизм в блоке 15 преобразования тока в напряжение ПТН. Данный блок является типовым блоком электрических схем, состоящим, как правило, из операционного усилителя и транзистора. Согласно заявленному решению, в качестве указанного блока может быть выбран любой возможный вариант его осуществления, применяемый в данной области техники и условиях его работы.

Полученное на выходе блока 15 выходное напряжение U изм далее поступает на входе компаратора 16, который может быть выполнен в виде операционного усилителя (ОУ), как показано на схеме фиг. 1. На инвертирующий вход такого ОУ также подведится опорное напряжение Uоп=(R1/R2⋅5мА)⋅Rптн, где R1 - значение сопротивления резистора стоковой цепи питающей линии токового зеркала, Ом; R2 - значение сопротивления резистора стоковой цепи отраженной линии токового зеркала, Ом; Rптн - значение сопротивления согласующего резистора блока преобразования тока в напряжение, Ом; 5 мА - минимальное значение выходного тока Iвых цепи истока питающей линии токового зеркала в рабочем режиме кабельного соединения на антенном входе приемника.

Как только значение Uизм начинает превышать заданное значение опорного напряжения на выходе компаратора формируется логическая единица, что является индикатором подключения кабеля антенны и нахождения антенного оборудования в рабочем состоянии. При определении на входе компаратора напряжения менее 5 мА, на выходе компаратора формируется логический «0», что является индикатором отсутствия подключения антенного оборудования к приемнику или обрыва.

Как только потребление по току превышает установленный порог в 5 мА, блок детектора формирует на своем выходе GPIO уровень логической "1".

Процессор с помощью встроенного таймера раз в 100 мс опрашивает вход, на который заведен сигнал наличия антенны от детектора. Как только проходят следующие 100 мс, он определяет логическую единицу, что дает системе информацию об исправно подключении антенны или ее наличии. Периодичность в 100мс установлена опытным путем, т.к. при меньшем времени - из-за частых запросов шина I2C будет создавать излишний шум, требующий ее экранирования. При этом она будет занята большую часть времени, что создаст проблемы для передачи команд по ней. При увеличении интервала сообщение о детекте антенны будет появляться в меню приемника с запозданием, что может привести к аварийным ситуациям.

Далее ЦП формирует информационно сообщение и выводит ее через AV/ HDMI интерфейс на дисплей телевизора 9 (ТВ), чтобы пользователь определил состояние системы по антенному входу.

Преимуществами заявленного решения от традиционной схемы с шунтирующим резистором, ОУ и АЦП являются:

отсутствие необходимости в мощном шунтирующем резисторе, на котором теряется часть мощности и который требует обеспечения условий термостабильности и способствует значительному повышению затрат на изготовление приемника.

отсутствие надобности в АЦП, что способствует упрощению программной части системы;

возможность масштабирования исходного тока за счет использования в стоковых цепях токового зеркала резисторов, соотношение которых (R1/R2) позволяет управлять масштабированием исходного тока и, следовательно, работать при малых сигналах, одновременно повышая термостабильность, что может быть критично при токах свыше 300 мА.

Заявленное решение датчика на токовом зеркале, как представлено в заявленном решении может быть представлено как реализованное в составе готовой микросхемы, так и в рамках отдельной схемной реализации, что

Таким образом, за счет включения в состав датчика токового зеркала, сопряженного с преобразователем тока в напряжение и компаратора, определяющего возникновение события по предустановленному опорному напряжению, использование в системе управляющих резисторов в стоковых цепях транзисторов токового зеркала, а также согласующих резисторов с нагрузки (антенный вход) и преобразователя ток-напряжение, обеспечивают повышение качества работы датчика контроля, реализуемого , в том числе, за счет простоты и гибкости настройки режима срабатывания датчика, не требующим существенных финансовых и энергозатрат.

Claims (11)

1. Датчик контроля подключения антенны приемника системы спутникового вещания, характеризующийся тем, что включает модуль питания антенны блока питания приемника, токовый повторитель, выполненный в виде схемы токового зеркала, блок преобразования тока в напряжение, компаратор и центральный процессор, снабженный таймером, причем токовое зеркало со стороны входных цепей транзисторов сопряжено с модулем питания антенны, по одной из выходных линий транзисторов, являющейся питающей, токовое зеркало соединено с согласующим резистором антенного входа приемника, а по другой выходной линии, являющейся отраженной, токовое зеркало соединено со входом блока преобразования тока в напряжение, выход которого сопряжен с первым входом компаратора, содержащим также инвертирующий вход для подачи предустановленного опорного напряжения, а выход компаратора сопряжен со входом центрального процессора приемника, снабженного таймером, а также согласующего резистора блока преобразования тока в напряжение.

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что токовый повторитель выполнен в виде токового зеркала на полевых транзисторах T1 и Т2 с соединенными затворами и резисторами R1 и R2 в соответствующих стоковых цепях транзисторов, при этом стоковый вход на выходе резистора R1 в стоковой цепи транзистора T1 питающей линии токового зеркала, сопряженной с согласующим резистором Ra, соединен с затвором.

3. Датчик по п.2, отличающийся тем, что опорное напряжение, подаваемое на инвертирующий вход компаратора, составляет

Uоп=(R1/R2⋅5мА)⋅Rптн,

где R1 - значение сопротивления резистора стоковой цепи питающей линии токового зеркала, Ом;

R2 – значение сопротивления резистора стоковой цепи отраженной линии токового зеркала, Ом;

Rптн – значение сопротивления согласующего резистора блока преобразования тока в напряжение, Ом;

5 мА - минимальное значение выходного тока Iвых цепи истока питающей линии токового зеркала в рабочем режиме кабельного соединения на антенном входе приемника.

4. Датчик по п.3, отличающийся тем, что компаратор выполнен с обеспечением возможности формирования уровня логической 1 при превышении значения напряжения Uизм на первом входе компаратора предустановленного значения опорного напряжения Uоп инвертирующего входа компаратора и формирования уровня логического 0 в остальных случаях, при этом центральный процессор выполнен с обеспечением возможности формирования предустановленных сообщений и команд при формировании компаратором логического 0.

5. Датчик по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что центральный процессор выполнен с обеспечением возможности осуществления циклического мониторинга наличия подключения антенны приемника системы спутникового вещания на антенном входе приемника посредством формирования таймером запроса на обновления данных измерений датчика с периодичностью не менее чем раз в 100 мс.

6. Датчик по п.5, отличающийся тем, что центральный процессор связан с компаратором по линии GPIO, а с блоком питания и тюнером - по линиям цифровой шины I2C.