Podstawy diagnostyki TV z wyświetlaczem plazmowym PDP (cz.1)

Podstawy diagnostyki TV z wyświetlaczem plazmowym PDP (cz.1)

Diagnostyka TV z wyświetlaczem plazmowym PDP
Podstawy diagnostyki TV z wyświetlaczem plazmowym PDP (cz.1)
Opracowano na podstawie materiałów szkoleniowych
1. Wprowadzenie
Telewizja obejmuje transmisję ruchomych obrazów
(wideo) i dźwięku. Obraz telewizyjny, zwany także ramką
składa się z pewnej liczby elementów obrazu, określanych
jako piksele. Piksele są ułożone w linii poziomej, każda
linia składa się z 720 pikseli.
Linia 1
Linia 2
Linia 3
Linia 4
Linia 5
Linia 6
Linia 7
Linia 8
Linia 9
Linia 10
Linia 11
Linia 12
Linia 13
Linia 14
Linia 15
Linia 16
Linia 17
Linia 18
Linia 19
Linia 20
Linia 21
Linia 22
Linia 23
Ekran (obraz) podzielony jest na linie pikseli. Ka¿da linia zawiera 720 pikseli.
Rys. 1.1. Podział ekranu na piksele
Nadawanie sygnałów wizyjnych (transmisja) obejmuje
wysyłanie informacji wizyjnych w postaci kolejnych klatek
– tak jak w technice filmowej obraz składa się z szeregu
poszczególnych podobrazów. Liczba klatek na sekundę,
nazywana jest odświeżeniem lub częstotliwością powtarzania i jest podawana w Hz (cyklach na sekundę).
Dla Europy częstotliwość powtarzania wynosi 50Hz (dla
USA – 60Hz).
Piksele tworzące kolorowy obraz składają się trzech
subpikseli (lub trzech komórek): czerwonego, zielonego
i niebieskiego. Z różnych kombinacji tych trzech kolorów
(kolorów podstawowych) można wytworzyć praktycznie
prawie wszystkie inne kolory. Zawartość każdej ramki
(każdego obrazu) jest linia po linii reprezentowana przez
sygnał analogowy dla telewizji analogowej i sygnał cyfrowy dla telewizji cyfrowej. Impuls synchronizacji linii
(line sync) jest wykorzystywany do identyfikacji początku
linii i podobnie impuls ramki (frame lub field sync) służy
Ramka 1
Linia 1
Linia 3
Linia 2
do identyfikacji początku ramki. Impulsy synchronizacji
schematycznie pokazano na rysunku 1.2.
1.1. Skanowanie progresywne oraz z przeplotem
Liczba linii wykorzystywanych do wygenerowania ramki określa jakość obrazu. Określa ona również przestrzeń
częstotliwości, czyli szerokość pasma przepustowego,
które jest potrzebne do umieszczenia kanału telewizyjnego. Aby zmniejszyć wymagania dotyczące szerokości
pasma, ramka jest podzielona na dwie części, nazywane
polami: pole nieparzyste z liniami nieparzystymi i pole
parzyste z liniami parzystymi. Ta technika nadawania jest
określana jako przeplatanie (interlacing), które zmniejsza
wymagania dotyczące szerokości pasma prawie o połowę, jednakże tworzy, niepożądany efekt, co jest znane
jako migotanie.
1.2. Standardowa i wysoka rozdzielczość
Jakość obrazu jest określona przez liczbę linii w jednej
ramce. Telewizja standardowa i wysokiej rozdzielczości
wykorzystuje następującą liczbę linii:
 telewizja standardowej rozdzielczości SDTV: 625 linii
z przeplotem (625i),
 telewizja wysokiej rozdzielczości HDTV: 720 progresywnych (720p) lub 1080 z przeplotem (1080i),
 Full HD: 1080 progresywnych (1080p).
