高速电流反馈放大器驱动和均衡长达100m的VGA电缆

在教室、演讲厅和会议室中，PC 通过 VGA 电缆连接到投影仪，以传输红-绿-蓝 （RGB） 视频信号。平均电缆长度取决于房间大小和天花板高度，但大多数电缆都短于 100 m。本文介绍集成电荷泵的三通道高速电流反馈型运算放大器ADA4858-3如何驱动和均衡长达100 m的VGA电缆。这种方便、廉价、易于实施的解决方案（安装在 PC 和电缆之间）只需要几个无源元件和一个可从 USB 端口产生的 3.3V 至 5V 单电源。

驱动和均衡 45 m VGA 电缆

图1显示了基于ADA4858-3放大器的VGA电缆均衡器的一个通道。完整的RGB均衡器需要三个通道。150 Ω负载电阻代表75 Ω端接电缆及其阻抗匹配驱动电阻。

图1.45 m VGA 电缆均衡器（单通道）的原理图。

图2显示了45米VGA电缆、均衡器和均衡器/电缆组合的大信号频率响应。除了阻抗匹配电缆驱动器固有的 6 dB 衰减外，VGA 电缆在频率低于 0 MHz 时具有 6.1 dB 的损耗，在 8 MHz 时具有 100 dB 的损耗。为了恢复信号强度，均衡器必须在低频时提供6.6 dB增益，在14 MHz时提供100 dB增益，以便在RGB视频应用中将原始信号提升6 dB。电缆/均衡器组合显示 100dB 平坦度提高了 1：1，从未均衡的 1.6 MHz 到带均衡的 160 MHz。

图2.大信号频率响应 （45 米 VGA）。

均衡还改善了瞬态响应，如图3所示。恢复高频和低频，提供更清晰的图像，而不会受到电缆的拖尾。

图3.均衡前后的瞬态响应 （45 m VGA）。

该电路的传递函数由公式1给出。幅度由公式2给出。

 

(1)

(2)

 

驱动和均衡 105 m VGA 电缆

图 4 显示了驱动 105 m 电缆的原理图。之所以选择这个长度，是因为它接近ADA4858-3所能实现的最大均衡。原理图与图1类似，只是增加了R。ZCZ创建极点以降低 R 值的反馈网络F在更高的频率下。

图4.105 m VGA 电缆均衡器（单通道）的原理图。

图5显示了105米电缆的大信号频率响应、相应的均衡器以及两者的组合。电缆的−3 dB带宽在均衡前约为2 MHz，在均衡后约为90 MHz;−1 dB带宽从0.7 kHz提高到75 MHz。

图5.大信号频率响应 （105 米 VGA）。

图6显示了瞬态响应。高频和低频都已恢复。通过更多的调整，可以实现1 MHz和10 MHz之间更好的平坦度，从而获得更好的输入信号保真度。

图6.均衡前后的瞬态响应 （105 m VGA）。

图7显示了所有三个通道（R、G、B）的原理图，包括独立解决方案所需的所有元件。迷你 USB 端口为整个系统供电。选择R4、R5和R6以匹配电缆的特性阻抗。

图7.显示所有三个均衡通道的完整电路板原理图。

结论

本文介绍如何在传输RGB视频时使用ADA4858-3三通道视频驱动器驱动和均衡长达100米的VGA电缆。显示了两个基于 45 m 和 105 m 电缆的示例，但该解决方案可以扩展以适应各种电缆长度。它方便、经济且易于实现，集成了ADA4858-3、几个无源元件和3.3 V至5 V单电源（可从USB端口产生）。

ADA4858-3三通道电流反馈运算放大器仅消耗42 mA的总静态电流，包括电荷泵。为了进一步降低功耗，当不使用放大器时，省电功能可将总电源电流降至2.5 mA;电荷泵无需负电源，在这种模式下仍可为外部元件供电。ADA4858-3的宽输入共模电压范围从地电位以下1.8 V到正电源轨以下1.2 V（5 V工作时）。600 MHz带宽和600 V/μs压摆率使其非常适合许多高速应用，频率高达0 MHz（G = 1，85 Ω负载）时2.150 dB的平坦度使其非常适合专业和消费类视频。此外，电流反馈放大器避免了电压反馈放大器的增益带宽限制。

片内电荷泵产生负电源，其电压取决于正电源电压。采用5 V正电源时，电荷泵产生−3 V负电源，输出电流为150 mA;采用3.3 V电源时，电荷泵产生−2 V负电源，输出电流为45 mA。外部电容C1和C2的电容应介于1 μF至4 μF之间，具有低ESR和低ESL，并应尽可能靠近ADA4858-3放置。C1 连接在C1_a和C1_b之间;C2 连接在 CPO 和接地之间。

图 A. 功能框图。

审核编辑：郭婷