LMH1981多格式视频同步分离器：高性能视频应用的理想之选

在当今的视频技术领域，对于高质量同步分离的需求日益增长。德州仪器（TI）的LMH1981多格式视频同步分离器，以其卓越的性能和丰富的功能，成为众多视频应用的理想解决方案。今天，我们就来深入了解一下这款产品。

文件下载：lmh1981.pdf

一、产品概述

LMH1981是一款高性能的多格式同步分离器，适用于广播、专业视频设备以及HDTV/DTV系统等广泛的视频应用场景。它能够从复合视频（CVBS）、S - 视频（Y/C）和分量视频((YP{B}P{R}/GBR))接口中提取NTSC、PAL、480I/P、576I/P、720P和1080I/P/PsF等标准模拟视频的同步信号。

该产品具有双电平与三电平同步兼容性，能够输出复合、水平和垂直同步信号，以及色同步/后沿定时、奇偶场和视频格式等信号。其水平同步信号（HSync）的前沿抖动性能优越，可减少后续时钟生成阶段中用于清理和降低抖动的外部电路。

二、产品特性

2.1 多格式支持

支持多种视频格式，包括SD/ED/HD视频信号，无论是双电平还是三电平同步信号都能完美处理。这使得它在不同的视频系统中都能发挥出色的性能。

2.2 自动格式检测

无需使用微控制器进行编程，LMH1981能够自动检测输入视频格式。这一特性大大简化了系统设计，提高了系统的灵活性和适应性。

2.3 50%同步切片

对于输入幅度在(0.5V{PP})到(2V{PP})之间的视频信号，采用50%同步切片技术，确保准确的同步提取。即使输入信号由于不当端接或传输损耗而幅度不规则，也能保证同步信号的准确性。

2.4 宽电源电压范围

可在3.3V至5V的电源电压下工作，为不同的电源设计提供了更大的灵活性。

三、引脚说明

引脚编号	引脚名称	引脚描述
1	R EXT	偏置电流外部电阻
2, 5, 10	GND	接地
3, 6, 11	V CC	电源电压
4	V IN	视频输入
7	HSOUT	水平同步输出
8	VSOUT	垂直同步输出
9	VFOUT	视频格式输出
12	CSOUT	复合同步输出
13	BPOUT	色同步/后沿定时输出
14	OEOUT	奇偶场输出

需要注意的是，这些器件的内置ESD保护有限，在存储或处理时，应将引脚短接或放置在导电泡沫中，以防止MOS栅极受到静电损坏。

四、电气特性

4.1 电源电流

在不同的电源电压和输入信号条件下，电源电流有所不同。例如，在无输入信号且(V{CC}=3.3V)时，典型电源电流为9.5mA；当(V{CC}=5V)时，典型值为13.5mA。

4.2 视频输入规格

输入同步幅度根据不同的视频标准有所差异。对于SD/EDTV双电平同步，幅度从负同步尖峰到视频消隐电平为(0.14 - 0.60V{PP})；对于HDTV三电平同步，幅度从负到正同步尖峰为(0.30 - 1.20V{PP})。

4.3 逻辑输出规格

输出逻辑0和逻辑1的电压值也与电源电压有关。当(V{CC}=3.3V)时，输出逻辑0的电压为0.3V，输出逻辑1的电压为3.0V；当(V{CC}=5V)时，相应的值分别为0.5V和4.5V。

五、应用信息

5.1 (R_{EXT})电阻

(R{EXT})外部电阻用于建立LMH1981的内部偏置电流和精确参考电压。为了获得最佳性能，应使用10kΩ 1%精度且温度系数低的电阻。与旧款的LM1881同步分离器不同，LMH1981的(R{EXT})值是固定的，设备会自动检测输入行速率以支持各种视频格式。

5.2 自动格式检测和切换

自动格式检测功能消除了通过微控制器或(R_{SET})电阻进行外部编程的需求。在输入信号发生重大变化后，设备输出在经过足够的启动时间后会正确响应视频格式的切换，无需对电源进行循环操作。

5.3 50%同步切片

该技术为视频输入幅度在(0.5V{PP})到(2V{PP})之间的信号提供准确的同步分离，即使对于端接不当或衰减的源信号，也能实现出色的HSync抖动性能，并具有良好的温度稳定性。

