本文關(guān)鍵詞：濾波技術(shù)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

Maxim Integrated Products北京辦事處 (編號(hào) 15830)

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攝像系統(tǒng)的模擬視頻濾波技術(shù)

作者：Ben Nader

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在大部分視頻系統(tǒng)中，視頻編碼器的視頻輸出都含有低通濾波器。這些濾波器用來(lái)抑制高頻噪聲，平滑視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)輸出視頻信號(hào)的上升沿和下降沿。傳統(tǒng)的視頻系統(tǒng)通常采用分立的無(wú)源濾波器。然而，目前絕大多數(shù)視頻子系統(tǒng)中，視頻DAC之后采用集成濾波放大器對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行濾波、放大。本文詳細(xì)介紹Maxim為滿足多種視頻應(yīng)用需求而提供的各種集成視頻濾波放大器。

對(duì)于視頻攝像系統(tǒng)，視頻DAC輸出最常見(jiàn)的信號(hào)是視頻消隱、同步(CVBS)以及亮度/色度(Y/C)復(fù)合信號(hào)。例1到例8詳細(xì)介紹了8種濾波放大器的配置，具有不同的DAC輸出信號(hào)直流電平、信號(hào)振幅以及交、直流耦合視頻信號(hào)的組合。集成視頻濾波器的常用電源電壓是5V或3.3V，對(duì)于要求微功耗的應(yīng)用(例6和例7)，可以采用1.8V或2.5V電源對(duì)視頻濾波放大器供電。這些低功耗應(yīng)用實(shí)例中的濾波放大器(MAX9509)采用了Maxim的DirectDriveTM專利技術(shù)，† 通過(guò)內(nèi)部固定8V/V增益獲得2VP-P視頻信號(hào)。

以下八種配置有幾個(gè)共同特性：所有輸出都在75Ω負(fù)載上進(jìn)行測(cè)量。因此，當(dāng)輸出曲線顯示1VP-P時(shí)，集成濾波放大器的輸出為2VP-P。此外，所有濾波器均采用75%的TV NTSC彩條信號(hào)作為信號(hào)源。

重建濾波器連接視頻DAC與視頻放大器

例1中，視頻DAC的輸出通過(guò)重建濾波器與MAX9502G視頻放大器連接。對(duì)DAC的視頻信號(hào)輸出進(jìn)行偏置，使同步頭接近地電位。MAX9502G對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波放大，得到2VP-P的輸出信號(hào)，并為信號(hào)提供直流偏置。MAX9502G的輸出也提供了偏置，其同步頭大概高于地電位300mV。在負(fù)載處，由于輸出端采用75Ω分壓結(jié)構(gòu)，該同步頭電平變?yōu)?50mV。MAX9502G是集成度非常高的解決方案，占用很小的電路板面積，能夠在絕大多數(shù)便攜式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有效節(jié)省空間。

視頻DAC向視頻放大器提供交流耦合信號(hào)

例2中，視頻DAC向MAX9586視頻濾波放大器提供交流耦合視頻信號(hào)。這對(duì)于要求交流耦合信號(hào)、同步頭低于地電位的單電源應(yīng)用是非常好的解決方案。然而，，輸出交流耦合信號(hào)并沒(méi)有把黑電平置于地電位；黑電平隨著視頻信號(hào)內(nèi)容的變化而變化。MAX9586可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流耦合視頻負(fù)載或一個(gè)交流耦合150Ω負(fù)載。

例1加上0.5VP-P直流偏置信號(hào)

例3和例1非常相似，只是其DAC只能輸出0.5VP-P的直流偏置信號(hào)。這種情況下，具有12dB固定增益的MAX9502M是比較合適的解決方案。負(fù)載上的視頻信號(hào)有直流偏置，同步頭大約高于地電位150mV。此外，DAC的視頻信號(hào)輸出必須在地電位以上。MAX9502M可以為一路150Ω對(duì)地負(fù)載提供2VP-P的視頻驅(qū)動(dòng)。

只有一路CVBS或Y信號(hào)輸出的視頻DAC

例4提供了一種非常有趣的配置。某些應(yīng)用中，DAC同時(shí)提供Y和C信號(hào)，而例4中只有一路輸出。這一輸出可以在CVBS和Y信號(hào)之間進(jìn)行選擇，這樣，可以使用求和(合成器)電路產(chǎn)生CVBS信號(hào)。在同一輸出上很難同時(shí)提供這兩類信號(hào)，也很難在正確的時(shí)間對(duì)這兩類信號(hào)進(jìn)行切換。一般在輸出線上采用一個(gè)2:1復(fù)用器實(shí)現(xiàn)這一功能。好在該實(shí)例中所使用的MAX9524視頻濾波放大器集成了兩個(gè)模擬單刀單擲開(kāi)關(guān)，可以配置成2:1復(fù)用器，從而利用一個(gè)芯片就能夠適當(dāng)選擇輸入，并對(duì)其進(jìn)行濾波放大。由于對(duì)Y、C信號(hào)求和后無(wú)法確定其直流電平；因此，應(yīng)該在濾波放大之前對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行交流耦合。交流耦合電容之后的箝位電路建立偏置電平。

