為了實現超便攜式視頻技術,半導體制造商正在開發視頻編碼器和集成式視頻濾波器/驅動器以直接驅動75歐姆同軸電纜。編碼器功能在主控制器芯片后執行,包括NTSC或PAL格式化,可以根據是否只使用復合視頻還是增加S視頻來確定是否整合集成式視頻數模轉換器(DAC)。在DAC后再增加濾波器/驅動器,用以重建信號并消除高頻偽信號,從而獲得更高品質的圖像。此外,該技術還提供75歐姆同軸電纜驅動器以直接驅動連入電視機的電纜。

復合視頻輸出

移動設備的電視輸出功能輸出的是復合視頻信號,這種信號是目前最常用的視頻信號,幾乎任何一臺電視機都可以接收。另外,便攜式設備如手機或便攜式媒體播放器需要一種方式將數字視頻信號轉換成模擬信號并將其轉換成NTSC或PAL復合視頻信號。這樣在外部的電視機上就能收看到該信號。另外,需要對模擬信號放大并與特征阻抗為75歐姆的電纜進行阻抗匹配。該實現過程如圖2所示。

復合視頻預計仍將作為常規信號而被保留,并在不遠的將來仍作為顯示模擬視頻信號的一種方式。這種復合視頻信號內部包含了在接收端恢復視頻所需的全部信息,包括行同步和場同步、亮度及色度信號(圖3)。

圖1:視頻信號能從手機傳送到電視。

圖2:便攜式設備中的視頻編碼器和視頻濾波器/驅動器。

圖3:復合視頻信號顯示出色帶。

由于標準的復合視頻連接器對于便攜設備而言非常龐大,有一種被稱為迷你A/V連接器的改進型連接器更適合用于便攜式視頻傳輸,同時它還能在同一根電纜上傳輸左、右聲道的音頻信號,因此更能節省空間。通常,連接器的一端是迷你A/V插頭,另一端則是較大的RCA復合視頻信號和左/右聲道插頭(圖4)。

圖4:連接RCA電纜的迷你A/V。

視頻編碼器

為了建立復合視頻信號,需要執行一個稱為編碼的處理過程。該過程要求將數字信號格式化并將其轉換成NTSC或PAL制式的模擬復合視頻信號。視頻編碼器可以被集成到一個較大的數字集成電路中,或者根據具體功能的劃分而作為一個獨立器件使用。

獨立視頻編碼器可以將主系統處理器(即基帶芯片)輸出的數字分量視頻(以8位平行CCIR-601/656或ANSI/SMPTE 125M格式)轉換成帶調制色彩副載波的標準模擬基帶電視復合視頻信號(NTSC或PAL標準)。然后該信號再送入集成式DAC進行處理,最后從器件輸出(圖5)。

圖5:NTSC / PAL視頻編碼器。

視頻重建濾波

在數字視頻編碼之后,信號通常通過一個DAC還原回模擬域。這個過程被稱為重建(圖6)。在這個過程中引入了會使畫面失真的高頻偽信號。重建濾波器就是用來濾除這些偽信號的。該濾波器的重建性能取決于是否能在不影響通帶內有效信號的情況下,很好地濾除高頻偽信號。這些高頻偽信號造成畫面中細節成分(如高亮處或精細圖紋細節)的幅度變化,從而影響視頻信號質量,因為這些成分相對于采樣時鐘而運動。結果類似于鋸齒問題, 當它們在畫面中移動時引起細節失真。

圖6:超便攜式視頻重建濾波器/驅動器。

為了實現濾波功能,建議采用集成式視頻濾波器/驅動器,如飛兆半導體公司的FMS6151。這種集成的有源濾波器件可以取代好幾個分立式元件。一般來說,視頻多媒體設備中所使用的濾波器是低通有源濾波器。濾波器中的主要元件是運算放大器、電容、電阻和電感。FMS6151是5階巴特沃思(Butterworth)濾波器,其總體性能非常好,如相位誤差低、穩定性高、元件數目少以及高效的濾波特性,因此是消費級視頻設備濾波的極好選擇。由于其可靠性高,參數規格有保證,因此這些集成的有源濾波器比分立的有源和無源濾波器(圖7)具有更加穩定一致的濾波性能。

