視頻濾波器的選擇方法

集成式視頻濾波器在開(kāi)始問(wèn)世時(shí)價(jià)格非常昂貴，是一種主要面向視頻廣播應用、性能極高的元件，后來(lái)才逐漸發(fā)展為適用于機頂盒等成本敏感的消費電子方案。首款主流集成式視頻濾波器于1990年代初期面世，首先用在定向廣播衛星機頂盒(direct broadcast satellite set-top box)和有線(xiàn)機頂盒中。那么，視頻濾波器的作用是什么?其一，是可以作為視頻處理器輸出端上數模轉換器之后的重建濾波器;其二是在機頂盒和DVD設備中用作視頻處理器輸入端上的抗混疊濾波器(anti-aliasing filter)。

　　以往，視頻濾波器的選擇十分容易，只需考慮輸出數量既可：一般復合視頻(CVBS)采用一個(gè)濾波器，S-video采用兩個(gè)濾波器，DVD播放器采用三分量視頻輸出方案，分別標注為Y、Pb和 Pr，這些已經(jīng)成為視頻設備背面的標準配置。這樣一來(lái)，視頻設備用戶(hù)和設計人員必需考慮到的模擬輸出數目總和多達6個(gè)(即CVBS 、S-video (Y，C)、分量視頻(Y，Pb，Pr))。

　　不過(guò)，隨著(zhù)更高清晰度視頻的出現，并因成本不斷降低而為消費者所接受，形勢開(kāi)始改觀(guān)。480、720和1080 (以及其它非美國標準視頻)這些數字的后面開(kāi)始出現字母“i”或“p”，這種奇怪的數字/字母組合也成為視頻領(lǐng)域中不斷增加的術(shù)語(yǔ)之一。那么它們代表什么意思呢?480i、1080p等數字/字母組合是指視頻掃描的顯示行數，以及是采用隔行掃描(i)還是逐行掃描顯示(p)。隔行意味著(zhù)各行交替掃描顯示，逐行則是各行按序連續掃描顯示。

　　隔行掃描是從舊有CRT屏幕設計承傳下來(lái)的技術(shù)，其目的是使玻璃面板上的熒光粉層(phosphors)發(fā)光，讓頂部淡出，同時(shí)底部替代，從而使熒光粉層在圖像完成之前不會(huì )消隱。熒光粉發(fā)光時(shí)間必需很長(cháng)，這樣才能不影響下一幀圖像。逐行則是像素相繼發(fā)光，這種掃描方式的空間分辨率更高，視覺(jué)效果更好。顯然，對于只想觀(guān)看視頻，并無(wú)意成為視頻工程專(zhuān)家的消費者來(lái)說(shuō)，這一切太過(guò)復雜。因此，為了便于理解，同時(shí)便于銷(xiāo)售，需要創(chuàng )造一套簡(jiǎn)短易懂的術(shù)語(yǔ)。于是，在術(shù)語(yǔ)“清晰度”下面就形成了多種數字/字母組合類(lèi)別，主要用來(lái)描述圖像的細節表現能力：清晰度越高，圖像質(zhì)量越好，因為更多的行數意味著(zhù)有更多的像素，使得圖像的色彩和細節層次更加鮮明逼真。

　　關(guān)于信號的命名和清晰度類(lèi)別的分類(lèi)，可以洋洋灑灑寫(xiě)成一篇厚厚的專(zhuān)題論文，而且可能在很長(cháng)時(shí)間內都會(huì )成為視頻工程師的熱門(mén)討論話(huà)題。鑒于討論實(shí)際視頻濾波器目的，這里粗略劃分如下：480p以下是標準清晰度(SD)，480p是增強清晰度(ED)，720p 和 1080i 則為高清晰度(HD)。為方便起見(jiàn)，這里只討論美國標準。此外，在使用高清(HD)這個(gè)術(shù)語(yǔ)時(shí)，許多視頻設備供應商開(kāi)始有所寬松。為了更加精確規范，各視頻行業(yè)協(xié)會(huì )提出了HD ready、HD ready 1080p 和 Full HD等術(shù)語(yǔ)，但此舉成敗參半，甚至或許造成更多混亂。為此，視頻濾波器制造商決定采用術(shù)語(yǔ)SD、ED、HD和 1080p HD，根據濾波器的截止頻率(對于低通濾波器，則為通帶)對濾波器進(jìn)行分類(lèi)：SD 濾波器截止頻率在8MHz左右，ED 在 20 MHz左右，HD 在30MHz左右，而1080p 截止頻率在 65 到70MHz之間。利用截止頻率來(lái)分類(lèi)就非常直接明了。

