視頻放大器,視頻放大器是什么意思
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必須根據(jù)通過信號(hào)低頻成分的要求來計(jì)算輸入/輸出電容值。(圖1)
對(duì)下陷進(jìn)行進(jìn)一步的頻率補(bǔ)償具有以增加元件的代價(jià)減小所要求輸出電容尺寸的好處。而采用直流耦合則可以完全消除輸出電容。(圖2)
下陷(sag)是什么？消除下陷也會(huì)同時(shí)縮小輸出電容的尺寸嗎？
當(dāng)電荷積累在輸出耦合電容兩端時(shí)，就會(huì)發(fā)生下陷。在場測試信號(hào)或條形圖測試信號(hào)中，下陷表現(xiàn)為掃描期間視頻波形中的一個(gè)斜移，在TV監(jiān)視器上，下陷就表現(xiàn)為從圖像一邊到另一邊或從上到下的亮度變化。對(duì)低端產(chǎn)品而言，其影響可以被忽略，但在專業(yè)設(shè)備和廣播設(shè)備是肯定是不可接受的。要消除下陷，可以采用更小尺寸的輸出電容，但需要付出增加電路元件的代價(jià)。下陷的糾正建立在對(duì)由后端匹配傳輸線和輸出電容形成的高通濾波器進(jìn)行低頻補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上。圖2中給出了補(bǔ)償電路。產(chǎn)品數(shù)據(jù)表一般都會(huì)提供最佳的元件取值，在典型情況下，RFB可以取10 kΩ，RIN和RSAG可以取1 kΩ，COUT 47μF，CSAG取22μF。
如使用可處理公共輸入電壓的放大器，它會(huì)對(duì)直流耦合產(chǎn)生什么影響？
許多不帶或帶有內(nèi)部增益調(diào)節(jié)電阻的輸出驅(qū)動(dòng)器，可以控制正負(fù)擺動(dòng)的信號(hào)，其缺點(diǎn)是需要一個(gè)±5-V電源。在專業(yè)的高端設(shè)備中可以接受額外增加的復(fù)雜性，但對(duì)于面臨成本和電路板空間約束的設(shè)計(jì)而言就沒有吸引力。幸好最新的放大器具有一個(gè)內(nèi)部電荷泵，可以產(chǎn)生達(dá)-1.6 V的VEE，這樣使用單個(gè)3.3-V的電源就可以獲得4.9-V的公共輸入電壓。
市面上有哪些直流耦合視頻放大器產(chǎn)品？
到現(xiàn)在為止，直流耦合視頻放大器還處于小范圍應(yīng)用。2005年年中，兩家芯片供應(yīng)商推出了基于集成電荷泵的直流耦合視頻放大器。其中一家的產(chǎn)品封裝了一個(gè)放大器，而另一家則封裝了三個(gè)放大器，兩種產(chǎn)品的每通道增益均為6db，芯片上集成了一個(gè)6極巴特沃斯濾波器，以在視頻輸入端對(duì)來自數(shù)模轉(zhuǎn)換器的信號(hào)進(jìn)行重建濾波。兩家供應(yīng)商在處理電荷泵噪聲的方式上略微有所區(qū)別，但都取得了出色的結(jié)果。單放大器芯片采用了一個(gè)電荷泵和線性調(diào)壓器，而三放大器芯片則采用一個(gè)多級(jí)電荷泵。
視頻放大器的發(fā)展與挑戰(zhàn)
更低功耗、更小封裝以及良好的匹配性的要求
近幾年隨著手機(jī)和LCD電視等市場的不斷擴(kuò)大，用戶對(duì)于視頻放大器的要求發(fā)生變化，更低功耗、更小封裝以及良好的匹配性能都變得十分重要。一些公司如英特矽爾、凌特、德州儀器和飛兆半導(dǎo)體等紛紛推出了新型放大器來滿足視頻應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ隍?qū)動(dòng)器和緩沖器的需求。