1.3. Częstotliwość powtarzania konwersji
W telewizji nadawczej powietrznej lub kablowej ramka
jest odświeżana z przeplotem z częstotliwością 50Hz.
Jednak producenci TV coraz częściej wykorzystują wyższe częstotliwości odświeżania w procesach znanych jako
up-konwersja (100 i 200Hz), dla zmniejszenia rozmycia
obrazu, takich swoistych artefaktów związany z telewizorami z wyświetlaczem LCD.
2. Telewizja cyfrowa
W telewizji analogowej wartość mocy promieniowania
Ramka 2
Ramka 3
Linia ostatnia
Linia przedostatnia
Synchronizacja ramki
(pionowa)
Synchronizacja linii
(pozioma)
Rys. 1.2. Impulsy synchronizacji linii i ramki
SERWIS ELEKTRONIKI Diagnostyka TV z wyświetlaczem plazmowym PDP
każdego subpiksela (emitowania światła) jest mierzona za
pomocą wiązki elektronów. W telewizji cyfrowej, wartość
każdego subpiksela jest przekształcana w kod binarny,
składający się z szeregu zer i jedynek, czyli bitów. Liczba
bitów określa dokładność, z jaką te wartości mogą być
reprezentowane i prawdziwość (wierność) wyprodukowanego obrazu na ekranie telewizora. W telewizji nadawczej
naziemnej i kablowej stosuje się 8 bitów dla każdego
subpiksela RGB, w sumie 24 bitów dla trzech subpikseli
RGB (co jest znane jako wideo 24-bitowe), które mogą
z kolei generować ponad 16 milionów różnych kolorów.
Z kodów 10-bitowych, jest możliwe wytworzenie ponad
1 miliarda kolorów.
Kody binarne kolejnych subpikseli i kolejnych ramek
są łączone, tworząc strumień danych wideo.
W stanie surowym (nie poddanym żadnym procesom
obróbki sygnału), telewizja cyfrowa wymaga pasma
przenoszenia szerszego niż stosowane w telewizji analogowej, a więc czegoś, co jest praktycznie i komercyjnie
nieopłacalne. Na przykład, użycie kodów 8-bitowych
oznacza, że pojedynczy kanał telewizyjny telewizji cyfrowej wymaga pasma około dwadzieścia lub więcej
razy szerszego niż szerokość kanału przydzielona dla
kanału telewizji analogowej. Z tego powodu stosuje się
kompresję danych.
2.2. Pakiety audio i wideo
2.1. Kompresja danych
3.1. Główne elementy płyty głównej (płyty A/V)
Transmisja sygnału telewizyjnego składa się z szeregu
ramek obrazu, które tylko nieznacznie różnią się od siebie.
Większość zawartości jednej ramki jest powtarzana w
kolejnych ramkach. Zamiast przesyłać zawartość każdej
ramki w całości, jak w przypadku folii telewizji analogowej i technice kinematograficznej, w telewizji cyfrowej
transmituje się wyłącznie różnice między ramkami. Ten
rodzaj kompresji danych, w którym ramki przesyłane są
w postaci różnic jest nazywany kompresją czasową. Inny
rodzaj kompresji wykorzystuje fakt, że nawet w obrębie
jednej ramki, elementy obrazu, takie jak na przykład jasne
czy błękitne niebo są powtarzalne. Fakt ten jest wykorzystywany do zmniejszenia ilości danych, niezbędnych do
opisania zawartości jednej ramki. Ten rodzaj kompresji
określany jako kompresja przestrzenna.
