视频传输技术中的连接芯片与技术特征

 

　　1、视频格式关系到信号的清晰与真实

　　众所周知，视频传输技术中很关注的是视频信号的清晰与真实， 从图1为常见的分量视频信号示意中看出。能否做刭这一点离不开视频信号滤波器、驱动器、和多路开关及电缆传等器件有多种输入/输出的耦合和钳位组合方式，包括了输入交流或直流耦合、输出交流或直流耦合以及各种输入钳位的组合等，这些均是视频传输技术中的连接芯片与技术，应该说是视频格式，为此将对此技术特征作讨论与介绍。

　　

 

　　2、视频传输技术中接口的输入技术

　　2.1交流耦合的视频方输入方式

　　

 

　　在设计模拟视频电路时，模拟视频信号普遍是通过交流耦合方式输入的(如图2所示)。这可以使接收电路建立最佳的直流偏置电平，而电容则隔离了输出设备这一侧驱动信号的直流电压。恢复交流耦合的视频信号中直流的经典方式是通过分离整个嵌入视频信号中的同步部分，并建立数字脉冲信号实现的。

　　2.2直流耦合的视频输入方式(如图3(a)所示)

　　

 

　　为了适应那些参考电压为地电平、直流耦合的单端输入驱动器，如图3所示，如FMS641 7A、FMS6418B和FMS6419等滤波/驱动器件是针对直流输入耦合而特殊设计的。例如.视频/图形显示DAC的标准电流模式输出。为了使电流激励的通用DAC产生输出电压，这种DAC电路往往采用双端接的75Ω(交流阻抗等效为37.5Ω)电阻作为负载。因此，这种类型的DAC输出有已知的对地参考直流电平。具有这种类型DAC电路的设备可以与视频DAC输出无缝连接，并具有如下优点：不需要输入耦合电容;没有钳位建立时间;没有因输入电容放电而产生的信号幅值降低;不会产生毛刺脉冲;当采用脉冲式直流恢复环路时没有输入阻抗的限制;不需要片上同步分离、充电泵电路和伺服环路。

　　2.3关于电视设计中的输入级设计

　　图3(b)给出了现代电视的一种输入级电路. 视频信号被交流耦合至直流恢复电路，因此，输入视频信号可以具有任意直流偏置。该输人电路兼容交流耦合和直流耦合视频信号源。

　　然而需要指出的是，在电视设计中的输入级设计上从来没有一个被普遍采纳的解决方案。以往大量电视机都采用不同的输入级，无论信号来自交流或直流耦合信号源，都可能使某些电视机出现问题.对于有这么多种不同类型的接收设备来说，要实现普遍兼容性是不可能的.基于成本考虑，占信号发送设备绝大多数的低端视频信号源都采用直流耦合输出。

　　3、视频传输技术中接口的输出技术

　　3.1交流耦合输出与直流耦合输出

　　是否对输出进行交流耦合主要取决于技术和成本因素，交流耦合输出电路包括一个串联电容(图4a)，而直流耦合输出电路没有这个电容(图4b).由于在输出通道增加一个电容将导致成本提高，空间增大以及视频信号失真等问题，即会引起输出波形相对于输入波形会向上或向下“倾斜”。因此，这种场失真称为“场倾斜”。而直流耦合输出没有场倾斜，因此视频输出电路的设计人员必须认真对待。

　　

 

　　既然交流耦合存在缺点，为什么还一直在使用呢?原因有二。.其一、就是为了起到保护作用，集成电路还没有广泛使用前所采用的一种简单的NPN射极跟随器驱动视频输出电路。万一输出连接器短路至地或电源电压，电容器可防止NPN晶体管损坏。而当前的集成视频放大器具有坚固的短路保护电路，因此发生短路时也不会损坏。其二、从技术特征出发，将视频信号输出到媒体显示设备的最普遍方法是交流耦合(如图4(c)所示)， 这使得接收电路可以在自己的输入端建立共模电平，该电平独立于输入视频信号的直流电平。一个75Ω的串联电阻应该尽可能近地放在靠近输出端的位置，这有助于隔离从输出端产生的下行寄生干扰，并提供最佳的信号条件，图4(c)中MAX4090为滤波驱动器。

　　

 

　　对于交流耦合，应关注的问题之一是耦合电容通常比较大，即220μF或者更大。这是因为电容和150Ω负载(反向端接电阻和输入端接电阻之和)形成的极点频率应远远低于帧频(25Hz或30Hz)。一只220μF的电容器形成5Hz的极点频率，这很难满足性能要求。广播设备通常都使用470μF或1000μF的耦合电容。图4(d)给出了采用220μF与22μF电容时交流耦合输出的高通响应特性。交流耦合电容的最小容量应该是200μF，这是能够用来取得可接受信号畸变的最小耦合电容。

