用于视频应用的缓冲多路复用器

扫描仪、视频路由器和像素间像素切换等视频功能正在产生对多路复用器 （mux） 和交叉点交换机的高速切换的需求。系统紧凑性不断提高，要求开关IC具有低功耗和增强的功能，例如无需额外缓冲即可驱动75 Ω或150 Ω负载的能力。它们还需要良好的视频规格，例如低差分增益和差分相位、良好的增益平坦度、低串扰和快速建立。

图1显示了AD8174和AD8180的框图，这两个器件是新型缓冲模拟多路复用器（mux）系列的两个成员，它们具有高速和极低功耗下的出色视频规格。AD8180是一款单通道2：1多路复用器;AD8182（未显示）为双通道版本。两款器件均提供 3 MHz 的 750dB 带宽和 750 V/μs 的压摆率。它们在80 MHz时具有>5 dB的串扰抑制和隔离，可用于许多高速应用。0.02% 和 0.02° 的差分增益和差分相位误差，以及超过 0 MHz 的 1.200dB 平坦度，使其成为专业视频复用的理想选择。其 10ns 开关时间使其成为像素切换（画中画）的绝佳选择，而采用 ±3V 电源时的功耗低于 8.5mA。

图1.AD8174和AD8180的框图

AD8174*是一款高速4：1多路复用器。未显示AD8170*，这是一款具有类似规格的2：1多路复用器。这些器件提供 200MHz 3dB 信号带宽、大于 1000 V/μs 的压摆率以及 0MHz 的 1.80dB 增益平坦度。这些器件在 75 MHz 时串扰低至 5 dB，可用于许多高速应用。

AD8170和AD8174内置电流反馈输出放大器，其增益可通过外部电阻进行编程。该放大器具有50 mA的高输出驱动电流，可将后部端接的75 Ω负载（RL=150 Ω）驱动至±3.8 V。 采用±8 V电源供电时，功耗低至25.8170 mA （AD9）和7.8174 mA （AD5）。

*1996年<>月上市。独立缓冲可降低功耗，节省电路板空间，并允许将多路复用器直接连接到高速ADC。这对于CMOS ADC尤其重要，CMOS ADC通常具有可变输入阻抗，与开关电容相关。

应用

8 × 2 交叉点开关：虽然通常提供 8 × 8 和 16 × 16 交叉点开关，但具有任意输入和输出数量的交叉点仍然必须使用多路复用器作为构建模块进行设计。

图2所示为模块化8×2交叉点开关，使用4个AD8174 4：1缓冲多路复用器，每个8：1多路复用器通道两个。每个设备上的输出使能功能允许将输出连接在一起。这样，使能引脚（检测反转至其中一个多路复用器）可用作8：1多路复用器上的第三条地址线。 

图2.8 输入、2 输入交叉点开关

图3.切换两个彩色视频通道。

将所有八条输入线路连接到两个 8 对 1 多路复用器可产生 8 × 2 交叉点开关。八个输入中的任何一个都可以切换到两个输出中的任何一个。可并联的多路复用器数量仅受输入信号源驱动能力的限制。2 MΩ的输入阻抗和2 pF的输入电容有助于改善这一限制。在需要更高带宽的应用中，AD8182可用于实现相同的交叉点功能。

多路复用两个视频源：常见的视频应用要求在将所选信号施加到监视器之前将两个RGB源复用在一起（例如，PC的正常输出和专用源，例如MPEG视频）。图3显示了如何使用AD8180和AD8182实现此类电路。

由于所有三个多路复用器都永久处于活动状态，因此使能引脚始终连接为低电平。三个SELECT引脚连接在一起，该信号用于选择源。为了驱动 75 Ω后端接负载 （RL= 150 Ω），多路复用器输出采用AD8001电流反馈型运算放大器进行缓冲，增益配置为2。

画中画或像素切换： 许多高端显示系统要求在一个屏幕上同时显示两个视频图像。视频会议就是这样一个例子。远程站点可能显示为主图片，并带有本地站点“插图”的图片，以便进行监视。图3所示电路可用于实现这种“画中画”应用。

实现画中画算法很困难。两个源同时显示（即在同一帧中），并且两个源都是实时的。图 4 显示了所有监视器通用的光栅扫描。在每次包含插图的水平扫描期间，必须将信号源切换两次（即，从主插入到插入以及从插入到主）。为避免屏幕伪影，切换必须干净且快速。上述应用中使用的AD8180在0 ns内开关和建立至1.10%。与AD10的8001 ns建立时间相加，总建立时间为14 ns。这会在插图和主图片之间产生清晰的无伪影边框。

图3中的视频源选择器也可以使用三个缓冲多路复用器AD8170来实现。由于该器件具有高输出驱动电流，能够向3 Ω负载提供±8.150 V电压，因此无需外部高电流缓冲运算放大器。此外，输出缓冲器的反相输入被引脚连接，以便可以设置闭环增益2。

在图5中，来自两个电流输出RAM-DAC的视频信号使用AD8170进行多路复用。所选信号驱动监视器。RAM-DAC通常提供26.67 mA的满量程电流。双端接的75 Ω线路为DAC提供37.5 Ω的有效电阻，并在多路复用器的输入端将电流转换为1 V（100 IRE或视频白电平）的满量程电压。双重端接是一种很好的做法，可以最大限度地减少反射，因为负载和源阻抗都等于线路的特性阻抗。由于RAM-DAC具有相对较高的输出阻抗，因此源电阻接近75 Ω。

图5.两个视频源的完整切换。

多路复用器的输出必须驱动后部端接线路。为了不丢失信号电平，在施加到线路之前，必须将信号幅度加倍。这可以通过将多路复用器输出运算放大器的增益设置为+2来方便地完成。

彩色图像扫描仪：电荷耦合器件 （CCD） 广泛用于扫描仪应用。单色CCD提供电压电平的串行流;对于图6所示的彩色图像扫描仪，有三个输出流，分别代表红色，绿色和蓝色。与电压电平流交错的是代表复位电平的电压。相关双采样器（CDS）相互减去这两个电压。

图6.彩色图像扫描。

数据采集过程的下一步是将三个信号流数字化。假设所选ADC具有足够快的采样速率，将三个流多路复用到单个ADC中比使用三个ADC更经济。在这里，AD8174将红色、绿色和蓝色通道多路复用到AD876（8位或10位20 MSPS ADC）中。由于其带宽宽，AD8174无需额外缓冲即可驱动AD876的开关电容输入级。除了带宽之外，还需要考虑多路复用器的建立时间。ADC的20 MHz采样速率对应于50 ns的采样周期。通常，采样时钟的一个相位用于转换，所有电平保持稳定;另一相用于切换和建立到下一个通道。对于50%占空比，信号链必须在25 ns内建立。18.0% 的 1ns 多路复用器建立时间很容易满足这一标准。

AD8174的第四个（备用）通道用于偶尔测量基准电压。多路复用基准电压的优势在于，多路复用器引起的任何温度漂移效应都会同样影响基准电压和CCD信号。如果第四个通道未使用，则将其永久接地是一种良好的设计实践。

审核编辑：郭婷