domingo, 31 de julio de 2011

11.- Comprobación de las diferentes etapas de un receptor de HD


Nuestro tema comienza con una introducción general a los pantallas modernas en donde Ud. adquirirá el concepto del direccionamiento de pantalla y la iluminación y color de cada píxel, luego vamos a explicar el funcionamiento de una pantalla LCD y posteriormente no dedicaremos al circuito electrónico que la excita.

El circuito electrónico de un TV de pantalla plana se puede dividir siempre en cuatro sectores claramente definidos. El sector analógico, el sector digital, la pantalla y la fuente. Este subdivisión es la regla de oro del reparador de TVs de pantalla plana y le pido a mis alumnos que jamás se olviden de ella. Después de sacarle la tapa al TV su segundo trabajo es determinar en cual de esas etapas está la falla.

Solo como una guía para que el alumno sepa que zona del TV estamos transitando es que le brindamos el diagrama en bloques de un TV que es a LCD pero bien podría ser un Plasma si dejamos de lado los bloques de pantalla y de iluminación posterior. Ver figura I1.1. En este diagrama respetamos un código de colores, para saber a que sección corresponde cada bloque. En verde están los bloques de la sección analógica. Esto no quiere decir que los CI utilizados sea analógicos; por ejemplo el micro es evidentemente digital pero forma parte de la sección analógica del TV. En rojo están los bloques específicamente digitales. En azul los bloques de pantalla y en violeta la fuente de alimentación.

Invitamos al alumno a realizar un corto viaje por este diagrama en bloque para que tenga un claro panorama de donde se encuentra al estudiar los próximos capítulos. Es evidente que estamos adelantándonos en nuestro análisis; mas adelante vamos a aclarar en detalle el funcionamiento de cada bloque. Si ahora no entiende bien algún concepto no se preocupe y siga adelante.




Fig. 1.1 Diagrama en bloques de un LCD

Avancemos rápido por la zona conocida. A la izquierda, en verde tenemos el conector de ingreso de la señal de PC, la entrada de HDTV, el sintonizador, entrada de audio y video, los pulsadores frontales, el receptor infrarrojo y las fuentes reguladas de baja potencia (algunas conmutadas y otras no).

El sintonizador entrega su señal al filtro SAW y este al jungla que se encarga primero del proceso de FI y luego del proceso del audio y video. La señal de audio se procesa en el procesador estereofónico y luego se amplifica en el amplificador de audio. Todas estas etapas son controladas por el microprocesador de la sección analógica ayudado por una memoria no volátil EEPROM. En un TV LCD se requiere el trabajo de una memoria volátil del tipo flash para sincronizar el sonido con el video.

El jungla entrega señales analógicas a la sección digital; ésta, por lo tanto, debe comenzar con dos conversores A/D, uno para las señales de alta definición (HDTV) y otro para las señales estándar (SDTV). Las señales digitalizadas puede tener barrido entrelazado o progresivo. Como la pantalla trabaja solo con señales progresivas se coloca una etapa desentrelazadora que las modifica adecuadamente. Ahora las señales ya son digitales y progresivas pero pueden tener una organización en filas y columnas diferentes a la requerida por la pantalla. Para eso se agrega una etapa escaladora que optimiza los datos antes de ser reproducidos. El escalado y el desentrelazado requieren el uso de memorias volátiles masivas muy rápidas, no indicadas en la figura y todo el procesamiento requiere un microprocesador especifico, que trabaja como esclavo del otro micro. Cuando el usuario envía alguna señal, el primer micro interrumpe la tarea del segundo y acomoda sus características por una comunicación I2CBUS. La interrupción se realiza por la señal TV-IRQ.

Como la pantalla puede ser muy grande es difícil que el escalador se comunique directamente con ella. Por eso se utiliza una etapa intermedia llamada LVDS que se encarga de dicha comunicación. Por ultimo, un panel LCD no posee luz propia. La luz la generan tubos fluorescente de back ligth, alimentados desde un inverter que se controla desde la sección digital.

Abajo a la izquierda se observa la fuente de alimentación. En muchos equipos dicha fuente es externa y el TV se alimenta con 12 o 24V de CC. En otros en cambio es interna y el equipo se alimenta con 110/220V de CA.
Cada capitulo esta organizado en una explicación teórica y otra práctica que analiza como se repara la etapa. Cuando hace falta, se indican los circuitos de sondas o fuentes, que el reparador debe armar para ayudarse en su trabajo. Luego que se explica el funcionamiento de cada bloque, se indica el uso del “modo service” para determinar cual es la etapa fallada y si no funciona la pantalla, se explica el modo de parpadeo del led piloto.