　　那么，所有這些視頻清晰度和視頻濾波器的選擇又有什么關(guān)系呢?理解這些新的清晰度標準實(shí)際上揭示出視頻濾波器的選擇必須考慮兩方面因素：設計人員必需同時(shí)考慮到通道數目和清晰度。另外，有兩種方法可實(shí)現集成電路濾波：一種是采用濾波器IC組合，另一種是使用能夠處理所有不同通道和清晰度的單個(gè)濾波器IC。那設計人員應該如何抉擇呢?方法之一是設法找到多種能夠滿(mǎn)足各項要求的濾波器。例如，飛兆半導體公司就能夠提供滿(mǎn)足不同要求的廣泛的濾波器組合。

　　開(kāi)始選擇時(shí)，可以參考一下本文的例圖，圖1中所示為飛兆半導體適用于不同通道/清晰度組合的濾波器。圖中一個(gè)軸代表通道數量，另一個(gè)軸代表清晰度類(lèi)型，這可以幫助設計人員更容易地選出合適的濾波器。濾波器選擇只是一個(gè)開(kāi)始，接下來(lái)還有其它問(wèn)題需要處理。但這是一個(gè)很好的開(kāi)端。

　　只要通道數目和清晰度得以確定，設計人員就應該開(kāi)始考慮產(chǎn)品選擇的其它關(guān)鍵因素，比如ESD保護、待機功耗要求、電壓軌要求和封裝類(lèi)型，尤其是在移動(dòng)視頻應用快速增長(cháng)的趨勢下，器件大小也至關(guān)重要。

　　至于ESD，機頂盒制造商對于分立式濾波，已經(jīng)有標準化BAV99保護二極管。但另一方面，集成式視頻濾波器不僅可以省去大量的分立式濾波元件，也可以降低二極管使用數量。對特定產(chǎn)品，集成式濾波器能夠提供高達12KV的ESD保護。ESD保護確實(shí)是一個(gè)一個(gè)值得注意的問(wèn)題，為了避免昂貴的TV核心處理芯片受到損害，設計人員不應該把毫無(wú)保護的視頻輸出產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

　　還有一個(gè)日益受到關(guān)注的問(wèn)題，就是降低待機功耗。待機功耗有時(shí)被稱(chēng)為“功率吸血鬼” (vampire power)，它已成為一個(gè)主要的環(huán)境問(wèn)題。例如，美國加州最近頒布了有關(guān)降低LCD TV待機功耗的法規，其要求這類(lèi)產(chǎn)品必須符合“能源之星(Energy Star)”標準。飛兆半導體將提供帶有關(guān)斷模式的濾波器，以更好地滿(mǎn)足能源之星的要求。

　　WLCSP 和 MicroPak MLP等針對移動(dòng)產(chǎn)品的封裝，現在也開(kāi)始用于視頻濾波器。對移動(dòng)應用產(chǎn)品而言，尺寸至關(guān)重要，故而這些小型封裝特別有用。事實(shí)上，它們的尺寸已經(jīng)小到足以輕松穿過(guò)鹽瓶蓋上的小篩眼。

　　對于視頻濾波器，設計人員應該堅持謹慎認真的設計原則。比如，應該確保連線(xiàn)盡量短，并且靠近實(shí)際輸出端口，以減少電路板寄生效應。這個(gè)概念在飛兆半導體的“應用說(shuō)明AV-6041：視頻濾波器/驅動(dòng)器的PCB 版圖考慮事項”中有更詳細的解釋。

　　只要了解到有哪些產(chǎn)品可用，以及哪些是重要考慮事項，其實(shí)選擇適當的濾波器已經(jīng)變得相當容易。飛兆半導體公司總是非常樂(lè )意為工程師提供其所需的各種協(xié)助。畢竟，幫助客戶(hù)成功就意味著(zhù)視頻濾波器供應商自身的成功，而且視頻工程師也喜愛(ài)探討視頻這個(gè)話(huà)題。在您規劃下一個(gè)設計時(shí)，飛兆半導體公司非常樂(lè )意為您提供及時(shí)和詳盡的支持。