凌特公司針對(duì)高性能視頻領(lǐng)域推出的型號(hào)為LT6553的放大器，分辨率超過了1600x1200像素，LT6553適用于SXGA和UXGA LCD投影儀及監(jiān)視器、數(shù)字顯示器(presenters)、掃描儀，以及車載導(dǎo)航和車內(nèi)視頻系統(tǒng)等汽車顯示器系統(tǒng)、數(shù)碼相機(jī)及CCD影像系統(tǒng)。對(duì)于簡單的多路復(fù)用和信號(hào)路由，LT6553具有關(guān)/閉功能，能夠在50ns內(nèi)啟動(dòng)，適合擴(kuò)頻和便攜式應(yīng)用。
英特矽爾公司為了滿足高分辨率顯示器接口的要求推出了EL536x系列新型運(yùn)算放大器，EL536x系列三電反饋放大器滿足高帶寬和低噪聲方面的要求，最重要的是，脈沖響應(yīng)受到控制。這些新器件的功耗低于將三個(gè)單獨(dú)的放大器組合到一起，單片架構(gòu)也可獲得更加出色的增益匹配。德州儀器(TI)的OPA693視頻驅(qū)動(dòng)器解決方案提供良好的脈沖響應(yīng)，面向新興的高分辨率RGB應(yīng)用。OPA693是目前市場上最快的+/-5V固定增益放大器，DC和AC精度顯著提高，它的優(yōu)勢在于高達(dá)700MHz的帶寬和2500 V/us轉(zhuǎn)換和諧提供的高像素條件下的脈沖保真度，且價(jià)格低于同類產(chǎn)品。
飛兆半導(dǎo)體推出的FMS6418A是一款高度集成的三輸出視頻驅(qū)動(dòng)器，可用于高清(HD)或者標(biāo)準(zhǔn)分辨率(SD)信號(hào)過濾，在對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化(抗鋸齒處理)之前消除高頻噪聲，或者用于消除在編碼器(重建過濾)D/A轉(zhuǎn)換過程引起的artifact。該產(chǎn)品面向HDTV顯示器、有線和衛(wèi)星機(jī)頂盒、DVD、PVR、視頻點(diǎn)播、音頻/視頻接收機(jī)等領(lǐng)先的視頻應(yīng)用領(lǐng)域，具有更高的性能及靈活性，減少了元件數(shù)量。FMS6418A具有三個(gè)6代順序?yàn)V波器，頻率可以是30 MHz (HD)或8 MHz (SD)。FMS6418A在每個(gè)濾波器通道上結(jié)合了一個(gè)2：1多路復(fù)用器，三個(gè)通道全部具有過濾和輸出放大功能。與分立式解決方案相比，在成本和設(shè)計(jì)方面具有優(yōu)勢。
不同應(yīng)用領(lǐng)域需求各異
盡管制造商推出了種類如此繁多的產(chǎn)品，但是不同的終端產(chǎn)品，所需要放大器產(chǎn)品的性能也都不盡相同。要求最苛刻的應(yīng)用領(lǐng)域是液晶投影機(jī)領(lǐng)域，該領(lǐng)域產(chǎn)品尺寸小、易碎、具有明亮的高分辨率顯示，同時(shí)還要有良好的價(jià)格。這就要求視頻放大器具有更高的帶寬和轉(zhuǎn)換速率、低功率、封裝尺寸小及良好的通道分隔性能。Soule還指出另一個(gè)挑戰(zhàn)是讓視頻通過很長的電纜線，例如老式的CAT5電纜。凌特公司的新款LT6552是一種差分視頻放大器，解決了這個(gè)問題，能在1000英尺長的雙絞線上傳輸視頻。
在設(shè)計(jì)任何應(yīng)用的視頻系統(tǒng)時(shí)，視頻放大器的性能都非常關(guān)鍵。其中一種應(yīng)用是寬帶視頻路由器和交換機(jī)，帶寬為100~500MHz。為了支持這樣高的帶寬，終端產(chǎn)品需要帶寬極高的內(nèi)部運(yùn)算放大器，甚至10倍于所需要的帶寬。制造商廣告中所說的帶寬數(shù)字是可以造假的，要關(guān)注的重要帶寬數(shù)字是大信號(hào)帶寬(LSBW)規(guī)格，通常被認(rèn)為是1 volt peak-to-peak (Vpp)甚至更高。許多制造商廣告中所說的是小信號(hào)帶寬(SSBW)，但是，總體來說視頻信號(hào)使用的是大信號(hào)(2Vpp)。客戶可能被小信號(hào)規(guī)格所誘惑，但是LSBW數(shù)值較高的產(chǎn)品更有價(jià)值。
