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

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 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 1 Ramka 2 Ramka 3 Linia 1 Linia 3 Linia 2 Synchronizacja ramki (pionowa) Linia ostatnia Linia przedostatnia Synchronizacja linii (pozioma) Rys. 1.2. Impulsy synchronizacji linii i ramki

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. 2.1. Kompresja danych 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. 2.2. Pakiety audio i wideo 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. 3.1. Główne elementy płyty głównej (płyty A/V) 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 1 audio 1 audio 3 wideo 2 wideo 3 serwis 2 Nag³ówek Rys. 2.1. Multipleksowanie pakietów dla różnych pakietów

Gniazdo antenowe Sygna³y zewnêtrzne wizji i fonii (A/V) wejœcia / wyjscia Tuner i demultiplekser Strumieñ transportowy Jednouk³adowy procesor obróbki sygna³ow i danych Wideo HDMI Mikrokontroler Kabel sieciowy 5V 12V STB PS_ON P³yta g³ówna (Main PCB) Reg. Odbiornik podczerwieni Wzmacniacz fonii 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. 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 Rys. 3.1. Główne elementy płyty głównej (Main Board) 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 UV - + - + - + Œwiat³o widzialne Wy³adowanie plazmy Rys. 4.1. Wyładowanie w komórce wyświetlacza PDP ~

UV UV 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. 4.1. Sterowanie pracą komórki plazmowej Set Address Sustain Rys. 4.2. Emisja światła przez komórkę wyświetlacza plazmowego Szk³o tylne Fosfor kolorowy Elektroda danych A (Data A) Dielektryk ebro Ksenon i neon ebro Szk³o przednie Elektroda skanowania Y (Scan Y) Elektroda podtrzymania X (Sustain X) Rys. 4.3. Struktura komórki piksela wyświetlacza PDP 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 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 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

8 podpól Wybrane są wszystkie podpola (wszystkie 8 podpól) Maksymalna jasność Wybrano kilka podpól Średnia jasność Wybrano niewiele podpól Ciemno 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 Vs Wybrano tylko jedo podpole Bardzo ciemno Rys. 4.6. Sterowanie jasnością pikseli poprzez kodowanie (wybieranie) podpól 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 Impulsy podtrzymania 0V Set Okres adresowania Okres podtrzymania Przebieg steruj¹cy skanowaniem Rys. 4.7. Przebieg sterujący skanowaniem

pracą komórki plazmowej pokazano na rysunku 4.8. Impuls Set Vs Impulsy podtrzymania Sustain pulse Rys. 4.8 Impuls adresowy lub danych 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. V 40.000 35.000 30.000 25.000 20.000 15.000 10.000 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 Rys. 4.9. Typowy rzeczywisty przebieg sterujący skanowaniem 4.5. Przebieg sterujący podtrzymaniem ms 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. V 30.000 27.500 Zbocze 25.000 22.500 20.000 Schodek 17.500 15.000 12.500 Podtrzymanie 10.000 7.500 5.000 2.500 0-2.500-5.000-7.500-10.000 ms -0.998-0.802-0.606-0.410-0.216-2.0E-2 0.176 0.372 0.566 0.762 0.968 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. Impuls ustawiania V S Impulsy podtrzymania Przebieg skanowania 0V Przebieg podtrzymania Set Okres adresowania Okres podtrzymania 0V Rys. 4.10. Przebieg sterujący podtrzymaniem Ciąg dalszy w następnym numerze }