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模拟视频技术和应用(五)

上网日期: 2007年10月24日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:模拟视频? THS73x3? NTSC? PAL?

输出能力

模拟视频信号已经应用了几十年,至今仍在使用。最原始且最常见的通用视频标准包括了NTSC(美国国家电视系统委员会)以及PAL(逐行倒相制式)。其它的现代消费模拟视频传输系统包括了S-Video、分量视频(Component Video)、专业G'B'R'视频以及计算机R'G'B'系统。本文将探讨部分模拟视频信号的需求,并讨论它们之间有何相似点和差别以及如何简化此类视频系统的模拟输入/输出设计。

线路驱动放大器最通常采用的输出配置是交流耦合。交流耦合通过消除所有可能的直流偏置电流实现,并使得系统更为通用。在放大器的输出端,通常可采用220uF ~1000uF的电容来降低线路的倾斜(tilt)。

在某些系统中,直流偏置电流并不被看重,相比较之下,成本及PCB尺寸更有可能被看重的。THS73x3具有轨至轨输出放大器级,因而可允许顺畅的直流耦合,其输出摆幅范围为低于电源电压100mV至地电平之间,可驱动高达80mA的电流。

另一些系统或许需求交流耦合,但PCB尺寸仍然重要。THS7303及THS7313具有足够的灵活性,可通过SAG(中沉校准)的方式实现上述目标。SAG校准需要两个电容,但电容更小——通常情况下,47uF及33uF的电容可实现与330uF电容等同的抗倾斜性能。电容值分别增加至68uF及47uF可使得其性能与470uF电容相当。

SAG功能通过某频段上的增益随频率增加而减少实现上述等效效果。放大器的增益抵消了47uF的电容降低,使得可实现的通带得以扩展。33uF电容的选取旨在获取低峰值,或称品质因数(Q-enhancement)。此类“等效”使得视频系统实现了更低的线路倾斜或下降特性,特别是对于场方波信号。

图10采用THS7303及THS7313展示了实现SAG(中沉校准)的基本配置。尽管其它厂商也可采用SAG,但其系统通常需要更大的电容或更大功率的电源以解决系统中存在的大直流增益问题。

要了解SAG功能的原理并不困难。在直流情况下,放大器增益因内部的675Ω电阻与878Ω反馈电阻的串联而有所增加。在高频情况下,输出电容与SAG反馈电容被短路,675Ω电阻与150Ω电阻相当于并联,并定位于6dB的系统增益。直流增益的增加与适当的电容比使得SAG所实现的功能更为近似于使用更大电容。

图10:THS7303系统级框图,展示了SAG特性

图11展示了在图10中的Video Out点上47uF + 33uF SAG校准输出的结果,并结合了47uF、100uF以及 330uF的传统输出配置做对比。下图还指明了一个微小的峰值,较之无峰值的配置更大的增强了性能。图12展示了放大器的输出电压以及SAG反馈电压。

图11:接收机所响应的视频输出

图12:SAG电压响应与传统放大器的响应对比

THS7353输出端的配置与THS7303及THS7313有所不同。THS7353标称的增益为0dB,或称单位增益。这是由于THS7353的旨在设计用于输入系统,例如显示器或DVD录像机,其输入前端为典型的视频解码器或视频ADC/缩放器(scaler)。该情况下,此类转换器所容许的输入范围典型的低于1.3Vpp。合乎单位增益的需求。此外,ADC的负载也与150Ω线路有很大的不同。ADC的前端典型的具有很高的阻抗,大于10kΩ,典型电容值为5~10pF。因此,与驱动视频线路所需的补偿相比,上述转换器负载所需的补偿截然不同,THS7353正式针对此类负载做了优化。

同时,THS7353还能通过外部的配置调节增益。从而使得用户可自定义所需的增益。有时增益仅是简单的需要0.5dB至1dB的平坦带,其它时候则需要抵消DAC所存在的SinX/X衰减特性。在其它系统中所连接的长缆线还具有趋肤效应(skin-effect)损失,需要进行如图13所示的补偿。

图13:THS7353驱动单个ADC,带缆线等效电路

某些系统中,DAC输出电压能力需求比THS7303或THS7313所能提供的6dB更高的增益。有两个简单的途径可解决上述问题——使用THS7353及外部的增益电阻,或使用THS7303/THS7313的中沉反馈(SAG feedback)端。如果外部电阻被置于SAG反馈端及接地端之间,放大器的增益可如下计算:

图14展示了上述反馈配置。

图14:THS7303/THS7313,带高增益配置

例如,在SAG及接地端之间添加外部的726Ω电阻,可为系统产生4V/V的增益。此特性的缺点在于其直流输出电平也同时增加,必须更小心的进行设计以避免削波失真。此外,该输出放大器还是电压反馈放大器,具有增益带宽(GBW)积的限制。尽管此时不会严重的影响滤波器的特性,但将会影响THS7303滤波器的旁路带宽(bypass bandwith,与增益成反比)。在增益为4V/V时,THS7303在旁通模式下的带宽近似为90MHz。THS7353同样具有增益带宽的限制,具有默认的单位增益。如将增益提升至超过2V/V或3V/V,将会严重的降低带宽。此外,对THS7303的补偿旨在设计用于驱动视频线路,因此,极为适用于DAC缓冲。

控制及接口

为了支持此类存在于THS73x3之中的特性及灵活性,可采用I2C进行控制。尽管GPIO也可考虑用于控制,但此时将需要至少8~10个引脚以采用合理的方式控制所有的选项。SPI接口也纳入了考虑,因为SPI接口具有比I2C更强的噪声免疫能力及定时特性。但是,由于绝大多数的编码器、解码器、视频处理器等等,均采用了I2C总线,因此采用既有系统就显得更有意义。为了确保无I2C寻址冲突,可通过两个引脚支持多达4个地址以设定THS73x3。

结论

滤波器的灵活性、输入偏置、输入多路复用、输出配置、I2C控制、信号电源(工作于2.7V至5V)、以及超低功耗的特性在业界内不一定相匹配。但THS73x3以非常合理的价格整合了这一切,并在视频滤波放大器方面具有巨大的突破,可工作于几乎所有的视频系统。






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