2.3關(guān)于電視設(shè)計(jì)中的輸入級(jí)設(shè)計(jì)
圖3(b)給出了現(xiàn)代電視的一種輸入級(jí)電路. 視頻信號(hào)被交流耦合至直流恢復(fù)電路,，因此，輸入視頻信號(hào)可以具有任意直流偏置,。該輸人電路兼容交流耦合和直流耦合視頻信號(hào)源,。
然而需要指出的是，在電視設(shè)計(jì)中的輸入級(jí)設(shè)計(jì)上從來沒有一個(gè)被普遍采納的解決方案,。以往大量電視機(jī)都采用不同的輸入級(jí),，無論信號(hào)來自交流或直流耦合信號(hào)源，都可能使某些電視機(jī)出現(xiàn)問題．對(duì)于有這么多種不同類型的接收設(shè)備來說，要實(shí)現(xiàn)普遍兼容性是不可能的.基于成本考慮,，占信號(hào)發(fā)送設(shè)備絕大多數(shù)的低端視頻信號(hào)源都采用直流耦合輸出,。
3、視頻傳輸技術(shù)中接口的輸出技術(shù)
3.1交流耦合輸出與直流耦合輸出
是否對(duì)輸出進(jìn)行交流耦合主要取決于技術(shù)和成本因素,，交流耦合輸出電路包括一個(gè)串聯(lián)電容(圖4a),，而直流耦合輸出電路沒有這個(gè)電容(圖4b).由于在輸出通道增加一個(gè)電容將導(dǎo)致成本提高，空間增大以及視頻信號(hào)失真等問題,，即會(huì)引起輸出波形相對(duì)于輸入波形會(huì)向上或向下“傾斜”,。因此，這種場(chǎng)失真稱為“場(chǎng)傾斜”,。而直流耦合輸出沒有場(chǎng)傾斜,，因此視頻輸出電路的設(shè)計(jì)人員必須認(rèn)真對(duì)待。
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既然交流耦合存在缺點(diǎn),，為什么還一直在使用呢,？原因有二。.其一,、就是為了起到保護(hù)作用,，集成電路還沒有廣泛使用前所采用的一種簡(jiǎn)單的NPN射極跟隨器驅(qū)動(dòng)視頻輸出電路。萬一輸出連接器短路至地或電源電壓,，電容器可防止NPN晶體管損壞,。而當(dāng)前的集成視頻放大器具有堅(jiān)固的短路保護(hù)電路，因此發(fā)生短路時(shí)也不會(huì)損壞,。其二,、從技術(shù)特征出發(fā)，將視頻信號(hào)輸出到媒體顯示設(shè)備的最普遍方法是交流耦合(如圖4(c)所示),，這使得接收電路可以在自己的輸入端建立共模電平,，該電平獨(dú)立于輸入視頻信號(hào)的直流電平。一個(gè)75Ω的串聯(lián)電阻應(yīng)該盡可能近地放在靠近輸出端的位置,，這有助于隔離從輸出端產(chǎn)生的下行寄生干擾,，并提供最佳的信號(hào)條件，圖4(c)中MAX4090為濾波驅(qū)動(dòng)器,。
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對(duì)于交流耦合,，應(yīng)關(guān)注的問題之一是耦合電容通常比較大，即220μF或者更大,。這是因?yàn)殡娙莺?50Ω負(fù)載(反向端接電阻和輸入端接電阻之和)形成的極點(diǎn)頻率應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于幀頻(25Hz或30Hz),。一只220μF的電容器形成5Hz的極點(diǎn)頻率，這很難滿足性能要求,。廣播設(shè)備通常都使用470μF或1000μF的耦合電容,。圖4(d)給出了采用220μF與22μF電容時(shí)交流耦合輸出的高通響應(yīng)特性,。交流耦合電容的最小容量應(yīng)該是200μF，這是能夠用來取得可接受信號(hào)畸變的最小耦合電容,。
3.2反饋補(bǔ)償(SAG" title="SAG">SAG)視頻輸出方式的應(yīng)用
