圖2a. Regulate視頻測試信號(hào)的白屏顯示

交流耦合的傳統(tǒng)用途?

??? 既然交流耦合存在缺點(diǎn)，為什么還一直在使用呢,？原因很簡單,，就是為了起到保護(hù)作用。圖3為集成電路還沒有廣泛使用前所采用的一種簡單視頻輸出電路,。萬一輸出連接器短路至地或電源電壓,，電容器可防止NPN晶體管損壞。當(dāng)前的集成視頻放大器具有堅(jiān)固的短路保護(hù)電路,，因此發(fā)生短路時(shí)也不會(huì)損壞,。盡管如此，在一些公司,，特別是那些在視頻設(shè)備制造領(lǐng)域具有悠久歷史的公司,，使用電容已經(jīng)成為慣例。設(shè)計(jì)工程師" title="設(shè)計(jì)工程師">設(shè)計(jì)工程師有可能會(huì)被告知,，必須要增加一個(gè)電容,，以符合公司規(guī)定。
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??? 此外,，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)隱含地要求設(shè)計(jì)工程師使用電容,。日本電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)(JEITA)規(guī)定，無視頻信號(hào)時(shí)視頻輸出連接器的電壓值應(yīng)小于100mV (圖3),。如果NPN管射極的標(biāo)稱直流偏置電壓為4V,，那么當(dāng)不接電容和泄漏電阻時(shí)，輸出連接器的電壓也會(huì)接近4V,。因此,，滿足JEITA規(guī)范的最簡單方法就是增加一個(gè)電容和接地電阻。?

技術(shù)考慮?

??? 對(duì)于交流耦合，應(yīng)關(guān)注的問題之一是電容通常比較大—220μF或者更大,。這是因?yàn)殡娙莺?50Ω負(fù)載(反向端接電阻和輸入端接電阻之和)形成的極點(diǎn)頻率應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于幀頻(25Hz或30Hz),。一只220μF的電容器形成5Hz的極點(diǎn)頻率，這很難滿足性能要求,。廣播設(shè)備通常都使用2200μF的電容,。圖4給出了采用220μF電容時(shí)交流耦合輸出的高通響應(yīng)特性。

圖4. 使用220μF電容進(jìn)行交流耦合視頻連接時(shí)的頻率響應(yīng)

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??? 隨著具有視頻輸出功能的小型便攜式設(shè)備的出現(xiàn),，基于空間和成本等因素的考慮,，不允許使用大容量的交流耦合電容。SAG補(bǔ)償(圖5)在保持交流耦合的同時(shí),，減小了電路板空間并降低了成本,。標(biāo)準(zhǔn)連接方式下b個(gè)大電容用兩個(gè)較小的電容替代。使用單個(gè)交流耦合電容的問題在于：頻率低于極點(diǎn)頻率時(shí)信號(hào)會(huì)被衰減,，電容越小,，極點(diǎn)頻率越高。SAG補(bǔ)償提升了低頻響應(yīng),，從而可補(bǔ)償?shù)皖l衰減(圖5),。低頻時(shí)，電容器視為開路,，低頻增益近似為6,。高頻時(shí)，電容器近似短路,，高頻增益為2,。

圖5. 帶SAG補(bǔ)償?shù)腗AX4090視頻驅(qū)動(dòng)器

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??? 在消費(fèi)類電子行業(yè)中，降低成本的需求非常強(qiáng)烈,，對(duì)于小型設(shè)備而言,，微型化的壓力同樣很大。各廠商,，甚至包括一些在視頻設(shè)備設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有悠久歷史的制造商,，目前都在選用直流耦合視頻連接方式(圖1b)。值得注意的是,，采用直流耦合輸出的主要區(qū)別是輸出信號(hào)具有一個(gè)正的直流偏置,，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)系統(tǒng)都省去了負(fù)電源。放大器要保持在線性模式下,，輸出信號(hào)必須偏置在地和正電源之間,。

??? 試圖將交流耦合輸出變?yōu)橹绷黢詈陷敵鰰r(shí)，設(shè)計(jì)工程師應(yīng)考慮其兼容性,。大多數(shù)設(shè)備與兩種輸出方式都兼容,，但是仍有少數(shù)設(shè)備不兼容交流耦合輸出,，另有少數(shù)設(shè)備不兼容直流耦合輸出。圖6a給出了現(xiàn)代電視的一種輸入級(jí)" title="輸入級(jí)">輸入級(jí)電路,。視頻信號(hào)被交流耦合至直流恢復(fù)電路,，因此，輸入視頻信號(hào)可以具有任意直流偏置,。該輸入電路兼容交流耦合和直流耦合視頻信號(hào)源,。圖6b所示的輸入級(jí)采用了一個(gè)極性電容。如果輸入視頻信號(hào)的直流偏置太高,，那么就可能會(huì)損壞極性電容,。當(dāng)信號(hào)來自直流耦合信號(hào)源時(shí)，圖6b的輸入級(jí)就可能會(huì)產(chǎn)生問題,。圖6c所示的輸入級(jí)采用了PNP射極跟隨器,。如果輸入信號(hào)幅度太低，那么PNP射極跟隨器會(huì)達(dá)到飽和,。因此,，直流耦合視頻信號(hào)源會(huì)使PNP射極跟隨器達(dá)到飽和，尤其當(dāng)信號(hào)源的地低于接收機(jī)的地時(shí)更是如此,。

