視頻濾波器的選擇方法

集成式視頻濾波器在開始問世時價格非常昂貴，是一種主要面向視頻廣播應用、性能極高的元件，后來才逐漸發(fā)展為適用于機頂盒等成本敏感的消費電子方案。首款主流集成式視頻濾波器于1990年代初期面世，首先用在定向廣播衛(wèi)星機頂盒(direct broadcast satellite set-top box)和有線機頂盒中。那么，視頻濾波器的作用是什么?其一，是可以作為視頻處理器輸出端上數(shù)模轉換器之后的重建濾波器;其二是在機頂盒和DVD設備中用作視頻處理器輸入端上的抗混疊濾波器(anti-aliasing filter)。

　　以往，視頻濾波器的選擇十分容易，只需考慮輸出數(shù)量既可：一般復合視頻(CVBS)采用一個濾波器，S-video采用兩個濾波器，DVD播放器采用三分量視頻輸出方案，分別標注為Y、Pb和 Pr，這些已經成為視頻設備背面的標準配置。這樣一來，視頻設備用戶和設計人員必需考慮到的模擬輸出數(shù)目總和多達6個(即CVBS 、S-video (Y，C)、分量視頻(Y，Pb，Pr))。

　　不過，隨著更高清晰度視頻的出現(xiàn)，并因成本不斷降低而為消費者所接受，形勢開始改觀。480、720和1080 (以及其它非美國標準視頻)這些數(shù)字的后面開始出現(xiàn)字母“i”或“p”，這種奇怪的數(shù)字/字母組合也成為視頻領域中不斷增加的術語之一。那么它們代表什么意思呢?480i、1080p等數(shù)字/字母組合是指視頻掃描的顯示行數(shù)，以及是采用隔行掃描(i)還是逐行掃描顯示(p)。隔行意味著各行交替掃描顯示，逐行則是各行按序連續(xù)掃描顯示。

　　隔行掃描是從舊有CRT屏幕設計承傳下來的技術，其目的是使玻璃面板上的熒光粉層(phosphors)發(fā)光，讓頂部淡出，同時底部替代，從而使熒光粉層在圖像完成之前不會消隱。熒光粉發(fā)光時間必需很長，這樣才能不影響下一幀圖像。逐行則是像素相繼發(fā)光，這種掃描方式的空間分辨率更高，視覺效果更好。顯然，對于只想觀看視頻，并無意成為視頻工程專家的消費者來說，這一切太過復雜。因此，為了便于理解，同時便于銷售，需要創(chuàng)造一套簡短易懂的術語。于是，在術語“清晰度”下面就形成了多種數(shù)字/字母組合類別，主要用來描述圖像的細節(jié)表現(xiàn)能力：清晰度越高，圖像質量越好，因為更多的行數(shù)意味著有更多的像素，使得圖像的色彩和細節(jié)層次更加鮮明逼真。

　　關于信號的命名和清晰度類別的分類，可以洋洋灑灑寫成一篇厚厚的專題論文，而且可能在很長時間內都會成為視頻工程師的熱門討論話題。鑒于討論實際視頻濾波器目的，這里粗略劃分如下：480p以下是標準清晰度(SD)，480p是增強清晰度(ED)，720p 和 1080i 則為高清晰度(HD)。為方便起見，這里只討論美國標準。此外，在使用高清(HD)這個術語時，許多視頻設備供應商開始有所寬松。為了更加精確規(guī)范，各視頻行業(yè)協(xié)會提出了HD ready、HD ready 1080p 和 Full HD等術語，但此舉成敗參半，甚至或許造成更多混亂。為此，視頻濾波器制造商決定采用術語SD、ED、HD和 1080p HD，根據(jù)濾波器的截止頻率(對于低通濾波器，則為通帶)對濾波器進行分類：SD 濾波器截止頻率在8MHz左右，ED 在 20 MHz左右，HD 在30MHz左右，而1080p 截止頻率在 65 到70MHz之間。利用截止頻率來分類就非常直接明了。

　　那么，所有這些視頻清晰度和視頻濾波器的選擇又有什么關系呢?理解這些新的清晰度標準實際上揭示出視頻濾波器的選擇必須考慮兩方面因素：設計人員必需同時考慮到通道數(shù)目和清晰度。另外，有兩種方法可實現(xiàn)集成電路濾波：一種是采用濾波器IC組合，另一種是使用能夠處理所有不同通道和清晰度的單個濾波器IC。那設計人員應該如何抉擇呢?方法之一是設法找到多種能夠滿足各項要求的濾波器。例如，飛兆半導體公司就能夠提供滿足不同要求的廣泛的濾波器組合。

　　開始選擇時，可以參考一下本文的例圖，圖1中所示為飛兆半導體適用于不同通道/清晰度組合的濾波器。圖中一個軸代表通道數(shù)量，另一個軸代表清晰度類型，這可以幫助設計人員更容易地選出合適的濾波器。濾波器選擇只是一個開始，接下來還有其它問題需要處理。但這是一個很好的開端。

　　只要通道數(shù)目和清晰度得以確定，設計人員就應該開始考慮產品選擇的其它關鍵因素，比如ESD保護、待機功耗要求、電壓軌要求和封裝類型，尤其是在移動視頻應用快速增長的趨勢下，器件大小也至關重要。

　　至于ESD，機頂盒制造商對于分立式濾波，已經有標準化BAV99保護二極管。但另一方面，集成式視頻濾波器不僅可以省去大量的分立式濾波元件，也可以降低二極管使用數(shù)量。對特定產品，集成式濾波器能夠提供高達12KV的ESD保護。ESD保護確實是一個一個值得注意的問題，為了避免昂貴的TV核心處理芯片受到損害，設計人員不應該把毫無保護的視頻輸出產品推向市場。

　　還有一個日益受到關注的問題，就是降低待機功耗。待機功耗有時被稱為“功率吸血鬼” (vampire power)，它已成為一個主要的環(huán)境問題。例如，美國加州最近頒布了有關降低LCD TV待機功耗的法規(guī)，其要求這類產品必須符合“能源之星(Energy Star)”標準。飛兆半導體將提供帶有關斷模式的濾波器，以更好地滿足能源之星的要求。

　　WLCSP 和 MicroPak MLP等針對移動產品的封裝，現(xiàn)在也開始用于視頻濾波器。對移動應用產品而言，尺寸至關重要，故而這些小型封裝特別有用。事實上，它們的尺寸已經小到足以輕松穿過鹽瓶蓋上的小篩眼。

　　對于視頻濾波器，設計人員應該堅持謹慎認真的設計原則。比如，應該確保連線盡量短，并且靠近實際輸出端口，以減少電路板寄生效應。這個概念在飛兆半導體的“應用說明AV-6041：視頻濾波器/驅動器的PCB 版圖考慮事項”中有更詳細的解釋。

　　只要了解到有哪些產品可用，以及哪些是重要考慮事項，其實選擇適當?shù)臑V波器已經變得相當容易。飛兆半導體公司總是非常樂意為工程師提供其所需的各種協(xié)助。畢竟，幫助客戶成功就意味著視頻濾波器供應商自身的成功，而且視頻工程師也喜愛探討視頻這個話題。在您規(guī)劃下一個設計時，飛兆半導體公司非常樂意為您提供及時和詳盡的支持。