5.4 视频输入

支持CVBS、Y（亮度）和(YP{B}P{R})以及G（绿色同步）等视频输入，适用于多种视频标准。但不支持符合VESA标准的RGB格式。

5.5 输入端接和耦合电容

视频源应使用75Ω电阻进行负载端接，以确保正确的视频信号幅度并减少反射引起的信号失真。输入耦合电容(C{IN})的选择需要根据视频源的类型进行权衡。对于仅使用直流耦合视频源的情况，可以选择较大的(C{IN})值以减少电压下降，提高HSync抖动性能，但会增加启动时间；对于交流耦合视频源，则需要选择较小的(C_{IN})值。

5.6 启动时间

当视频输入信号发生重大变化时，LMH1981的输出可能需要一段时间才能恢复到有效信号。启动时间包括可调节的输入稳定时间和预定的“同步锁定时间”。输入稳定时间与(C_{IN})的电容值有关，而同步锁定时间通常小于1或2个视频场的持续时间。

六、逻辑输出

6.1 复合同步输出

CSOUT（引脚12）简单地再现视频输入中低于视频消隐电平的同步脉冲，其负向前沿与输入信号的负向前沿有一定的传播延迟。

6.2 水平同步输出

HSOUT（引脚7）产生负极性的水平同步信号，其负向前沿抖动非常低。由于大多数视频系统是负边沿触发的，因此HSync的前沿抖动性能得到了优化。在正边沿触发的系统中使用时，需要对HSync进行反相。

6.3 垂直同步输出

VSOUT（引脚8）产生负极性的垂直同步信号，其负向前沿从第一个垂直锯齿脉冲的50%点派生而来，具有一定的传播延迟。

6.4 色同步/后沿定时输出

BPOUT（引脚13）提供负极性的色同步/后沿定时信号，在输入同步脉冲后的后沿间隔内以固定宽度脉冲输出。该信号可用于NTSC/PAL色同步同步和黑电平钳位等应用。

6.5 奇偶场输出

OEOUT（引脚14）用于识别隔行或分段帧格式中的奇偶场。对于隔行或分段帧格式，奇数场时输出为逻辑高，偶数场时输出为逻辑低；对于逐行视频格式，输出始终为逻辑高。

6.6 视频格式输出

VFOUT（引脚9）将每帧的水平行数作为11位二进制数据流输出。该数据可用于识别视频格式，并动态调整视频系统参数，如颜色空间或缩放转换。

七、可选考虑因素

7.1 可选输入滤波

如果视频信号存在大量高频噪声或较大的色度幅度接近同步尖峰，可能需要使用外部滤波器。可以使用简单的RC低通滤波器来提高信噪比，并衰减色度信号。在某些应用中，还可以使用晶体管来控制滤波器的开关。

7.2 AC - 耦合视频源

对于AC耦合视频源，由于视频占空比的变化，视频信号的平均值会动态变化。为了避免输入信号不稳定导致的同步输出脉冲丢失问题，需要选择合适的(C_{IN})值，使LMH1981输入电路的有效时间常数小于视频源的时间常数。

八、PCB布局考虑

8.1 LMH1981 IC放置

应将LMH1981放置在关键信号路径短而直接的位置，以减少PCB寄生效应对高速视频输入和逻辑输出信号的影响。

8.2 接地平面

使用两层FR - 4 PCB，其中一层作为单一的实心接地平面，连接设备的GND引脚，并作为其他组件的公共接地参考。这有助于减少走线电感和接地环路。

8.3 电源供应引脚

电源供应引脚应使用短走线连接，以减少电感。同时，在电源引脚附近放置旁路电容，用于高频和低频旁路。

8.4 (R_{EXT})电阻

(R_{EXT})电阻应选择10kΩ 1% SMD精密电阻，并尽可能靠近设备放置，避免其他信号耦合到该引脚。

8.5 视频输入和输出布线

视频输入信号路径应使用短而直接的走线，并使用75Ω输入端接和SMD电容进行交流耦合。输出信号路径也应尽量短，以减少寄生效应，每个输出应连接约10kΩ的电阻负载和小于10pF的电容负载。

九、总结

LMH1981多格式视频同步分离器以其出色的性能、丰富的功能和灵活的应用特性，为视频工程师提供了一个强大的工具。无论是在广播、专业视频设备还是HDTV/DTV系统中，它都能满足对高质量同步分离的需求。在设计过程中，我们需要根据具体的应用场景，合理选择外部组件和进行PCB布局，以充分发挥LMH1981的优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。