Por último queremos indicarle al alumno que el tema de los TV de LCD y Plasma es uno de los mas complejos de la electrónica; el curso no es para ser leído a la ligera. Es para ser estudiado. Nuestro método de trabajo es uno de los mas eficientes; queremos que Ud. aprenda a reparar por lo menos el modelo de TV mas común de plaza ya que no se puede aprender a reparar todas las marcas y modelos a un mismo tiempo. Pero cuando otros fabricantes utilizan un criterio diferente le explicamos también ese otro modo de resolver el problema.
La idea es que Ud. pueda comenzar a reparar, y que con la ayuda de los manuales técnicos adapte nuestra información al equipo que está reparando.

¿Cuándo un reparador puede decir que sabe reparar TVs a TRC? Cuando en su mente tiene claro el diagrama en bloques de un TV típico; o mas que claro lo tiene incrustado, de modo que la relación efecto causa es casi inmediata. Es un proceso mental que permite ubicarnos en la etapa fallada rápidamente, en forma casi intuitiva, sin realizar un largo proceso de análisis. Esta cualidad del reparador implica un conocimiento profundo de los procesos que sufre la señal desde la antena hasta el TRC de modo que a veces ubica el bloque fallado casi sin pensar.

Antes de eso cada reparación implica repasar el funcionamiento del TV para ubicar la etapa fallada. Por esa misma razón es mucho mas difícil reparar un TV moderno que tiene protecciones de todo tipo. Porque una falla en un bloque puede dejar inoperante a otro muy alejado del mismo. Y por esa misma razón, corrió como reguero de pólvora el método del precaldeado de filamento; que el autor se ufana de haber creado en su laboratorio. Conectamos el filamento a 6,3V y cuando está caliente encendemos el TV. Las protecciones demoran algo de un segundo en actuar y en ese tiempo el TV moderno es como uno antiguo: muestra la falla en la pantalla.

Por supuesto que el TV de LCD es mucho mas complejo que el TV a TRC y además nadie tiene 30 o 40 años de experiencia en el tema como para tener incrustado el diagrama en bloques del mismo.

Pensemos en el tipo de diagrama en bloques que podemos dibujar con lo que conocemos hasta ahora y comencemos a dibujarlo.

Solo sabemos que la pantalla posee una excitación en forma de filas y columnas y que esos electrodos son tantos que se requiere el montaje de varios circuitos integrados alrededor de la misma algunos en uno de los lados verticales y otros en uno de los lados horizontales de la pantalla.

Estos circuitos integrados generan las señales de gate y de fuente, que vimos al final de la entrega 8, cuando reciben los datos adecuados en su/sus entradas digitales.

Estos datos son provistos al TV de diferentes modos y para empezar tenemos que decir que pueden ser datos obtenidos a través de procesadores del tipo de muestreo y retención aplicados a las señales analógicas clásicas o pueden ser datos digitales si se esta recibiendo una señal de TDT. Por el momento todos los reproductores ópticos y todos los receptores de cable o de satélite terminan generando señales analógicas de algún tipo. Con definición de TV (salida de video compuesto) o con definición mejorada (salida de Super VHS) o por componentes Y Cr Cb. En la figura 8.1.1 se puede observar una parte de la especificación de los TVs LCD Sony Bravia de 23” a 40” que son de lo último que apareció por nuestros países de América latina.


Fig.8.1.1 Especificación parcial de un TV LCD Sony Bravía


Observe que todos los modelos tienen tres entradas de video compuesto. Una entrada de video por componentes Y Pb y Pr, tres entradas por S-Video, una entrada para PC (la clásica R G V con el sincronismo V y H por separado o con una entrada de sincronismo compuesto) y por último una entrada por interface HDMI. Todas las entradas son analógicas menos la HDMI que es digital. Es decir que en el momento actual el uso del conversor A/D es imprescindible e inclusive la entrada HDMI tiene una codificación digital que no contempla la cantidad de pixeles que tiene cada pantalla en particular; en una palabra que aun cuando la entrada es digital siempre se debe realizar un procesamiento matemático previo que compatibilice la señal digital de entrada con la señal que requiere la pantalla enviada a los CI de gate y fuente del TFT. Este procesamiento se realiza en una plaqueta llamada “escaler” o escaladora. Como vemos tenemos ya dos plaquetas digitales; una es la digitalizadora y la otra es la escaladora. Y sin pensar mucho ya podemos asegurar que es posible que haya una tercera placa digital que es la desentrelazadora si se pretende que el TV reciba señales entrelazadas y las transforme en progresivas.