Czasowa i przestrzenna kompresja jest częścią kompleksowego zestawu przyjętego międzynarodową specyfikacją określanego skrótem MPEG-2 (dla telewizji
o standardowej rozdzielczości) i MPEG-4 (dla telewizji
wysokiej rozdzielczości). Techniki te, zwane kodowaniem
wideo są tak skuteczne, że aż pięć programów telewizji
standardowej rozdzielczości SDTV może być umieszczone w przestrzeni przeznaczonej dla jednego kanału
analogowego. Podobny proces kompresji zwanego kodowaniem fonii przeprowadza się dla toru fonii.
wideo 1
Nag³ówek
audio 1
audio 3
Gdy wartość każdego subpiksela zostanie „przetłumaczona” (zamieniona) na kod 8-bitowy i zakodowana,
powstały strumień wideo składający się z zer i jedynek jest
podzielony na pakiety wideo. Podobnie zakodowany strumień danych audio jest dzielony na pakiety audio. Pakiety
serwisowe zawierające informacje o nazwie, zawartości,
czasie transmisji, objęciem blokadą rodzicielską określonych programów, itp. są również przeprowadzane. Pakiety
wideo, audio i serwisowe z kilku różnych programów są
multipleksowane (zwielokratniane) do postaci strumienia
transportowego (rys. 2.1), który jest ostatecznie nadawany za pomocą częstotliwości radiowych w technice
nadawczej telewizji naziemnej lub satelitarnej.
3. Odbiornik TV z wyświetlaczem LCD
lub plazmowym
Odbiorniki telewizyjne składają się z dwóch podstawowych płyt (modułów): płyty zasilacza i płyty sygnałowej
wideo / audio / sterowania (powszechnie zwanej jako płyta
A/V, płyta główna lub MISC). Na płycie głównej przeprowadzane są wszystkie niezbędne procesy obróbki sygnałów
wizji i fonii i sterowania oraz przetwarzania danych na
sygnały dla odtwarzania obrazu i dźwięku.
Płyta główna jest odpowiedzialna za przetwarzanie
sygnałów audio i wideo, jak również generalnego sterowania systemem. Sterowanie odbywa się za pomocą
mikroprocesora i powiązanych z nim układów pamięci.
Doprowadzane sygnały A/V mogą przybierać różne
formy:
 naziemnej lub satelitarnej transmisji z modulacją
częstotliwościami radiowymi,
 analogowej A/V za pośrednictwem portu zewnętrznego (gniazda SCART),
 Component Video,
 analogowej A/V, CVBS (Composite Video, wygaszania
i synchronizacji),
 cyfrowej A/V (gniazdo HDMI),
 cyfrowego sygnału wejściowego audio (za pośrednictwem formatu interfejsu Sony / Philips, SPDIF).
Modulowane sygnały UHF / VHF docierają do tunera
za pośrednictwem anteny naziemnej lub sygnałów telewizji kablowej albo anteny satelitarnej. W przeciwieństwie do
telewizji satelitarnej, która jest w pełni cyfrowa, telewizja
naziemna i kablowa nadal nadaje telewizję analogową,
jak również i telewizję cyfrową. Z tego powodu odbiorniki
naziemne używają zintegrowanego tunera hybrydowego,
który może demodulować analogowe i cyfrowe programy
do odtwarzania sygnału CVBS dla tych poprzednich i
strumienia transportowego dla tych ostatnich. W starszych
wideo 2
wideo 3
Rys. 2.1. Multipleksowanie pakietów dla różnych pakietów
SERWIS ELEKTRONIKI serwis 2
Diagnostyka TV z wyświetlaczem plazmowym PDP
Gniazdo
antenowe
Strumieñ
transportowy
Tuner
i demultiplekser
Jednouk³adowy
procesor obróbki
sygna³ow
i danych
Sygna³y
zewnêtrzne
wizji i fonii (A/V)
wejœcia / wyjscia
Wideo
HDMI
Mikrokontroler
Kabel
sieciowy
Wzmacniacz
fonii
5V
Reg.
12V
STB
PS_ON
P³yta g³ówna
(Main PCB)
Odbiornik
podczerwieni
Rys. 3.1. Główne elementy płyty głównej (Main Board)
zestawach, ponieważ technologia szybko się rozwija,
zestawy wykonane więcej niż cztery lata temu zaliczane
już do kategorii „starszych”, używane są dwa oddzielne
tunery, jeden dla kanałów analogowych i drugi – dla kanałów cyfrowych.