圖6. 三種輸入級(jí)類型：a) 現(xiàn)代電視機(jī)，b) 極性電容,，c) PNP射極跟隨器

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??? 電視設(shè)計(jì)中存在的主要問題是,，在輸入級(jí)設(shè)計(jì)上從來沒有一個(gè)被普遍采納的解決方案。歷史上,，大量電視機(jī)都采用不同的輸入級(jí),，無論信號(hào)來自交流或直流耦合信號(hào)源，都可能使某些電視機(jī)出現(xiàn)問題,。有這么多種不同類型的接收設(shè)備,，要實(shí)現(xiàn)普遍兼容性是不可能的?；诔杀究紤],，占信號(hào)發(fā)送設(shè)備絕大多數(shù)的低端視頻信號(hào)源都采用直流耦合輸出。?

DirectDrive解決方案?

??? Maxim為打算采用交流耦合視頻輸出的設(shè)計(jì)工程師提供了DirectDrive技術(shù),，這種技術(shù)可省掉大容量輸出耦合電容,。MAX9503是Maxim公司第一款整合DirectDrive技術(shù)的視頻器件(圖7)。

圖7. MAX9503功能框圖及其典型的輸入和輸出波形

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??? MAX9503對(duì)標(biāo)清視頻信號(hào)進(jìn)行濾波和放大,。MAX9503的輸入可直接與視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)的輸出相連,。內(nèi)部重建濾波器可平滑階躍和減小DAC視頻信號(hào)上的毛刺。MAX9503可將視頻信號(hào)平移至較低電壓,，從而使輸出端的消隱電平逼近地電平,。DirectDrive需要一個(gè)集成的電荷泵和線性穩(wěn)壓器產(chǎn)生一個(gè)干凈的負(fù)電源電壓,，從而將同步脈沖驅(qū)動(dòng)至地電平以下。電荷泵在視頻輸出端注入的噪聲極小,，畫面看起來毫無瑕疵,。

??? 圖8所示為輸入到MAX9503的Regulate視頻測試信號(hào)。請留意,，輸出波形的消隱電平被保持在地電平附近,，而且沒有場失真現(xiàn)象。這與圖1a給出的普通交流耦合波形構(gòu)成鮮明對(duì)比,。較之于交流耦合方式的波形,，MAX9503輸出端的Regulate視頻測試信號(hào)可更好地保持在預(yù)定的輸出電壓范圍。

圖8. Regulate視頻測試信號(hào)輸入MAX9503,。上方為輸入波形,，下方為輸出波形

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??? 采用交流耦合輸出的原因之一就是當(dāng)輸出短路至地或電源電壓時(shí)起到保護(hù)作用。MAX9503的典型工作電壓為3.3V,。MAX9503應(yīng)用電路中包括一個(gè)75Ω反向端接電阻,，可在視頻輸出外部短路時(shí)限制短路電流。此外,，MAX9503內(nèi)部具有輸出短路保護(hù)功能,，可在放大器輸出可能被短路的原型設(shè)計(jì)或系統(tǒng)中保護(hù)器件免受損害。因此,，MAX9503在大多數(shù)常見的故障情況下非常堅(jiān)固可靠,。

??? DirectDrive技術(shù)的最大優(yōu)勢就是只需為電荷泵電路增加兩個(gè)1μF的小電容，設(shè)計(jì)工程師省去了標(biāo)準(zhǔn)交流耦合視頻輸出的一個(gè)大尺寸輸出耦合電容器,，或省去了SAG網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)中等尺寸輸出耦合電容,。由于消除了場失真，輸出視頻質(zhì)量大大改善,。

??? 并聯(lián)在對(duì)地75Ω輸入端接電阻兩端的0.1μF電容用來濾除視頻波形中的高頻成份,，消除視頻測試信號(hào)中黑色部分的混疊現(xiàn)象。與行周期(~64μs)相比,，示波器跡線的時(shí)標(biāo)(400ms)要長的多,。如果沒有0.1μF的電容，那么視頻測試信號(hào)中的黑色部分將出現(xiàn)混疊,，使輸入信號(hào)的黑色部分和白色部分很難區(qū)分,。輸出信號(hào)的黑色部分加入混疊信號(hào)后，就如同白色信號(hào)一樣,。
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??? 圖1b2和圖1a一樣,，基于相同的原因，將一只0.1μF電容與對(duì)地75Ω輸入端接電阻并聯(lián),。如果沒有0.1μF電容,，那么視頻測試信號(hào)的黑色部分將出現(xiàn)混疊,，使黑色部分看起來與白色部分相同。 ?

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