Ya que estamos analizando especificaciones detengámonos un poco en la especificación del número de pixeles de estos modernos TVs LCD. Observemos que todos todas las pantallas son de 16/9 (es decir panorámicas) y con la misma resolución de 1366x768 pixeles. Podemos comprobar que multiplicando la definición vertical de 768 pixeles por la relación de aspecto obtenemos un valor de 768 x 16/9 = 1365,333 (es decir 1365 píxeles y un dot aproximadamente 1366 píxeles).

En el rubro señales compatibles se puede observar que esta señal es compatibles con las normas de transmisión de definición normal de 480 líneas entrelazadas (i) o progresivas (p); o con la norma de TV de definición mejorada de 720 líneas progresivas o con uno de los estandares de la TV de alta definición de 1080 líneas entrelazadas que están utilizando prácticamente todas las emisoras de alta definición de la actualidad (solo algunas emisiones esporádicas son en 1080p).

Todos los modelos de la tabla son de 768 líneas de pixeles. ¿Son adecuados para HD? No, los adecuados para HD tienen un precio mayor, por ejemplo el KDL 52W3000 que tiene 1080 líneas de barrido y por lo tanto es apto para reproducir HD con toda la definición transmitida.

Seguramente el lector se preguntará porque estos modernos TVs no son compatibles con la norma 1080p aun si la pantalla tiene la cantidad de líneas de píxeles adecuada que serían 1080. No es un problema de pantalla; es un problema de velocidad de transmisión en el interior del TV, entre las plaquetas digitalizadora, escaladora y desentrelazadora y los CIs de pantalla. Recién los modelos tipo KDL incorporan la velocidad de transmisión de datos que se requiere para poder mostrar las imágenes de HD con barrido progresivo (si no encuentra alguna transmisión de ese tipo el desentralazador la genera). Imagínese que esas plaquetas o la última de la cadena está en el medio del TV y el TV es de 40”; esto implica que la señal debe viajar por lo menos 20” es decir medio metro.

¿Poco? No, parece poco pero es uno de los principales problemas de un TV digital. Que le parece si sacamos una cuenta de cuanto dura la señal de “gate” de un TFT cuando tenemos una imagen que solo tiene un punto rojo en el centro de la pantalla. Si estamos trabajando con señales de monitor que pueden llegar a tener una frecuencia vertical de 120 Hz la señal se repite cada 8,3 mS pero la línea de gate permanece encendida 8,3 mS/768 lineas = 10 uS. En el sentido horizontal tenemos una frecuencia horizontal de 64 KHz es decir 32 uS por línea. ¿cuánto dura el encendido de un dot?: 1366 x 3 = 4098 dots que duran cada uno 32/4098 uS = 7,8 nS. Y si fabricáramos una señal de líneas rojas lo mas cercanas posibles equivaldría a una frecuencia de 1/ (2 x 7,8)nS = 128 MHz.

Y transmitir esa frecuencia no es fácil. Tanto que no se transmite como pulsos de 5V por una pista y masa sino que se usa un modo de comunicación balanceado con dos salidas una que sube y otra que baja. Es decir que el modo de comunicación entre la plaqueta desentrelazadora y los CIs de pantalla no es la clásica 0 - 5V o la mas moderna 0 - 3,3V para representar el cero y el uno.

Con lo que sabemos hasta ahora podemos realizar un diagrama en bloques de un LCD completo (en realidad no importa mucho la pantalla, es decir que este diagrama en bloques puede aplicarse también a un plasma o a cualquier otra pantalla digital). Ver la figura 8.3.1.


Fig.8.3.1 Diagrama en bloques resumido de un TV con pantalla digital

Comencemos analizando las entradas. Las entradas se pueden dividir en entradas de RF y entradas de banda base. Las de RF son las clásicas entradas de antena y de cable analógico. Luego están las entradas de banda base que son la clásica entrada de video compuesto, S-VHS y R G B (+H+V) de PC. Y por último las entradas digitales. Existe una salida del conmutador de entradas al escalador que se utiliza para la recepción de señales digitales de RF no codificadas (TDT) que evidentemente no deben pasar por el conversor A/D.

