視頻同步分離芯片的設(shè)計與仿真

在視頻信號處理中，同步信號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(像素)在時間和屏幕上一對應(yīng)很重要。因此，若要正確顯示所接收到的信號，就必須準確分離出各種同步信號，并確保各種信號的邏輯關(guān)系。

引言

本文設(shè)計的視頻信號同步分離芯片可以從0.5V～2V峰一峰值的NTSC、PAL、SECAM制標準正極性信號中提取出復(fù)合同步、行同步、場同步、奇偶場識別信號以及后沿輸出信號。

電路原理及實現(xiàn)

如圖1所示，復(fù)合視頻信號通過一個耦合電容(一般為0.1μF)進入復(fù)合同步分離電路。輸入信號通過一個運放將同步頭電位箝位在VR1°箝位電路由一個放大器和一個二極管組成。當耦合后的輸入信號小于基準電壓VR1時，運放A1輸出高電平，二極管導(dǎo)通，這時會有一個流過二極管的大電流，防止輸入信號電壓低于基準電壓VR1，當輸入信號大于基準電壓VR1時，運放輸出低電平，二極管截止，從而保證輸入信號的最負端(正視頻信號的同步頭位置)電壓不會低于VR1°

用一個10μA的箝位放電電流I1從電容C向箝位偏置電壓放電，用來抑制視頻信號可能產(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間(同步周期減去同步頭脈寬)，C為電容。對于PAL制式的視頻信號行頻為15.625KHz，同步頭脈沖寬度為4.7μs。它的周期為64μs．則T=59.7μs，那么這個下拉電壓就是V=5.97mV。在同步頭期間由這個下拉電壓引起的充電時間為：

T=CV／I

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

箝位后的輸入信號通過一個低通濾波器進行低通濾波，削弱色同步信號副載波的幅值，同時也削弱了彩色信號中的色度信號，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，所以用一個低通濾波器進行濾波。截止頻率為1MHz，它對4.43MHz的色同步信號副載波的削弱大于12dB。

濾波之后的信號被送到比較器C1反相端進行比較，同相端接一個VR2的基準電壓。VR2比VR1高大約70mV。對于一般的視頻信號，同步頭總是占整個幅值的300%左右，所以，對于0.5V峰一峰值的視頻信號，其同步頭脈沖幅值為150mV。70mV只占到其同步頭脈沖幅值的50％。而對于2V峰-峰值的視頻信號，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在同步信號提取時可能產(chǎn)生的干擾。

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

經(jīng)過比較器輸出的信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，它經(jīng)過一個反相門，輸出的即為復(fù)合同步信號。

比較器輸出的數(shù)字信號通過一個半行消除電路來消除均衡脈沖和場同步期間的半行脈沖，它是通過一個非可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實現(xiàn)的。觸發(fā)器為上升沿出發(fā)，當同步頭到達時，比較器輸出高電平，觸發(fā)半行消除電路產(chǎn)生一個寬脈沖，這個脈沖可以消除場消隱期間和前后均衡脈沖期間的半行，同時，由于輸出的脈沖為數(shù)字信號，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通過一個行同步輸出電路，再經(jīng)過一個反相門，輸出的信號即為行同步輸出信號。

比較器輸出的信號經(jīng)過一個后沿檢測電路輸出一個寬度為2.5μs的脈沖，這個檢測電路由同步頭的上升沿觸發(fā)產(chǎn)生。后沿檢測電路輸出信號經(jīng)過一個反相門，輸出即為后沿輸出。對于場同步期間的鋸齒波，后沿開始于鋸齒脈沖的上升沿。

場同步分離中的積分電路對正向的復(fù)合同步信號進行積分。在正常的行線期間，積分器的輸出為一個低電壓，這是因為積分器只有非常短的時間對電容充電，就是在行同步期間。在場同步期間的開始，第一個鋸齒脈沖發(fā)生之前，積分器將電容充到一個很高的電壓，觸發(fā)場同步檢測電路中的觸發(fā)器，將觸發(fā)器輸出置為高電平。

當下一個鋸齒時鐘的正沿脈沖到來時，高電平經(jīng)過一個D觸發(fā)器輸出場同步。當場同步間隔結(jié)束，第一個后均衡脈沖不能夠?qū)﹄娙葸M行充分的充電，這導(dǎo)致觸發(fā)器的輸出為低。第二個后均衡脈沖的上升沿通過D觸發(fā)器脈沖輸出低電位來結(jié)束場同步脈沖。場同步輸出與第一個輸入脈沖的鋸齒波的上升沿同步，結(jié)束于第一個后均衡脈沖的后沿，因此，它比2.5H的場同步要稍微寬一些。

NTSC、PAL和SECAM復(fù)合視頻標準的圖像都是采用隔行掃描交替輸出的。對于奇數(shù)場，第一個寬場同步脈沖行同步的開始一致；而對于偶數(shù)場，第一個寬場同步脈沖開始于行線的中間。通過比較場同步和內(nèi)部產(chǎn)生的行同步來確定奇／偶場信息。這個輸出通過場同步的上升沿來記錄。在奇數(shù)場時奇／偶場輸出為低，在偶數(shù)場為高。如圖2所示。

結(jié)語

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

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