　　3.2反馈补偿(SAG)视频输出方式的应用

　　

 

　　随着具有视频输出功能的小型便携式设备的出现，基于空间和成本等因素的考虑，不允许使用大容量的交流耦合电容。SAG补偿(图5)在保持交流耦合的同时，减小了电路板空间并降低了成本。标准连接方式下的单个大电容用两个较小的电容替代，图5为反馈补偿(SAG)视频输出方式示意图.使用单个交流耦合电容的问题在于：频率低于极点频率时信号会被衰减，电容越小，极点频率越高。反馈补偿(SAG)可以降低交流耦合并提升了低频响应，从而可补偿低频衰减。低频时，电容器视为开路，输出Vout为0。高频时，电容器近似短路，输出Vout为2Vin。

　　3.3直流耦合的视频信号输出方式

　　在消费类电子行业中，降低成本的需求非常强烈，目前对于小型设备而言，将视频信号输出到媒体显示设备的最直接方法是选用是直流耦合视频连接方式(见图4b)。这免去了耦合电容使得信号，可以不被畸变地输送到媒体显示设备。

　　值得注意的是，采用直流耦合输出的主要区别是输出信号具有一个正的直流偏置，这是因为大多数系统都省去了负电源.放大器要保持在线性模式下，输出信号必须偏置在地和正电源之间.试图将交流耦合输出变为直流耦合输出时，设计工程师应考虑其兼容性。大多数设备与两种输出方式都兼容，但是仍有少数设备不兼容交流耦合输出，另有少数设备不兼容直流耦合输出。

　　这种方法的一个缺点就是接收电路必须预先知道输入直流电平的范围，以便它能够正确处理视频信号。直流耦合对于那些被设计成处理已知直流电平的设备而言，是能够很好工作的，但对于在差分参考点输入共模电平的设备连接时就会出现问题。

　　3.4 DiretDrive解决方案是交流耦合视频输出的创新技术

　　交流耦合视频输出采用DirectDrive技术省去了大尺寸隔直流输出耦合电容，节省空间，降低功。增益为6dB。而MAX9530是第一款整合DirectDrive技术的视频器件，图6为具有DirectDrive技术的MAX9530芯片用于视视频传输中输入与输出应用与波形图。从图6看出，其DirectDrive技术可将视频输出的黑电平置于地电位，而可将(DAC输出(视频输入)的同步头在地以上。MAX9530负电源在内部产生。该DirectDrive技术可广泛用于视频手机、 数码相机、数码摄像机、便携式视频媒体播放器及便携式DVD播放器之中。

　　

 

　　MAX9503对标清视频信号进行滤波和放大，增益为6dB。MAX9503的输入可直接与视频数数转换器(DAC)的输出相连。内部重建滤波器可平滑阶跃和减小DAC视频信号上的毛刺。MAX9503可将视频信号平移至较低电压，从而使输出端的消隐电平逼近地电平。DirectDrive需要一个集成的电荷泵和线性稳压器产生一个干净的负电源电压，从而将同步脉冲驱动至地电平以下。电荷泵在视频输出端注人的噪声极小，画面看起来毫无瑕疵。电荷泵又可以减小交流耦合电容，即在此可实现无输出电容。

　　由于采用交流耦合输出的原因之一就是当输出短路至地或电源电压时起到保护作用。而MAX9503的典型工作电压为3.3V。MAX9503应用电路中包括一个75Ω反向端接电阻，可在视频输出外部短路时限制短路电流。此外，MAX9503内部具有输出短路保护功能，可在放大器输出可能被短路的原型设计或系统中保护器件免受损害。因此，MAX9503在大多数常见的故障情况下非常坚固可靠。

　　DirectDrive技术的最大优势就是只需为电荷泵电路增加两个lμF的小电容，设计工程师省去了标准交流耦合视频输出的一个大尺寸输出耦合电容器，或省去了SAG网络中的两个中等尺寸输出耦合电容。由于消除了场失真，输出视频质量大大改善。

　　4、视频传输技术中的连接芯片与传输电缆

　　4.1单端至差分视频驱动器/接收器

　　视频传输要差分形式，值此看一下基本的差分线路驱动器-单端到差分转换电路结构，见图7(a)所示。

　　

 

　　而实际新型的差分线路驱动器己逐步问世，本文仅举一例。

　　MAX9546/MAX9547差分接口芯片组，可将单端(S/E)输入电压信号转换成差分电压进行传输，反过来将差分电压转换成S/E电压信号见图7(b)所示。该芯片组专为汽车应用中的复合模拟视频信号(PAL或者NTSC)传输进行了优化，这类应用需要具备诊断功能来指示故障情况。MAX9546视频驱动器的FAULT输出用于指示任何短路情况，包括与电池(VBAT=+16V)或地短路。MAX9547视频接收器具有信号丢失LOS引脚，用于指示输入开路或存在输入信号，从而完成自动选择功能。为差分输入和输出提供经过验证的、坚固的ESD保护，并可确保在严酷的环境下连续工作。MAX9546/MAX9547差分接口芯片特征如下。

