降低視頻子系統(tǒng)的工作和待機功耗，延長手持式
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越來越多的便攜式設備，例如數(shù)碼相機、蜂窩電話和便攜式媒體播放器等，都開始逐漸增加復合視頻輸出的連接功能。這類設備中，視頻數(shù)/模轉換器(DAC)產生復合視頻信號，在送至輸出連接器之前必須經(jīng)過視頻濾波和放大。設計工程師在選擇視頻濾波器時已經(jīng)考慮了功耗、總體成本、尺寸以及圖像質量等因素，本文介紹了下一代便攜設備中的其它需求以及如何設計新一代視頻濾波器才能滿足這些需求。
越來越多的便攜式設備，例如數(shù)碼相機、蜂窩電話和便攜式媒體播放器等，都開始逐漸增加復合視頻輸出的連接功能。這類設備中，連接在視頻數(shù)/模轉換器(DAC)之后的視頻濾波放大器產生視頻信號。現(xiàn)有的3.3V視頻濾波放大器處理視頻信號時，功耗為45mW。
電池使用時間是便攜設備的關鍵，首先要考慮降低視頻系統(tǒng)IC的功耗。出于這一考慮，新一代視頻濾波放大器能夠工作在1.8V電壓，功耗僅為12mW—功耗降低了近70%。
能量消耗在哪里?
簡單地說，每個電路的功耗包括自身工作的損耗和驅動負載的損耗。圖1中，電源為電路提供總電流(IT)，其中IQ是運算放大器的靜態(tài)電流，IL是負載電流。
圖1. 單電源運算放大器，帶有一個對地電阻負載。
電流和電源電壓相乘得出功率。首先按照以下公式計算靜態(tài)功耗(PQ)、負載功耗(PL)以及總功耗(PT)：
PQ = VDD × IQ
PL = VDD × IL
PT = PQ + PL = VDD × (IQ + IL)
為降低實際消耗的功率，必須同時減小PQ和PL。減小VDD、IQ和IL都可以達到這一目的。
通常情況下，IC數(shù)據(jù)資料會給出IQ或PQ參數(shù)，但很少提到典型信號和典型負載條件下的平均功耗。對于便攜式視頻濾波放大器，由于電路不是處于關斷狀態(tài)，就是完全開啟，因此，PQ幾乎是無用信息。完全開啟時，視頻濾波放大器為負載提供視頻信號驅動。沒有視頻負載時，為了節(jié)省電池能量，應關斷視頻濾波放大器；如果在沒有視頻負載時開啟視頻濾波放大器，會造成電池能量的浪費。
3.3V視頻濾波放大器的功耗
當3.3V視頻濾波放大器向負載提供視頻信號驅動時，功耗增大，如表1所示。平均功耗定義為視頻濾波放大器以50%平場視頻信號驅動150Ω對地負載時的功耗。50%平場信號作為典型的視頻信號，在電視上顯示為灰屏(PL取決于圖像內容，黑屏時功耗最低，白屏時功耗最大)。注意，盡管元件的PQ差別很大，平均功耗卻非常接近。
表1. 各種視頻濾波放大器的平均功耗和靜態(tài)功耗
| Company | Part | Supply Voltage (V) | Average Current (mA) | Average Power (mW) | IQ (mA) | PQ (mW) | Output Style |
| Maxim | MAX9502 | 3.3 | 13.5 | 44.6 | 5.3 | 17.5 | Positive DC bias |
| TI? | OPA360 | 3.3 | 12.2 | 40.1 | 6 | 19.8 | Zero DC bias |
| Maxim | MAX9503 | 3.3 | 13.2 | 43.4 | 12 | 39.6 | DirectDrive? |
將視頻信號驅動至視頻負載造成功耗增大，這在很大程度上取決于視頻放大器的輸出方式。MAX9502輸出視頻信號采用了正向直流偏置(參見圖2)。維持輸出信號的正向直流偏置會使總功耗增大。因此，MAX9502必須供出大約8.7mA的電流(圖2b中以藍色粗線表示的電壓除以150Ω)。
圖2. MAX9502G應用電路，輸入、輸出為50%平場信號。
圖2a. 50%平場信號波形，輸入到需要測試的視頻濾波放大器。
圖2b. MAX9502G的輸出波形，藍色曲線表示50%平場信號的近似平均直流電平。
OPA360 (表1)的輸出可以配合SAG網(wǎng)絡工作，它由兩個交流耦合電容組成(圖3)。這些電容阻斷了輸出和負載之間的直流連接。因此，放大器不需要源出或吸入維持輸出偏置的電流，從而降低了功耗。
圖3. 對于50%的平場信號，由于電容阻斷了輸出和負載之間的直流連接，因此，OPA360應用電路可有效降低功耗。
圖3a. OPA360輸出波形中的藍色曲線表示50%平場信號的近似平均直流電平。
利用Maxim受專利保護的DirectDrive技術，MAX9503能夠輸出接近零直流偏置的視頻信號，無需任何交流耦合電容(參見圖4)。由于片內反向電荷泵可產生負電壓，因此，這一技術使MAX9503能夠輸出地電平以下的信號。盡管DirectDrive增大了PQ，但由于PL降低，MAX9503的平均功耗能夠與MAX9502和OPA360保持在同一水平。由于直流偏置接近地電平，MAX9503只需源出較小的電流。
圖4. 50%平場信號通過MAX9503G應用電路。
圖4a. MAX9503G輸出波形中的藍色曲線表示50%平場信號的近似直流平均值。
新一代產品：1.8V視頻濾波放大器
MAX9509是Maxim新一代視頻濾波放大器系列的首款器件，大大降低了平均功耗和PQ，如圖5所示。其電源電壓(VDD)由3.3V降到了1.8V，1.8V是移動電話正在逐漸使用的數(shù)字I/O電壓；靜態(tài)電源電流(IQ)也由12mA降到了3.1mA (參見表2)。
圖5. MAX9509 1.8V應用電路處理50%平場信號，大大降低了功耗。
圖5a. 50%平場波形輸入到MAX9509；其振幅是圖2a中波形振幅的一半。
圖5b. MAX9509輸出波形中的藍色曲線表示50%平場信號的近似直流平均值。
表2. MAX9509的平均功耗和靜態(tài)功耗
| Company | Part | Supply Voltage (V) | Average Current (mA) | Average Power (mW) | IQ (mA) | PQ (mW) |
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