意識(shí)到了市場對(duì)LSBW的需求，國家半導(dǎo)體最近推出了一種三寬帶、750 MHz的運(yùn)算放大器LMH6738和三寬帶、750 MHz的可編程增益緩沖器(PGB)LMH6739，具有400 MHz LSBW、3300 V/us轉(zhuǎn)換速率和200 MHz 的0.1dB增益平度，在驅(qū)動(dòng)高分辨率RGB視頻信號(hào)方面的性能優(yōu)于同類產(chǎn)品。視頻放大器的一個(gè)重要特點(diǎn)是0.1dB增益平度。通常增益平度越高，支持的視頻分辨率越高。例如，HDTV系統(tǒng)需要30~50 MHz 的0.1dB增益平度。另一方面，當(dāng)面對(duì)高分辨率視頻信號(hào)(如電腦圖像)時(shí)，需要的增益平度接近100~200MHz 0.1dB。
同時(shí)在使用視頻放大器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)也需要注意一些問題，如信號(hào)的失真等等。為使視頻放大器帶給視頻信號(hào)的失真降至最小，這點(diǎn)非常重要。使用專業(yè)級(jí)設(shè)備的多數(shù)客戶，將會(huì)考慮第二和第三級(jí)諧波失真，-80至-90 dBc @ 5MHz是其系統(tǒng)的最低要求。當(dāng)面對(duì)復(fù)合視頻信號(hào)時(shí)，差分增益/差分相位(DG/DP)數(shù)值非常重要，一般要求其為0.02%/0.02，或者更低。在復(fù)合視頻中，顏色信息在亮度信息的上面，因此最低的DF/DP數(shù)值將生成最清晰的和失真最小的圖像質(zhì)量。
對(duì)于數(shù)碼相機(jī)和可播放電視的手機(jī)等便攜式視頻設(shè)備來說，最重要的是高集成度、低功率關(guān)機(jī)、小尺寸封裝和容易連接到DSP芯片上的嵌入式視頻D/A轉(zhuǎn)換器。良好的視頻顯示是重要的，但消費(fèi)類產(chǎn)品的視頻要求不象廣播和專業(yè)級(jí)視頻領(lǐng)域那樣苛刻，對(duì)于這種應(yīng)用來說電壓反饋是極其重要的配置。這類放大器的重要特點(diǎn)包括：集成式過濾器幫助重建DAC信號(hào)、低功率關(guān)機(jī)（最好低于5uA）、低電壓（最好利用2.8-5V的單電源運(yùn)行）、SAG校正、能夠進(jìn)行DC耦合輸出同時(shí)不會(huì)影響同步脈沖、采用SC70、QFN或CSP封裝等。
未來市場的需求趨勢
視頻領(lǐng)域存在許多趨勢，其中比較重要的一個(gè)趨勢是分辨率越來越高。隨著便攜產(chǎn)品的視頻分辨率由VGA提高至SXGA和更高水平，運(yùn)算放大器的速度也將隨之提高，運(yùn)算放大器也要改善其帶寬和失真性能，以滿足高分辨率視頻的要求。市場的總體需求趨勢大體相同：比如便攜式產(chǎn)品對(duì)更低電壓的要求意味著視頻放大器的電壓也更低，同時(shí)需要更多的軌到軌放大器；采用更小的封裝，同時(shí)集成更多的片上功能，如增益電阻，在更高的帶寬上采用片上反饋路徑改善信號(hào)完整性和降低串?dāng)_低功耗；更快的速度以滿足更高的屏幕分辨率，如SXGA、UXGA和HDTV格式等；最后是更低的功耗，比如凌特的LT6210/1電流反饋放大器的特點(diǎn)是一個(gè)‘Rset’電阻，它允許系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員調(diào)整帶寬，實(shí)際上是速度-功率旋鈕。這意味著系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以設(shè)定放大器，使之在給定的信號(hào)帶寬上永遠(yuǎn)不會(huì)耗用過多的功率。
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