Strumień transportowy produkowany przez tuner
składa się ze zwielokrotnionych pakietów wideo, audio
i serwisowych wielu różnych programów do udostępniania przez jeden kanał cyfrowej telewizji naziemnej lub
satelitarnej. Pakiety wybranego programu są odbierane
przez demultiplekser w chipie przetwarzania. Zewnętrzne
sygnały audiowizualne (zewnętrzne sygnały analogowe
i cyfrowe) są podawane bezpośrednio do układu przetwarzania. Układ przetwarzania wykonuje wszystkie
niezbędne funkcje przetwarzania sygnałów wideo i audio,
w tym dekodowanie sygnałów audio i wideo do odtwarzania obrazu i dźwięku stereo, a także innych sygnałów
analogowych i cyfrowych dla zewnętrznych wyjść audio
i wideo. Sygnał wideo z układu przetwarzania podawany
jest do zespołu panelu wyświetlacza plazmowego.
ultrafioletowe (UV) i widzialne promieniowanie.
Efekt ten jest zatem wykorzystywany jako podstawa
dla małego piksela. Pierwszą wadą tego prostego elementu plazmowego jest to, że emisja światła od tego
piksela jest pomarańczowego koloru, jako błysk wyładowania neonowego. Aby temu zaradzić i wygenerować
światło określonego koloru, wnętrza pikseli pokrywa się
odpowiednimi luminoforami emitującymi różne barwy
przy wzbudzaniu. Promienie ultrafioletowe wytworzone
przez wyładowanie są następnie wykorzystywane do
uderzenia w powłokę fosforową, w celu wyemitowania
światła określonego koloru. Aby zoptymalizować emisję
promieni ultrafioletowych UV, mieszanina gazowa jest
modyfikowany przez dodanie ksenonu.
Trzy kolory podstawowe są produkowane przy użyciu
trzech subpikseli lub komórki. Każda komórka jest pokryta
odpowiednim fosforem do produkcji czerwonego, zielonego i niebieskiego koloru, gdy nastąpi wpływ promieni
Wy³adowanie plazmy
4. Piksel wyświetlacza plazmowego
Zasada działania piksela plazmowego jest ściśle
związana ze świeceniem gazu szlachetnego neonu. Od
dawna wiadomo, że niektóre mieszaniny gazów, takich jak
hel, neon i ksenon pod wpływem wystarczająco silnego
napięcia elektrycznego ulega przekształceniu w „plazmę”,
co jest nazywane wyładowaniem plazmowym. Oprócz
przewodzenia prądu, wyładowanie plazmowe przetwarza
część energii elektrycznej w fale elektromagnetyczne oraz
UV
-
+
-
+
~
Œwiat³o widzialne
Rys. 4.1. Wyładowanie w komórce wyświetlacza PDP
SERWIS ELEKTRONIKI Diagnostyka TV z wyświetlaczem plazmowym PDP
trzecia elektroda danych lub adresowa do zapisu danych
wideo w komórce, stąd jej nazwa.
Do zapalania gazu i wytwarzania wyładowania plazmowego, impuls zwany impulsem podtrzymania jest
podawany na elektrody Sus (X) i skanowania (Y). Każde
przejście produkuje niewielkie wyładowanie, powodując
emisję światła. Poziom jasności jest określony przez
liczbę impulsów.