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隨著具有視頻輸出功能的小型便攜式設(shè)備的出現(xiàn),，基于空間和成本等因素的考慮，不允許使用大容量的交流耦合電容,。SAG補(bǔ)償(圖5)在保持交流耦合的同時(shí),，減小了電路板空間并降低了成本。標(biāo)準(zhǔn)連接方式下的單個(gè)大電容用兩個(gè)較小的電容替代,，圖5為反饋補(bǔ)償(SAG)視頻輸出方式示意圖.使用單個(gè)交流耦合電容的問題在于：頻率低于極點(diǎn)頻率時(shí)信號(hào)會(huì)被衰減,，電容越小，極點(diǎn)頻率越高,。反饋補(bǔ)償(SAG)可以降低交流耦合并提升了低頻響應(yīng),，從而可補(bǔ)償?shù)皖l衰減。低頻時(shí),，電容器視為開路,，輸出Vout為0。高頻時(shí),，電容器近似短路，輸出Vout為2Vin,。
3.3直流耦合的視頻信號(hào)輸出方式
在消費(fèi)類電子行業(yè)中,，降低成本的需求非常強(qiáng)烈，目前對(duì)于小型設(shè)備而言,，將視頻信號(hào)輸出到媒體顯示設(shè)備的最直接方法是選用是直流耦合視頻連接方式(見圖4b),。這免去了耦合電容使得信號(hào)，可以不被畸變地輸送到媒體顯示設(shè)備,。
值得注意的是,，采用直流耦合輸出的主要區(qū)別是輸出信號(hào)具有一個(gè)正的直流偏置，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)系統(tǒng)都省去了負(fù)電源.放大器要保持在線性模式下,，輸出信號(hào)必須偏置在地和正電源之間.試圖將交流耦合輸出變?yōu)橹绷黢詈陷敵鰰r(shí),，設(shè)計(jì)工程師應(yīng)考慮其兼容性。大多數(shù)設(shè)備與兩種輸出方式都兼容,，但是仍有少數(shù)設(shè)備不兼容交流耦合輸出,，另有少數(shù)設(shè)備不兼容直流耦合輸出。
這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)就是接收電路必須預(yù)先知道輸入直流電平的范圍,，以便它能夠正確處理視頻信號(hào),。直流耦合對(duì)于那些被設(shè)計(jì)成處理已知直流電平的設(shè)備而言，是能夠很好工作的,，但對(duì)于在差分參考點(diǎn)輸入共模電平的設(shè)備連接時(shí)就會(huì)出現(xiàn)問題,。
3.4 DiretDrive解決方案是交流耦合視頻輸出的創(chuàng)新技術(shù)
交流耦合視頻輸出采用DirectDrive技術(shù)省去了大尺寸隔直流輸出耦合電容,，節(jié)省空間，降低功,。增益為6dB,。而MAX9530是第一款整合DirectDrive技術(shù)的視頻器件，圖6為具有DirectDrive技術(shù)的MAX9530芯片用于視視頻傳輸中輸入與輸出應(yīng)用與波形圖,。從圖6看出,，其DirectDrive技術(shù)可將視頻輸出的黑電平置于地電位，而可將(DAC輸出(視頻輸入)的同步頭在地以上,。MAX9530負(fù)電源在內(nèi)部產(chǎn)生,。該DirectDrive技術(shù)可廣泛用于視頻手機(jī)、數(shù)碼相機(jī),、數(shù)碼攝像機(jī),、便攜式視頻媒體播放器及便攜式DVD播放器之中。
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MAX9503對(duì)標(biāo)清視頻信號(hào)進(jìn)行濾波和放大,，增益為6dB,。MAX9503的輸入可直接與視頻數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換器(DAC)的輸出相連。內(nèi)部重建濾波器可平滑階躍和減小DAC視頻信號(hào)上的毛刺,。MAX9503可將視頻信號(hào)平移至較低電壓,，從而使輸出端的消隱電平逼近地電平。DirectDrive需要一個(gè)集成的電荷泵和線性穩(wěn)壓器產(chǎn)生一個(gè)干凈的負(fù)電源電壓,，從而將同步脈沖驅(qū)動(dòng)至地電平以下,。電荷泵在視頻輸出端注人的噪聲極小，畫面看起來毫無瑕疵,。電荷泵又可以減小交流耦合電容,，即在此可實(shí)現(xiàn)無輸出電容。
