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(lái)沒(méi)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(wú)論信號(hào)來(lái)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(wèn)題．對(duì)于有這么多種不同類型的接收設(shè)備來(lái)說(shuō)，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(méi)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(wèn)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(méi)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(méi)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(wàn)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(wèn)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(lái)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(wèn)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(kāi)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(jiàn)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(wèn)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(huà)面看起來(lái)毫無(wú)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(wú)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(jiàn)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(jiàn)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(wèn)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(guò)來(lái)將差分電壓轉(zhuǎn)換成S/E電壓信號(hào)見(jiàn)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(lái)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(kāi)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(guò)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(wú)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(jiàn)圖9所示。
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4.5 差分視頻傳輸-通過(guò)CAT-5電纜傳輸?shù)?a class="cblue" href="http://theprogrammingfactory.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(wú)需系統(tǒng)控制。
- 3.3V電源時(shí)0.6W功耗。
5、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)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。