消費電子設(shè)備中的視頻IC

　　引言

　　現(xiàn)在，消費者被高質(zhì)量的視頻所包圍，因此不可能再接受有一點"雪花"畫面的出現(xiàn)。今天消費視頻設(shè)備的制造商正尋找為消費者提供經(jīng)濟及高質(zhì)視頻產(chǎn)品的方法。半導(dǎo)體制造商則正在集成以前由分立元件實現(xiàn)的功能，協(xié)助消費設(shè)備制造商提高性能、節(jié)省寶貴的電路板空間及降低成本。視頻濾波功能是一個極佳的例子。視頻濾波能通過剔除方法 (過濾掉) 去除會降低圖像質(zhì)量的無用信號和高頻偽信號，以改善視頻圖像質(zhì)量。目前，市場上的視頻濾波IC為設(shè)計人員提供了緊湊、具成本效益和更可靠的方案來替代標(biāo)準(zhǔn)的無源濾波器解決方案，而這些高度集成器件整合的功能如下：

　　* 低通濾波器，其截止頻率可針對標(biāo)清 (SD)、逐行掃描 (PS) 或高清 (HD) 應(yīng)用進行調(diào)整;

　　* 輸出驅(qū)動器，具有多種增益，能夠驅(qū)動多個75W的視頻負(fù)載;

　　* 輸入多路復(fù)用器，可在多個視頻輸入之間進行切換;

　　* 直流恢復(fù)功能;

　　* 片上鉗位/偏置選擇，可處理各種視頻格式 (RGB、YPbPr、YUV、Y/C、CV);

　　* 相比分立元件濾波器的電路板面積節(jié)省達(dá)50% 以上。

　　集成度和功能

　　今天的消費電子產(chǎn)品能夠處理多個視頻標(biāo)準(zhǔn)。作為消費者，我們當(dāng)然希望電視能夠從數(shù)碼相機、電纜箱 (cable box)、VCR、DVD播放器、游戲機等設(shè)備接收輸入信號，并期望電視可以接收所有這些視頻源而不會有任何丟失。集成視頻濾波驅(qū)動器便為消費視頻產(chǎn)品制造商提供這個能力，通過集成的解決方案實現(xiàn)這個目的。現(xiàn)在的視頻濾波驅(qū)動器IC已可處理任何視頻情況。許多視頻濾波驅(qū)動器，如飛兆半導(dǎo)體的FMS6407，都具有可選的濾波器截止頻率以處理標(biāo)清 (SD)、逐行掃描 (PS) 或高清 (HD) 視頻信號。而且還集成了輸入偏置/鉗位電路，可以適應(yīng)各種視頻格式。許多集成視頻濾波驅(qū)動器甚至還可以提供其它常用的視頻功能。例如，在許多情況下，SYNC信息會在視頻信號完成DAC轉(zhuǎn)換過程之后丟失。這情況一般稱作“綠色分量上無同步信息”(No SYNC on Green)。目前市面上某些視頻濾波驅(qū)動器具有額外的SYNC輸入端子，提供標(biāo)準(zhǔn)的"綠色同步信號"(SYNC on Green) 輸出。若沒有集成這一功能，工程師就必須建立 SYNC產(chǎn)生電路來完成這個任務(wù)。

