均衡和预加重允许使用30米Cat-5 UTP电缆

描述

在过去几年中,由于其可观的性能和低成本,5 类 (Cat-5) 非屏蔽双绞线 (UTP) 电缆的使用有所增加。这种类型的电缆目前用于键盘-视频-鼠标 (KVM) 网络,四根双绞线中有三根传输红色、绿色和蓝色 (RGB) 视频信号。随着高清电视 (HDTV) 越来越受欢迎,当需要长达 30 米的长距离连接时,这种类型的电缆可以提供一种廉价的解决方案。

由于 Cat-5 UTP 电缆是为经济用途而设计的,因此其性能会随着距离的延长而迅速下降。本文介绍了两种解决方案,当使用长达 30 m 的电缆和 HDTV 1080p 信号时,可以减少传输损耗,这需要大约 75 MHz 的视频带宽。

图1显示了30米电缆的幅度响应与频率的关系。75 MHz时的损耗约为6 dB,因此必须在发射前或接收后施加6 dB的高频增益。

播放器

图 1:电缆衰减与频率的关系(30 米)

表 1 列出了最新的 HDTV 标准和要求。高清蓝光播放器使用 1080p 16:9 高清电视。所需的确切视频带宽尚未定义,但 75 MHz 应该足以捕获体验。

表 1:常见视频分辨率和带宽

 

视频标准 水平分辨率 垂直分辨率 帧速率 像素率 估计视频带宽
  像素/行 线条/框架 赫兹 兆/秒 兆赫
720p,16:9 高清电视 1280 720 60 57.6 30
1080i,16:9 高清电视 1920 1080 30 64.8 32
1080p,16:9 高清电视 1920 1080 24/30 51.8/64.8 32
1080p,16:9 高清电视 1920 1080 60 130 75

 

预加重

图2所示电路使用带预加重功能的AD8148驱动板,通过30 m Cat-5 UTP电缆补偿高频衰减。在接收器端,AD8145板(设置为增益为2)在没有均衡的情况下使用。

播放器

图2:带预加重功能的AD8148

图3所示为预加重电路。AD8148差分放大器在内部设置为增益4 (12 dB);RC网络控制总增益,从低频增益2开始,在较高频率下缓慢增加到增益4,如图4所示。

播放器

图3:预加重电路

播放器

图4:预加重增益与频率的关系

一般的想法是使用驱动器的预加重来抵消电缆在高频下的衰减。将接收器添加到电缆输出不会影响带宽,前提是接收器的平坦带宽超过100 MHz,AD8145设置为增益为2时也是如此。图5显示,在6 MHz时,1 dB时的增益平坦到100 dB以内,证明Cat-5电缆可以传输1080p HDTV。

播放器

图 5:预加重网络和电缆增益与频率的关系

该电路的性能针对 10 m、20 m 和 30 m 电缆长度进行了测试。但是,如果需要较短(< 5 m)的电缆,则可以在没有预加重的情况下使用驱动器,因为它将能够处理较短的距离。

均衡器

图6所示电路使用不带预加重的AD8148板和带均衡功能的AD8143接收器板。想法是一样的;长电缆的高频衰减必须通过提高更高频率的信号增益来抵消。AD8148驱动器的增益设置为4,AD8143接收器的增益设置为低频时为1,高频时的增益设置为2。

播放器

图6:具有均衡功能的AD8143

图7所示为均衡器电路,该电路将低频增益设置为1,将高频增益设置为2,如图8所示。小于2 MHz时,增益为0.5 dB,在6 MHz时达到约50 dB。

播放器

图7:均衡电路

添加 30 m 电缆后,幅度保持在 1 dB 以内,最高可达 80 MHz,远远超出 1080p 高清电视所需的幅度。图9显示了2 MHz时的峰值约为40 dB。这将使高频信号稍微变亮,但其效果在屏幕上并不明显。

为了考虑输入和输出端接,需要增益4。AD8143的增益设置为1,因此驱动器必须处理4的增益,并且仍然具有超过100 MHz的平坦频带。增益为4时,AD8148驱动器可提供约500 MHz的平坦响应,从而支持1080p HDTV应用中的接收器。

播放器

图 8:不带电缆的均衡器幅度响应

播放器

图 9:使用 30 m 电缆的均衡器幅度响应

结论

随着对更好图像的需求,对可以支持高清的廉价电缆的需求正在上升。Cat-5 UTP 电缆正在成为最佳的替代解决方案。针对长距离需求提出的两种解决方案,只需使用AD8148驱动器以及AD8145或AD8143接收器,即可轻松转换为更短的电缆。在所有情况下,所提出的解决方案始终保持从驱动器输入到接收器输出的单位增益,所有内部增益补偿输入和输出端接损耗。这些独立的解决方案允许使用廉价的Cat-5电缆进行高清传输,取代当今市场上更昂贵的电缆。

审核编辑:郭婷

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