視頻同步分離芯片的設(shè)計(jì)與仿真

在視頻信號(hào)處理中，同步信號(hào)分離電路要保證正確地重現(xiàn)發(fā)送端的圖像，接收端與發(fā)送端的掃描點(diǎn)(像素)在時(shí)間和屏幕上一對(duì)應(yīng)很重要。因此，若要正確顯示所接收到的信號(hào)，就必須準(zhǔn)確分離出各種同步信號(hào)，并確保各種信號(hào)的邏輯關(guān)系。

引言

本文設(shè)計(jì)的視頻信號(hào)同步分離芯片可以從0.5V～2V峰一峰值的NTSC、PAL、SECAM制標(biāo)準(zhǔn)正極性信號(hào)中提取出復(fù)合同步、行同步、場(chǎng)同步、奇偶場(chǎng)識(shí)別信號(hào)以及后沿輸出信號(hào)。

電路原理及實(shí)現(xiàn)

如圖1所示，復(fù)合視頻信號(hào)通過(guò)一個(gè)耦合電容(一般為0.1μF)進(jìn)入復(fù)合同步分離電路。輸入信號(hào)通過(guò)一個(gè)運(yùn)放將同步頭電位箝位在VR1°箝位電路由一個(gè)放大器和一個(gè)二極管組成。當(dāng)耦合后的輸入信號(hào)小于基準(zhǔn)電壓VR1時(shí)，運(yùn)放A1輸出高電平，二極管導(dǎo)通，這時(shí)會(huì)有一個(gè)流過(guò)二極管的大電流，防止輸入信號(hào)電壓低于基準(zhǔn)電壓VR1，當(dāng)輸入信號(hào)大于基準(zhǔn)電壓VR1時(shí)，運(yùn)放輸出低電平，二極管截止，從而保證輸入信號(hào)的最負(fù)端(正視頻信號(hào)的同步頭位置)電壓不會(huì)低于VR1°

用一個(gè)10μA的箝位放電電流I1從電容C向箝位偏置電壓放電，用來(lái)抑制視頻信號(hào)可能產(chǎn)生的漂移。由于放電電流而引起的下拉電壓可由IT=CV得到。這里，V是下拉電壓，I是放電電流，T是同步脈沖之間的時(shí)間(同步周期減去同步頭脈寬)，C為電容。對(duì)于PAL制式的視頻信號(hào)行頻為15.625KHz，同步頭脈沖寬度為4.7μs。它的周期為64μs．則T=59.7μs，那么這個(gè)下拉電壓就是V=5.97mV。在同步頭期間由這個(gè)下拉電壓引起的充電時(shí)間為：

T=CV／I

其中I為二極管筘位充電電流，一股可以達(dá)到幾個(gè)mA。所以由放電電流引起的下拉電壓可很快地被充電至VR1。

箝位后的輸入信號(hào)通過(guò)一個(gè)低通濾波器進(jìn)行低通濾波，削弱色同步信號(hào)副載波的幅值，同時(shí)也削弱了彩色信號(hào)中的色度信號(hào)，減小在隨后的同步分離電路中可能造成的干擾。由于行頻的頻率只有十幾KHz，而副載波頻率在NTSC制式下為3.58MHz，PAL和SECAM為

4.43MHz，所以用一個(gè)低通濾波器進(jìn)行濾波。截止頻率為1MHz，它對(duì)4.43MHz的色同步信號(hào)副載波的削弱大于12dB。

濾波之后的信號(hào)被送到比較器C1反相端進(jìn)行比較，同相端接一個(gè)VR2的基準(zhǔn)電壓。VR2比VR1高大約70mV。對(duì)于一般的視頻信號(hào)，同步頭總是占整個(gè)幅值的300%左右，所以，對(duì)于0.5V峰一峰值的視頻信號(hào)，其同步頭脈沖幅值為150mV。70mV只占到其同步頭脈沖幅值的50％。而對(duì)于2V峰-峰值的視頻信號(hào)，其同步脈沖幅值為600mV，70mV只占其中的11.7％。使用70mV限幅比較也是為了避免色同步信號(hào)在同步信號(hào)提取時(shí)可能產(chǎn)生的干擾。

VR1和VR2由內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生，具有極好的溫度穩(wěn)定性和電源噪聲抑制能力。