　　這個集成趨勢可以節(jié)省電路板空間、減少元件數(shù)目并提高可靠性。以一個普通電視為例，現(xiàn)今市場上許多電視都為用戶提供兩個額外的輸入端子 (輸入1和輸入2)。電視因此必須能夠在三個輸入端子之間切換。表1 列出了可能的組合方式。每一種視頻標(biāo)準(zhǔn)都以不同的頻率傳輸，故需要不同的低通濾波器：SD以8MHz傳輸、PS 以15MHz，而HD 以 32MHz。視頻格式RGB和YPbPr信號通過3個信道傳輸，而CV 和 Y/C則需要2個。請想想分立元件如要提供所有這些組合所需的元件數(shù)目！典型的3階分立LC濾波器需要14個元件，見圖1。每一個分立LC濾波器信道都專為一個截止頻率而設(shè)計。為了適應(yīng)其它視頻標(biāo)準(zhǔn)，便需要設(shè)計多個信道，并且需要額外的分立sync生成和偏置電路來確保不同視頻格式的正確功能。一個具有輸入多路復(fù)用器并適合于三種視頻標(biāo)準(zhǔn)的集成式3信道視頻濾波驅(qū)動器能夠輕易取代超過100個分立元件，并能節(jié)省電路板面積達(dá)50%。
集成濾波驅(qū)動器還能夠提升性能，并提供4階、5階或甚至6階濾波器。更高階的濾波器能增強去除無用偽信號的能力。比較傳統(tǒng)的3階無源設(shè)計，高階濾波器提供更好的帶內(nèi)和阻帶濾波器特性，能減少視頻信號中的偽信號，從而提高圖像質(zhì)量。

　　集成在一塊芯片上還可提高濾波器的可靠性。無源元件的龐大容限會造成濾波器響應(yīng)出現(xiàn)頻率波動。當(dāng)使用分立元件時，要獲得穩(wěn)定連貫的視頻性能，便需要對濾波器頻率進行調(diào)校。若采用集成解決方案便可免除了這項耗時的工序。許多集成視頻濾波驅(qū)動器的頻率響應(yīng)都有 <±10% 的波動。這和分立電容及電感元件的標(biāo)準(zhǔn)±20% 容限形成鮮明的對比。如果未經(jīng)篩選，分立LC濾波器可能具有超過 ±20%的頻率波動。LC濾波器性能會隨時間變化，但集成濾波器則具有穩(wěn)定一致及不會隨時間改變的濾波頻率。

　　掌中視頻

　　手持式設(shè)備是集成視頻濾波驅(qū)動器的新興市場。當(dāng)手持設(shè)備與電視、顯示器或打印機相連時，象數(shù)碼相機和可攜式攝像機等就需要額外的驅(qū)動能力。這方面最大最新的市場首推蜂窩電話。幾年前，將相機功能加到手機中是不可思議的事?，F(xiàn)在，市場上大約40% 的手機都包含了相機功能，許多甚至還能拍攝視像。2006年，美國的手機用戶更能夠在手機上收看多達(dá)20個電視頻道。估計2006年制造的手機約10% 都擁有視頻功能。因此，處理由手機至電視或外部顯示器的復(fù)合視頻信號的濾波及驅(qū)動器件遂應(yīng)運而生。

　　針對視頻手機市場的視頻濾波驅(qū)動器的明顯要求是：以最低的成本實現(xiàn)最佳的尺寸、功耗和復(fù)合視頻功能。飛兆半導(dǎo)體的 FMS6151 是目前市面上最小型的視頻濾波器，其尺寸僅為1.45mm x 1.0mm x 0.55mm，足可以與一粒鹽粒相媲美 (見圖2)。

　　隨著越來越多的消費設(shè)備需要處理視頻信號，市場對高性能及低成本視頻IC的需求正不斷增長。現(xiàn)在，高性能視頻IC的終端市場不再局限于高端廣播和專業(yè)視頻應(yīng)用。例如，集成視頻濾波驅(qū)動器現(xiàn)已設(shè)計于多種消費設(shè)備中，包括蜂窩電話、數(shù)碼相機、DVD播放器、機頂盒和數(shù)字電視等。目前，市場上的視頻濾波IC能為設(shè)計人員提供緊湊、具成本效益及更可靠的方案，以替代標(biāo)準(zhǔn)的無源濾波器解決方案，它們的主要優(yōu)點包括：

　　* 增加的功能組和功能性；

　　* 可選的截止頻率，可處理多種視頻標(biāo)準(zhǔn)；

　　* 無需分立濾波器所需要的調(diào)階功能以消除波動；

　　* 信道間的性能一致性；

　　* 減少元件數(shù)目；

　　* 無外部頻率選擇元件或時鐘；

　　* 連續(xù)時間低通濾波器；

　　* 強大的ESD保護功能。