由于采用交流耦合輸出的原因之一就是當(dāng)輸出短路至地或電源電壓時(shí)起到保護(hù)作用,。而MAX9503的典型工作電壓為3.3V,。MAX9503應(yīng)用電路中包括一個(gè)75Ω反向端接電阻，可在視頻輸出外部短路時(shí)限制短路電流,。此外,，MAX9503內(nèi)部具有輸出短路保護(hù)功能，可在放大器輸出可能被短路的原型設(shè)計(jì)或系統(tǒng)中保護(hù)器件免受損害,。因此,，MAX9503在大多數(shù)常見的故障情況下非常堅(jiān)固可靠。
DirectDrive技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)就是只需為電荷泵電路增加兩個(gè)lμF的小電容,，設(shè)計(jì)工程師省去了標(biāo)準(zhǔn)交流耦合視頻輸出的一個(gè)大尺寸輸出耦合電容器,，或省去了SAG網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)中等尺寸輸出耦合電容。由于消除了場(chǎng)失真,，輸出視頻質(zhì)量大大改善,。
4,、視頻傳輸技術(shù)中的連接芯片與傳輸電纜
4.1單端至差分視頻驅(qū)動(dòng)器/接收器
視頻傳輸要差分形式，值此看一下基本的差分線路驅(qū)動(dòng)器-單端到差分轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu),，見圖7(a)所示,。
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而實(shí)際新型的差分線路驅(qū)動(dòng)器己逐步問世，本文僅舉一例,。
MAX9546/MAX9547差分接口芯片組,，可將單端(S/E)輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分電壓進(jìn)行傳輸，反過來將差分電壓轉(zhuǎn)換成S/E電壓信號(hào)見圖7(b)所示,。該芯片組專為汽車應(yīng)用中的復(fù)合模擬視頻信號(hào)(PAL或者NTSC)傳輸進(jìn)行了優(yōu)化,，這類應(yīng)用需要具備診斷功能來指示故障情況。MAX9546視頻驅(qū)動(dòng)器的FAULT輸出用于指示任何短路情況,，包括與電池(VBAT=+16V)或地短路,。MAX9547視頻接收器具有信號(hào)丟失LOS引腳，用于指示輸入開路或存在輸入信號(hào),，從而完成自動(dòng)選擇功能,。為差分輸入和輸出提供經(jīng)過驗(yàn)證的、堅(jiān)固的ESD" title="ESD">ESD保護(hù),，并可確保在嚴(yán)酷的環(huán)境下連續(xù)工作,。MAX9546/MAX9547差分接口芯片特征如下。
- 診斷功能：故障和短路檢測(cè)(MAX9546),；輸入信號(hào)丟失檢測(cè)(MAX9547),；
- 便捷的低成本方案：采用已有的低成本雙絞線電纜發(fā)送信，替代同軸電纜傳輸信號(hào),；與單端方案相比,，差分接口可降低EMI,；
- 堅(jiān)固性：提供±15kV ESD人體模型保護(hù),；可耐受信號(hào)源和負(fù)載之間±2V的地電平偏移；可承受對(duì)地,、電源或電池(VBAT>VCC)的短路故障(16V),。
4.2可與DAC直接連接纖巧低功耗的視頻緩沖器。
2mmx 2mm μDFN封裝和10nA關(guān)斷電流,，使MAX9504成為驅(qū)動(dòng)復(fù)合視頻和S視頻信號(hào)的理想選擇,。具有以下特征：
節(jié)省空間：直接與視頻DAC輸出直流耦合，無需輸入電容,；驅(qū)動(dòng)多達(dá)三路負(fù)載(5V電源),；用于復(fù)合視頻和亮度信號(hào)的輸入偏移版本(320mA偏移輸出的MAX9504B)；為DirectVriver輸出,。
省電：10nA關(guān)斷電流,；2.7V至5.5V低工作電壓,；6mA靜態(tài)電源電流；
非常適合汽車應(yīng)用,、便攜式媒體/DVD播放器及CCTV/安全照相機(jī),。
4.3具有直流恢復(fù)、濾波器和線路驅(qū)動(dòng)器的視頻驅(qū)動(dòng)器ISL59110 (圖8為應(yīng)用連接示意圖)
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具有3階8MHz重建濾波器,，低靜態(tài)電流歲2mA,，掉電電流小于1uA，工作電壓范圍為2.5V-3.6V,；為軌到軌輸出輸入電壓可低于VS-負(fù)0.15V,，SAG可以減小耦合電容尺寸，直流恢復(fù),。