El bloque sintonizador se encarga de recibir las señales de antena analógicas y digitales libres. Este bloque tiende a desaparecer en los equipos modernos que solo se comportan como visores de señales externas. Esto ocurre por la inminencia del apagón analógico y por la falta de decisión de muchos países de América, África y Asia sobre el sistema de TDT que van a adoptar. Los fabricantes con muy buen tino dividieron el problema y dijeron. Yo fabrico un visor y descuento el costo del sintonizador, el que quiera ver TDT o señales analógicas que compre el sintonizador adecuado a su zona en el momento que la secretaría de comunicaciones local tome la decisión de cual sistema de TDT elegir.

El bloque conmutador de entradas elige las opciones disponible para el usuario desde la mas modesta señal analógica de VHF; un videograbador VHS o S-VHS conectado por video compuesto por la ficha de super video; un DVD conectado por video compuesto o por S-VHS; O simplemente deja las entradas analógicas abiertas para que el usuario ingrese señales de tipo digital directamente por la entrada al bloque escalador que explicaremos oportunamente.

Si la entrada elegida es analógica la señal debe ingresar al primer bloque digital que es el digitalizador. El digitalizador realiza un muestreo de la señal de entrada a una velocidad adecuada para el tipo de señal ingresada y guarda los datos en una memoria adecuada a la cantidad de bits que requiera la digitalización. Es decir hace una transformación de analógico a digital presentando en su puerto de salida un numero binario representativo del valor instantáneo de la señal de entrada. Repite esta acción de acuerdo al tiempo de cuantificación elegido y presenta una nueva muestra en la salida. Por ejemplo si trabajamos a 16 bits, presenta en el puerto de salida de 16 patas, el valor del número binario correspondiente al valor analógico de la entrada en el momento que se captó la muestra.

El escalador es un bloque que realiza todo el cálculo requerido para adecuar las muestras de la señal al tipo de pantalla que posee el TV. Generalmente la pantalla tiene mas píxeles que los necesarios porque en la mayoría de los casos es adecuada para una señal de HD y tal ves la estamos haciendo trabajar con una señal de video compuesto o de video de definición mejorada. El escalador guarda todas las muestras de un cuadro completo en una memoria masiva de entrada y salida paralelo. Luego toma dos o mas datos contiguos y las procesa matemáticamente para generar la cantidad de datos que requiere la pantalla. Y los guarda en otra memoria para que el siguiente bloque pueda realizar su función.

Un ejemplo vale por mas de mil palabras. Imaginemos que tenemos una pantalla de 1600 x 1200 pixeles y una señal de entrada de PC de 800 x 600. Esta señal se digitaliza y se presenta en la salida del bloque digitalizador. Este bloque toma las muestras y las guarda en la memoria masiva. Es evidente que faltan muestras para llenar la pantalla al mismo ritmo que se genera cada cuadro de entrada. El escalador realiza un trabajo de compatibilización consistente en repetir la misma muestra tomada de una posición determinada de memoria dos veces, realizando esto para todas las señales de datos de la primer fila. Luego genera una segunda fila idéntica a la primera y la manda a la pantalla.

De este modo es como si se hubiera generado un píxel del doble de ancho y del doble de altura que el original que ocupa la pantalla completa con la definición requerida.

Pero también se puede presentar el caso inverso por ejemplo en una pantalla de un DVD portátil. Que puede ser de 400 x 300. En este caso el escalador tomará 4 datos de la memoria, correspondiente la los dos primeros de la primer línea y a los dos primero de la segunda y calculará el promedio de los cuatro datos contiguos entregando a la pantalla la cuarta parte de los datos de entrada.

En los TV mas modernos las etapas “escaladora” y “desentrelazadora” pueden estar incluidas en el mismo circuito integrado con el consiguiente ahorro de espacio y además las posiciones pueden estar cambiadas de modo que se “desentrelace” primero y “escale” después.

Por separado existe un microprocesador general que controla el funcionamiento de todo el dispositivo y lo comunica con el usuario a través de los pulsadores del frente o del control remoto. Este microprocesador se encarga además del modo service del dispositivo es decir de la comunicación con el técnico de servicio.

Por ultimo todo el dispositivo se debe alimentar desde la red de energía eléctrica y para esa función existe una fuente de energía de baja tensión de salida que siempre opera en el modo pulsado.

Como ya sabemos la pantalla LCD no tiene luz propia por esa razón existe un conjunto de tubos fluorescentes CCFL que ilumina la pantalla desde atrás. Estos tubos están alimentados por un bloque inverter que genera la media tensión que ellos necesitan para encender.