UV
4.1. Sterowanie pracą komórki plazmowej
UV
Set
Rys. 4.2. Emisja światła przez komórkę wyświetlacza
plazmowego
Szk³o tylne
Fosfor
kolorowy
Elektroda
danych A
(Data A)
Szk³o przednie
¯ebro
Ksenon
i neon
Dielektryk
Elektroda
skanowania
Y (Scan Y)
Elektroda
podtrzymania
X
(Sustain X)
¯ebro
Rys. 4.3. Struktura komórki piksela wyświetlacza PDP
Address
Rys. 4.5. Sterowanie pracą komórki plazmowej
Sterowanie komórką piksela składa się z trzech etapów:
 ustawianie (lub inicjalizacja)
 adresowanie (lub zapis)
 podtrzymanie (lub rozładowanie)
Komórka jest najpierw ustawiana poprzez zdjęcie z
niej wszystkich resztkowych ładunków, które mogą pozostawać z poprzedniego cyklu sterowania. Uzyskuje się
to poprzez zastosowanie krokowego impulsu pomiędzy
elektrodami podtrzymania i skanowania.
Gdy komórki zostały „wyczyszczone” z ładunku i ustawione, następnym etapem jest ustalenie, czy komórka
powinna zostać załączona, tzn. czy jest przeznaczona
do wyemitowania światła. To zależy od zawartości obrazu reprezentowanego przez dane wideo doprowadzane
do elektrody danych. Jeśli wejście do elektrody danych
jest logiczną jedynką, to komórka jest zaznaczona do
emisji pełnego wyładowania plazmowego w następnej
fazie. Ostatnim etapem jest generowanie emisji światła.
Osiąga się to poprzez doprowadzenie impulsu między
elektrody skanowania Y-scan i podtrzymania X-Scan.
Jasność może być zmieniana poprzez zwiększanie lub
zmniejszanie liczby impulsów podtrzymujących. Jeżeli
komórka nie została wybrana do emisji w fazie adresowania, nie zostaje w ogóle rozładowywana. Proces ten
jest następnie powtarzany z tak ustawionymi napięciami.
4.2. Kodowanie podpól
Rys. 4.4. Impulsy podtrzymania przyłożone do elektrod
X-Y wywołują „świecenie” komórki
UV wytwarzanych przez wyładowania plazmowe. Dalsze
modyfikacje zostały wprowadzone w celu uproszczenia
konstrukcji, zmniejszenia kosztów i zwiększenia jasności
uzyskanej we współpłaszczyznowym pikselu, w którym
dwie elektrody, zwane elektrodą podtrzymania (X) i
elektrodą skanowania (Y) są umieszczone na tej samej
płaszczyźnie, a nie naprzeciw siebie. Dodana jest jeszcze
Sustain
Jak zaanonsowano wcześniej, poziomy jasności zależą od liczby impulsów podtrzymujących, czyli czasu
trwania okresu podtrzymania (podtrzymania wyładowania). Długi okres podtrzymania generuje większą ilość
wyładowań plazmy, skutkiem czego jest większy poziom
jasności i odwrotnie. Pojedynczy cykl sterujący Set- Adres
-Discharge (ustawienie -> adres -> wyładowanie) produkuje jeden poziom jasności. W celu uzyskania różnych
poziomów jasności dla różnych komórek pikseli, innymi
słowy, w celu wytworzenia skali szarości, potrzebnych
jest więcej niż jeden cykl sterowania dla każdego pola.
Realizuje się to poprzez kodowanie podpól, w którym
każde pole jest podzielone na kilka podpól (zazwyczaj
SERWIS ELEKTRONIKI Diagnostyka TV z wyświetlaczem plazmowym PDP
8 podpól
Wybrane są wszystkie podpola
(wszystkie 8 podpól)
Maksymalna jasność
Wybrano kilka podpól
Średnia jasność
Wybrano niewiele podpól
Ciemno
Wybrano tylko jedo podpole
Bardzo ciemno
Rys. 4.6. Sterowanie jasnością pikseli poprzez kodowanie (wybieranie) podpól
8 lub 10) i proces ustawianie -> adres -> podtrzymanie
jest powtarzany dla każdego podpola. Każde podpole
podaje pewną wagę jasności określoną przez okres
podtrzymania. Podpole z krótkim okresem wyładowania
prowadzi do niskiej jasności i odwrotnie – rysunek 4.6.
