《電子技術(shù)應(yīng)用》
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攝像系統(tǒng)的模擬視頻濾波技術(shù)分析
摘要: 模擬視頻濾波器被廣泛應(yīng)用于攝像系統(tǒng)的輸出級(jí),。隨著產(chǎn)品對(duì)尺寸和功耗的要求越來(lái)越苛刻,,設(shè)計(jì)人員正在不斷地將分離方案轉(zhuǎn)換成高集成度的單芯片方案,。本文介紹了幾種濾波放大器針對(duì)攝像系統(tǒng)通用DAC的配置方式,,能夠滿足絕大多數(shù)視頻應(yīng)用的需求,。
Abstract:
Key words :

 

  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DirectDrive®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8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,。

 

  例1:重建濾波器連接視頻DAC與視頻放大器

 

  濾波器

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  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,。

 

  例2:視頻DAC向視頻放大器提供交流耦合信號(hào)

 

  濾波器

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  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3:例1加上0.5VP-P直流偏置信號(hào)

 

  濾波器 偏置信號(hào)

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  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)。

 

  例4:只有一路CVBS或Y信號(hào)輸出的視頻DAC

 

  濾波器 視頻

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  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,。

 

  例5:具有Y/C至CVBS合成器的多路視頻輸出

 

  濾波器 視頻輸出

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  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,。

 

  例6:黑電平接近地電位的低功耗設(shè)計(jì)

 

  低功耗設(shè)計(jì) 接地

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  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。

 

  例7:一路輸出Y、C和CVBS信號(hào)

 

  濾波器 放大 DAC

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  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,,以提供適當(dāng)?shù)碾妷弘娖?。如果DAC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?。濾波放大器具有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,。

 

  例8:兩路視頻輸出信號(hào),,沒(méi)有直流偏置

 

  視頻輸出

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  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,。

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