設(shè)計(jì)人員應(yīng)注意產(chǎn)生CVBS信號(hào)的求和電路設(shè)計(jì)，應(yīng)仔細(xì)考慮Y、C信號(hào)的直流偏置電平以及DAC所允許的電壓范圍。直接連接Y、C信號(hào)所產(chǎn)生的CVBS信號(hào)會(huì)超出DAC電壓范圍，具體取決于每個(gè)信號(hào)的直流偏置電平。

具有Y/C至CVBS合成器的多路視頻輸出

例5中的MAX9512有四個(gè)獨(dú)立的輸出通道，可理想用于多路視頻輸出設(shè)計(jì)。該器件還有一個(gè)Y/C至CVBS的合成器，從Y、C信號(hào)產(chǎn)生復(fù)合視頻信號(hào)。每路輸出可驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流耦合視頻負(fù)載，或一個(gè)交流耦合150Ω負(fù)載。芯片采用了Maxim的SmartSleep技術(shù)‡ (圖中沒(méi)有畫(huà)出)，能夠?qū)斎胄盘?hào)或輸出負(fù)載進(jìn)行檢測(cè)，相應(yīng)地接通或關(guān)斷不同的放大器，從而降低功耗。這一配置常見(jiàn)于提供一路S端子以及兩路CVBS輸出的應(yīng)用。

黑電平接近地電位的低功耗設(shè)計(jì)

例6由于采用了MAX9509而使功耗大大降低，該器件采用1.8V單電源供電，平均功耗只有11.7mW。該配置的另一優(yōu)點(diǎn)是：黑電平接近地電位，輸出不需要大的耦合電容，視頻信號(hào)在-300mV和+700mV之間，與視頻信號(hào)內(nèi)容無(wú)關(guān)。由于放大器內(nèi)部提供8V/V固定增益，DAC輸出幅度應(yīng)該在0.25VP-P。對(duì)于任意類型的DAC，只要改變輸出端的端接電阻即可得到這一數(shù)值。

一路輸出Y、C和CVBS信號(hào)

對(duì)于某些應(yīng)用，DAC輸出只有Y和C信號(hào)，但是系統(tǒng)必須提供CVBS信號(hào)。在這種應(yīng)用中，一般的解決方案是利用求和電路產(chǎn)生所需的輸出信號(hào)。這種解決方案和例4采用的求和電路相似，但是由于所要求的CVBS幅度只有0.25VP-P，因此可產(chǎn)生適當(dāng)?shù)碾妷骸Ｈ绻鸇AC正常輸出為1VP-P，改變DAC端接電阻即可很容易地獲得0.25VP-P振幅。

例7提供了一個(gè)微功耗應(yīng)用的濾波放大方案。設(shè)計(jì)人員按比例減小DAC的輸出端接電阻，獲得合適的輸出幅度(0.25VP-P)。由于不確定直流偏置電平(取決于信號(hào)和求和電路)，應(yīng)將信號(hào)交流耦合至MAX9509。同步頭箝位電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾娖狡谩V波放大器具有DirectDrive功能，放大器輸出的黑電平接近于地電位。這樣，輸出端不需要采用大的耦合電容。因此，MAX9509能夠?qū)?VP-P視頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)至150Ω負(fù)載。

兩路視頻輸出信號(hào)，沒(méi)有直流偏置

對(duì)于需要兩路視頻輸出信號(hào)的應(yīng)用(例如，S端子)，MAX9583雙通道視頻濾波放大器提供了一個(gè)緊湊的解決方案，如例8所示。MAX9583具有2V/V內(nèi)部固定增益，因此，適用于1VP-P輸出的DAC。該器件的輸出可交流耦合至一個(gè)150Ω負(fù)載或直流耦合到兩個(gè)視頻負(fù)載。交流耦合的視頻信號(hào)不需要任何直流偏置，黑電平隨視頻內(nèi)容的變化而變化。

結(jié)論

本文重點(diǎn)介紹了目前視頻應(yīng)用中的常見(jiàn)配置。CVBS和Y/C是目前為止這類應(yīng)用中最常見(jiàn)的輸出信號(hào)。在某些高端設(shè)備中，會(huì)有比較少見(jiàn)的YPbPr輸出信號(hào)，視頻信號(hào)可以是標(biāo)準(zhǔn)清晰度(SD)，也可以是高清晰度(HD)信號(hào)。本文雖然沒(méi)有討論這些比較少見(jiàn)的應(yīng)用，但是設(shè)計(jì)人員應(yīng)了解這些設(shè)計(jì)同樣有相應(yīng)的集成解決方案。

†美國(guó)專利#7,061,327。
‡專利申請(qǐng)中。(end)

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本文編號(hào)：48070