Maksymalna jasność jest wytwarzana, gdy komórka
jest wybrana jako piksel do wyładowań dla wszystkich
podpól. Połowę maksymalnej jasności uzyskuje się, gdy
komórka piksela jest wybrana dla połowy liczby podpól
i nie wybrana dla drugiej połowy podpól. W ten sposób
Impuls
ustawiania
są generowane różne poziomy (256 poziomy z 8 podpolami) jasności. Liczba podpól jest ustalana dynamicznie,
klatka po klatce, w zależności od średniego poziomu
obrazu (APL), w których liczba podpól jest zwiększona
dla jasnych scen obrazu (wysoki APL) i zredukowana na
ciemnych scenach (niski APL).
4.3. Wymagania dotyczące przebiegów sterujących
Wymagania odnośnie kształtu przebiegów sterujących
Vs
Impulsy podtrzymania
0V
Set
Okres adresowania
Przebieg steruj¹cy skanowaniem
Rys. 4.7. Przebieg sterujący skanowaniem
SERWIS ELEKTRONIKI Okres podtrzymania
Diagnostyka TV z wyświetlaczem plazmowym PDP
pracą komórki plazmowej pokazano na rysunku 4.8.
Impuls
Set
Vs
Impulsy podtrzymania
Sustain pulse
Impuls adresowy
lub danych
Rys. 4.8
4.4. Przebieg sterujący skanowaniem
Jeśli spojrzymy na linię skanowania za pomocą oscyloskopu, zobaczymy charakterystyczny przebieg pokazany
na rysunku 4.7.
Przebieg zaczyna się dużym impulsem ustawiania
i kończy się ciągiem 5-mikrosekundowych impulsów
podtrzymania.
Typowy rzeczywisty przebieg sterujący skanowaniem
pokazuje rysunek 4.9.
Patrząc na oba przebiegi: skanowanie i podtrzymania
wykonane oscyloskopem dwukanałowym, możemy zaobserwować przebiegi pokazane na rysunku 4.10.
4.6. Impuls ustawiania o kształcie narastającym
W celu zapewnienia dobrych poziomów czerni, a tym
samym wysokiego kontrastu, zamiast impulsu o kształcie
kwadratowym o wysokiej amplitudzie używany jest impuls
silnie narastający, tak zwany impuls Ramp-shaped set.
Szybkość narastania impulsu ustawiania skanowania
musi być ustawiony zgodnie ze specyfikacją producenta.
Kształt tego impulsu pokazano na rysunku 4.11.
30.000
V
27.500
Zbocze
25.000
22.500
Schodek
20.000
17.500
15.000
12.500
40.000
V
Podtrzymanie
10.000
7.500
35.000
5.000
2.500
30.000
0
25.000
-2.500
20.000
-5.000
15.000
-7.500
-10.000
-0.998
10.000
-0.802
-0.606
-0.410
-0.216
-2.0E-2
0.176
0.372
0.566
0.762
ms
0.968
5.000
0
-5.000
-10.000
-24.950 -20.200 -15.500 -10.800 -6.100
-1.400
3.300
8.000
12.700
17.450
22.150
ms
Rys. 4.9. Typowy rzeczywisty przebieg sterujący skanowaniem
4.5. Przebieg sterujący podtrzymaniem
Impuls
ustawiania
Rys. 4.11. Typowy rzeczywisty przebieg Ramp-shaped
set sterujący poziomem czerni
W następnej części artykułu zostanie omówiona architektura odbiorników telewizyjnych z wyświetlaczem
plazmowym, typowe objawy uszkodzeń, potencjalne
przyczyny i sposoby ich diagnozowania.
VS
Impulsy podtrzymania
Przebieg
skanowania
0V
Set
Okres adresowania
Okres podtrzymania
Przebieg
podtrzymania
0V
Rys. 4.10. Przebieg sterujący podtrzymaniem
SERWIS ELEKTRONIKI Ciąg dalszy w następnym numerze
}