En el diagrama en bloques de la figura 8.3.1 se observan tres bloques digitales “digitalizador, escalador y desentrelazador” estos tres bloques se encuentran alojados en una misma plaqueta llamada “Scaler”. Esta plaqueta tiene una entrada de señal y una salida de señal. La señal de entrada, es la señal de banda base de color de mayor ancho de banda y con mayor cantidad de componentes a saber R, V, A, SH y SV que se utiliza en la entrada de los monitores de PC (aunque algunos monitores solo transmite una señal de sincronismo compuesto). Estas señales pueden ser creadas siempre partiendo de cualquier otra señal de color, como por ejemplo una señal de video compuesto o una señal de S-VHS, o una señal por componentes Y, Pb, Pr.

Las señales de entrada son por lo tanto analógicas, con una amplitud de 0,7V para los tres colores primarios y de 5V para las dos señales de sincronismo que puede llegar a ser solo una, si se utiliza sincronismo compuesto H+V. Por lo general los monitores están preparados para los dos tipos de señales de sincronismo y el LC03 también.

La señal de salida de la plaqueta es un juego de 5 señales LVDS cada una compuesta por dos salidas balanceadas y una masa. En el siguiente capitulo explicaremos que es un loop o conexión LVDS pero por ahora basta con que Ud. Sepa que es una conexión de muy alta velocidad que requiere dos cables por vía de comunicación.
En la figura 8.4.1 se puede observar una infografía de la plaqueta con una indicación de los CIs mas importantes.



Fig.8.4.1 Infografía de la placa scaler


Para completar la información en la figura 8.4.2 se puede observar el layout completo de la placa.


Fig.8.4.2 Layout de armado de la placa Scaler

En la figura 8.4.3 se puede observar el circuito completo resumido de todo la placa Scaler. No pretenda que se puedan observar detalles en nuestra copia porque este circuito fue diseñado para su análisis por PC ubicando la sección a comprobar y ampliándola al tamaño mas conveniente.


Fig.8.4.3 Circuito resumido de la placa Scaler



LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN DEL SCALER

A continuación vamos a analizar la plaqueta Scaler bloque por bloque comenzando por la sección de fuente. El circuito resumido de fuente se puede observar en la figura 8.5.1.


Fig.8.5.1 Circuito resumido de fuente del Scaler

Comenzamos diciendo que es muy común que los LCD se diseñen pensando en su alimentación con baja tensión para su uso en lugares donde existe alimentación de 12 o de 24V. El modelo que estamos analizando puede funcionar con 12V en sus versiones de 15 y 20” y con 24 V en sus versión de 23”.

Por eso todo el Scaler se puede alimentar desde el conector 1003 o el 1001 y los diferentes reguladores están alimentados con una tensión de entrada llamada 12-24DCSUP. El MOSFET 7005 opera como llave de conmutación de la fuente de la pantalla LCD. Debe observarse que hay varias versiones de circuito de acuerdo a que puedan alimentarse con baja tensión o solo con CA de red. En la versión con alimentación de baja se colocan los choques de filtro 5010 y 5013 y en la versión de 110 a 220V el 5011 y el 5014 (en la versión de 23” se agrega el 5015. Es decir que en la versión de CA la pantalla LCD se alimenta con 12V y en la versión 23” se agrega además un regulador tipo Buck Converter construido con el circuito integrado 7010.

El método de prueba de esta sección consiste en separar el problema como carga o generación. Primero reemplace las cargas por cargas resistivas equivalentes y luego provea la tensión de entrada con una fuente propia de 12 o 24V de acuerdo al tamaño del equipo y a la predisposición de los choques.

Luego reemplace las señales PANEL-PWR-ON o por una tensión de 5V con un resistor en serie de 1K y la tensión POW-CON-SCALER con un resistor a masa de 100 Ohms. Luego verifique las tensiones de salida y actúe en consecuencia.

CONCLUSIONES

Ahora si podemos decir que entramos realmente en tema. Estamos justamente en la etapa mas conflictiva de un LCD (luego veremos que es una etapa común a un plasma). Explicamos toda la plaqueta Scaler en forma esquemática y comenzamos a analizarla a nivel de bloques. Y el primero el bloque de fuente ya nos muestra la complejidad del tema. Muchos TVs LCD actuales están divididos en cuatro secciones bien definidas. La sección de analógica, en donde se concentran los circuitos que convierten las diferentes señales de entrada en señales R V A y lo que llaman sintonizador que en realidad es un bloque con el sintonizador por síntesis de frecuencia, la FI, el decodificador de TDT y el detector de audio estereo. La sección digital, donde se encuentran el conversor A/D el escalador y el desentrelazador y por último la sección de pantalla. Y los tres bloques digitales pueden llegar a formar parte de un solo integrado colocado sobre una plaqueta de pequeño tamaño.




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