　　诊断功能：故障和短路检测(MAX9546);输入信号丢失检测(MAX9547);

　　便捷的低成本方案：采用已有的低成本双绞线电缆发送信，替代同轴电缆传输信号;与单端方案相比，差分接口可降低EMI;

　　坚固性：提供±15kV ESD人体模型保护;可耐受信号源和负载之间±2V的地电平偏移;可承受对地、电源或电池(VBAT>VCC)的短路故障(16V)。

　　4.2可与DAC直接连接纤巧低功耗的视频缓冲器。

　　2mmx 2mm μDFN封装和10nA关断电流，使MAX9504成为驱动复合视频和S视频信号的理想选择。具有以下特征：

　　节省空间：直接与视频DAC输出直流耦合，无需输入电容;驱动多达三路负载(5V电源);用于复合视频和亮度信号的输入偏移版本(320mA偏移输出的MAX9504B);为DirectVriver输出。

　　省电：10nA关断电流;2.7V至5.5V低工作电压;6mA静态电源电流;

　　非常适合汽车应用、便携式媒体/DVD播放器及CCTV/安全照相机。

　　4.3具有直流恢复、滤波器和线路驱动器的视频驱动器ISL59110 (图8为应用连接示意图)

　　

 

　　具有3阶8MHz重建滤波器，低静态电流岁2mA，掉电电流小于1uA，工作电压范围为2.5V-3.6V;为轨到轨输出输入电压可低于VS-负0.15V，SAG可以减小耦合电容尺寸，直流恢复。

　　4.4单芯片标清音频/视频输出驱动器

　　MAX4079芯片在节省空间的24引脚下SSOP封装内整合了标清视频滤波器、视频线路驱动器和音频输出驱动器。其芯片特点为：内置标清电视视频重建滤波器，在13.5MHz频点具有20dB衰减，在27MHz频点具有40dB衰减;内置视频放大器，6dB固定增益，能驱动150Ω线路输出负载，双路CVBS输出;左/右声道立体声输出，内置混合器提供单声道输出;输入信号调理，色度信号(C)直流偏置，亮度信号(Y)和复合视频内部箝位(CVBS);差分或单端音频输入。

　　MAX4079芯片是理想的机顶盒后端方案，提供一路S视频和两路复合视频输出，均为CVBS和音频左右声道，见图9所示。

　　

 

　　4.5 差分视频传输-通过CAT-5电缆传输的RGB VGA视频。

　　从CAT-5电缆与同轴电缆的优缺点比较就可以看出为何要用CAT-5电缆了。

　　CAT-5电缆其优点为：平衡同步可以降低EMI(电磁干扰)，可用同一电缆控制，经济、灵活的单芯电缆;其缺点是高衰减(短距离)，带宽受限制。

　　同轴电缆的优缺点：低衰减(长距离)，低串扰，可达1GHz带宽，;缺点需要4根昂贵同轴电缆，发送困难。

　　4.6用均衡器MAX3815扩展DVI(数字视频接口)/HDMI(高清晰多媒体接口)电缆的距离至36米。

　　现代的显示器(LCD、DLP)和信号源(DVD播放器、PC)能够以原始的数字模式发送和接收视频信号，这是保持图像完整性的最佳方式。DVI/HDMI接口取代了模拟分量视频和VGA互连，但最长只能达到5米。MAX3815.DVI/HDMI数字视频电缆均衡器突破了3米至5米的电缆长度限制，将电缆距离延长至36米。MAX3815特别适合于那些远离信号源的数字显示器，例如LCD/DLP投影仪和LCD/等离子显示屏等。

　　MAX3815可以为三个TMDS(最少转换差分信号)通道上、高达1.65Gbps每通道的信号加一路十分之一(0.1×)速率的时钟提供最多40dB的损耗补偿。MAX3815支持大多数视频分辨率，即PC：VGA、SVGA、XGA和UXGA，以及HDTV：480p、720p和1080i。

　　特征：

　　可扩展TMDS接口长度为0至36米的DVI电缆，28AWG STP，0至30米的DVI电缆，30AWG STP，0至20米的CAT-5电缆，24 AWG GUTP。

　　高达40dB的全自动均衡，无需系统控制。

　　3.3V电源时0.6W功耗。

　　5、结束语

　　通过上述视频传输技术中的连接芯片与技术，对设计人员而言，在今后的项目应用中采用何种视频传输中的连接芯片及输入/输出类型或许可提供一个思路。