均衡和预加重允许使用30米Cat-5 UTP电缆

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。

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。

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。

图3：预加重电路

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。

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。

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。

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。

图 8：不带电缆的均衡器幅度响应

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