經(jīng)過(guò)比較器輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，它經(jīng)過(guò)一個(gè)反相門(mén)，輸出的即為復(fù)合同步信號(hào)。

比較器輸出的數(shù)字信號(hào)通過(guò)一個(gè)半行消除電路來(lái)消除均衡脈沖和場(chǎng)同步期間的半行脈沖，它是通過(guò)一個(gè)非可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。觸發(fā)器為上升沿出發(fā)，當(dāng)同步頭到達(dá)時(shí)，比較器輸出高電平，觸發(fā)半行消除電路產(chǎn)生一個(gè)寬脈沖，這個(gè)脈沖可以消除場(chǎng)消隱期間和前后均衡脈沖期間的半行，同時(shí)，由于輸出的脈沖為數(shù)字信號(hào)，所以電路具有優(yōu)異的噪聲抑制能力。半行消除電路輸出信號(hào)通過(guò)一個(gè)行同步輸出電路，再經(jīng)過(guò)一個(gè)反相門(mén)，輸出的信號(hào)即為行同步輸出信號(hào)。

比較器輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)后沿檢測(cè)電路輸出一個(gè)寬度為2.5μs的脈沖，這個(gè)檢測(cè)電路由同步頭的上升沿觸發(fā)產(chǎn)生。后沿檢測(cè)電路輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)反相門(mén)，輸出即為后沿輸出。對(duì)于場(chǎng)同步期間的鋸齒波，后沿開(kāi)始于鋸齒脈沖的上升沿。

場(chǎng)同步分離中的積分電路對(duì)正向的復(fù)合同步信號(hào)進(jìn)行積分。在正常的行線期間，積分器的輸出為一個(gè)低電壓，這是因?yàn)榉e分器只有非常短的時(shí)間對(duì)電容充電，就是在行同步期間。在場(chǎng)同步期間的開(kāi)始，第一個(gè)鋸齒脈沖發(fā)生之前，積分器將電容充到一個(gè)很高的電壓，觸發(fā)場(chǎng)同步檢測(cè)電路中的觸發(fā)器，將觸發(fā)器輸出置為高電平。

當(dāng)下一個(gè)鋸齒時(shí)鐘的正沿脈沖到來(lái)時(shí)，高電平經(jīng)過(guò)一個(gè)D觸發(fā)器輸出場(chǎng)同步。當(dāng)場(chǎng)同步間隔結(jié)束，第一個(gè)后均衡脈沖不能夠?qū)﹄娙葸M(jìn)行充分的充電，這導(dǎo)致觸發(fā)器的輸出為低。第二個(gè)后均衡脈沖的上升沿通過(guò)D觸發(fā)器脈沖輸出低電位來(lái)結(jié)束場(chǎng)同步脈沖。場(chǎng)同步輸出與第一個(gè)輸入脈沖的鋸齒波的上升沿同步，結(jié)束于第一個(gè)后均衡脈沖的后沿，因此，它比2.5H的場(chǎng)同步要稍微寬一些。

NTSC、PAL和SECAM復(fù)合視頻標(biāo)準(zhǔn)的圖像都是采用隔行掃描交替輸出的。對(duì)于奇數(shù)場(chǎng)，第一個(gè)寬場(chǎng)同步脈沖行同步的開(kāi)始一致；而對(duì)于偶數(shù)場(chǎng)，第一個(gè)寬場(chǎng)同步脈沖開(kāi)始于行線的中間。通過(guò)比較場(chǎng)同步和內(nèi)部產(chǎn)生的行同步來(lái)確定奇／偶場(chǎng)信息。這個(gè)輸出通過(guò)場(chǎng)同步的上升沿來(lái)記錄。在奇數(shù)場(chǎng)時(shí)奇／偶場(chǎng)輸出為低，在偶數(shù)場(chǎng)為高。如圖2所示。

結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一款視頻同步分離芯片，并采用SMIC(中芯國(guó)際)的0.18μm工藝庫(kù)進(jìn)行了仿真。它可以對(duì)0.5V～2V峰一峰值的NTSC、PAL和SECAM復(fù)合視頻信號(hào)進(jìn)行處理，并從中分離出復(fù)合同步等信號(hào)。

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