4.4單芯片標(biāo)清音頻/視頻輸出驅(qū)動(dòng)器
MAX4079芯片在節(jié)省空間的24引腳下SSOP" title="SSOP">SSOP封裝內(nèi)整合了標(biāo)清視頻濾波器,、視頻線路驅(qū)動(dòng)器和音頻輸出驅(qū)動(dòng)器。其芯片特點(diǎn)為：內(nèi)置標(biāo)清電視視頻重建濾波器,，在13.5MHz頻點(diǎn)具有20dB衰減,，在27MHz頻點(diǎn)具有40dB衰減；內(nèi)置視頻放大器,，6dB固定增益,，能驅(qū)動(dòng)150Ω線路輸出負(fù)載，雙路CVBS輸出,；左/右聲道立體聲輸出,，內(nèi)置混合器提供單聲道輸出；輸入信號(hào)調(diào)理,，色度信號(hào)(C)直流偏置,，亮度信號(hào)(Y)和復(fù)合視頻內(nèi)部箝位(CVBS)；差分或單端音頻輸入,。
MAX4079芯片是理想的機(jī)頂盒后端方案,，提供一路S視頻和兩路復(fù)合視頻輸出，均為CVBS和音頻左右聲道,，見圖9所示,。
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4.5 差分視頻傳輸-通過CAT-5電纜傳輸?shù)?a class="cblue" href="http://wldgj.com/search/?q=RGB" title="RGB">RGB VGA" title="VGA">VGA視頻。
從CAT-5電纜與同軸電纜的優(yōu)缺點(diǎn)比較就可以看出為何要用CAT-5電纜了,。
CAT-5電纜其優(yōu)點(diǎn)為：平衡同步可以降低EMI(電磁干擾),，可用同一電纜控制，經(jīng)濟(jì),、靈活的單芯電纜,；其缺點(diǎn)是高衰減(短距離)，帶寬受限制,。
同軸電纜的優(yōu)缺點(diǎn)：低衰減(長(zhǎng)距離),，低串?dāng)_,，可達(dá)1GHz帶寬，,；缺點(diǎn)需要4根昂貴同軸電纜,，發(fā)送困難。
4.6用均衡器MAX3815擴(kuò)展DVI" title="DVI">DVI(數(shù)字視頻接口)/HDMI" title="HDMI">HDMI(高清晰多媒體接口)電纜的距離至36米,。
現(xiàn)代的顯示器(LCD" title="LCD">LCD,、DLP" title="DLP">DLP)和信號(hào)源(DVD播放器、PC)能夠以原始的數(shù)字模式發(fā)送和接收視頻信號(hào),，這是保持圖像完整性的最佳方式,。DVI/HDMI接口取代了模擬分量視頻和VGA互連，但最長(zhǎng)只能達(dá)到5米,。MAX3815.DVI/HDMI數(shù)字視頻電纜均衡器突破了3米至5米的電纜長(zhǎng)度限制,，將電纜距離延長(zhǎng)至36米。MAX3815特別適合于那些遠(yuǎn)離信號(hào)源的數(shù)字顯示器,，例如LCD/DLP投影儀和LCD/等離子顯示屏等,。
MAX3815可以為三個(gè)TMDS" title="TMDS">TMDS(最少轉(zhuǎn)換差分信號(hào))通道上、高達(dá)1.65Gbps每通道的信號(hào)加一路十分之一(0.1×)速率的時(shí)鐘提供最多40dB的損耗補(bǔ)償,。MAX3815支持大多數(shù)視頻分辨率,，即PC：VGA、SVGA,、XGA和UXGA,，以及HDTV" title="HDTV">HDTV：480p、720p和1080i,。
特征：
- 可擴(kuò)展TMDS接口長(zhǎng)度為0至36米的DVI電纜,，28AWG STP，0至30米的DVI電纜,，30AWG STP,，0至20米的CAT-5電纜，24 AWG GUTP,。
- 高達(dá)40dB的全自動(dòng)均衡,，無需系統(tǒng)控制,。
- 3.3V電源時(shí)0.6W功耗,。
5、結(jié)束語
通過上述視頻傳輸技術(shù)中的連接芯片與技術(shù),，對(duì)設(shè)計(jì)人員而言,，在今后的項(xiàng)目應(yīng)用中采用何種視頻傳輸中的連接芯片及輸入/輸出類型或許可提供一個(gè)思路。