圖7:輸出重建(圖像抑制)濾波器去掉了采樣和模擬重建過程產生的時鐘和邊帶分量。

由于電壓擺動要求及對更高ESD(靜電放電)保護等級的需要,重建濾波器和電纜驅動器通常都放在編碼器之外。

視頻濾波器/驅動器

除了重建濾波器之外,還需要視頻驅動器來放大視頻信號并驅動75歐姆的同軸電纜。放大器需要有6dB的增益以適應雙重終端負載。FMS6151集成視頻濾波器/驅動器解決方案將重建濾波器和低阻抗視頻驅動器整合在一起。該器件的工作電壓范圍從到。與典型的2階和3階無源解決方案相比,5階濾波器能提供更好的圖像質量。

這種濾波器/驅動器最好由一個直流耦合DAC輸出直接驅動,但是在交流耦合輸入時也可以工作。該器件的輸入共模范圍以地為參考是_pp。其輸出能驅動一個交流或直流耦合的單根75歐姆同軸電纜(150歐姆)負載。直流耦合輸出不需要昂貴的輸出耦合電容。如果輸出是交流耦合的,SAG校正電路可用來減小交流輸出耦合電容的容值和物理尺寸,同時仍能產生可接受的場傾斜。

SAG校正

傳統上,如果視頻應用是交流耦合的,將需要非常大的輸出耦合電容(在220F和1000F之間)。SAG校正電路利用較小的輸出耦合電容就能提供卓越的性能,因此不需要大型耦合電容。通常的輸出電路(150歐姆負載時的電容是220F)在5Hz處創建單極點(-3dB)。減小該電容會引起過大的相移,導致視頻場傾斜,從而阻礙同步信號的正確恢復。

FMS6151中的SAG校正電路峰值很小,因此能提供可以顯著減少視頻場傾斜的相位響應補償。這種補償能使設計人員減小體積很大的220F輸出耦合電容。SAG校正使用一個22F的電容,輸出耦合電容使用的是一個47F的電容,這兩者遠遠小于其它電路所需電容的體積和成本(圖 8)。

圖8:具有SAG校正的視頻濾波器/驅動器。

激活和關機

FMS6151具有關機功能,能停止輸出并將靜態電流減小到25nA以下,從而降低功耗并延長電池壽命。該功能對于手機、手持游戲機和攝像機等需要濾波和驅動能力的便攜式設備來說尤為重要。另外,FMS6151還提供12kV的ESD保護功能。

可驅動大屏幕的小體積驅動器

要在便攜式設備上實現復合視頻電視輸出功能,需要進行多方面的考慮。在器件功能的劃分、保持低功耗和高圖像質量等方面都提出了諸多設計挑戰。利用視頻編碼器可以輕易實現從數字信號到NTSC和PAL模擬復合視頻的轉換任務。

圖9:采用Micropak封裝的FMS6151的體積極其微小。

采用Micropak封裝的FMS6151體積非常微小,因此非常適合元件密集的手機使用,并能為電視觀看提供高質量的視頻。該器件具有強大的12kV ESD保護功能,可以確保移動設備免受傷害。5階低通重建濾波器可以用來平滑輸出視頻信號,從而避免不必要的失真。該器件能放大、驅動和匹配75歐姆同軸電纜的阻抗。選擇最小配置的直接直流耦合模式可以進一步節省電路板空間。最后,由于同軸電纜驅動器工作時輸出電流很低,在未用狀態下電流又低于25nA,因此該技術能顯著降低電池能耗。

作者:

Jeremy Tole

信號路徑模擬產品線技術營銷經理

飛兆半導體

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