視頻放大器,視頻放大器是什么意思
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必須根據通過(guò)信號低頻成分的要求來(lái)計算輸入/輸出電容值。(圖1)
對下陷進(jìn)行進(jìn)一步的頻率補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(chǎng)測試信號或條形圖測試信號中，下陷表現為掃描期間視頻波形中的一個(gè)斜移，在TV監視器上，下陷就表現為從圖像一邊到另一邊或從上到下的亮度變化。對低端產(chǎn)品而言，其影響可以被忽略，但在專(zhuān)業(yè)設備和廣播設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由后端匹配傳輸線(xiàn)和輸出電容形成的高通濾波器進(jìn)行低頻補償的基礎上。圖2中給出了補償電路。產(chǎn)品數據表一般都會(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 )對直流耦合產(chǎn)生什么影響？
許多不帶或帶有內部增益調節電阻的輸出驅動(dòng)器，可以控制正負擺動(dòng)的信號，其缺點(diǎn)是需要一個(gè)±5-V電源。在專(zhuān)業(yè)的高端設備中可以接受額外增加的復雜性，但對于面臨成本和電路板空間約束的設計而言就沒(méi)有吸引力。幸好最新的放大器具有一個(gè)內部電荷泵，可以產(chǎn)生達-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？
到現在為止，直流耦合視頻放大器還處于小范圍應用。2005年年中，兩家芯片供應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，以在視頻輸入端對來(lái)自數模轉換器的信號進(jìn)行重建濾波。兩家供應商在處理電荷泵噪聲的方式上略微有所區別，但都取得了出色的結果。單放大器芯片采用了一個(gè)電荷泵和線(xiàn)性調壓器，而三放大器芯片則采用一個(gè)多級電荷泵。
視頻放大器的發(fā)展與挑戰
更低功耗、更小封裝以及良好的匹配性的要求
近幾年隨著(zhù)手機和LCD電視等市場(chǎng)的不斷擴大，用戶(hù)對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體等紛紛推出了新型放大器來(lái)滿(mǎn)足視頻應用領(lǐng)域對于驅動(dòng)器和緩沖器的需求。
凌特公司針對高性能視頻領(lǐng)域推出的型號為L(cháng)T6553的放大器，分辨率超過(guò)了1600x1200像素，LT6553適用于SXGA和UXGA LCD投影儀及監視器、數字顯示器(presenters)、掃描儀，以及車(chē)載導航和車(chē)內視頻系統等汽車(chē)顯示器系統、數碼相機及CCD影像系統。對于簡(jiǎn)單的多路復用和信號路由，LT6553具有關(guān)/閉功能，能夠在50ns內啟動(dòng)，適合擴頻和便攜式應用。
英特矽爾公司為了滿(mǎn)足高分辨率顯示器接口的要求推出了EL536x系列新型運算放大器，EL536x系列三電反饋放大器滿(mǎn)足高帶寬和低噪聲方面的要求，最重要的是，脈沖響應受到控制。這些新器件的功耗低于將三個(gè)單獨的放大器組合到一起，單片架構也可獲得更加出色的增益匹配。德州儀器(TI)的OPA693視頻驅動(dòng)器解決方案提供良好的脈沖響應，面向新興的高分辨率RGB應用。OPA693是目前市場(chǎng)上最快的+/-5V固定增益放大器，DC和AC精度顯著(zhù)提高，它的優(yōu)勢在于高達700MHz的帶寬和2500 V/us轉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(lèi)產(chǎn)品。
飛兆半導體推出的FMS6418A是一款高度集成的三輸出視頻驅動(dòng)器，可用于高清(HD)或者標準分辨率(SD)信號過(guò)濾，在對信號進(jìn)行數字化(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(guò)濾)D/A轉換過(guò)程引起的artifact。該產(chǎn)品面向HDTV顯示器、有線(xiàn)和衛星機頂盒、DVD、PVR、視頻點(diǎn)播、音頻/視頻接收機等領(lǐng)先的視頻應用領(lǐng)域，具有更高的性能及靈活性，減少了元件數量。FMS6418A具有三個(gè)6代順序濾波器，頻率可以是30 MHz (HD)或8 MHz (SD)。FMS6418A在每個(gè)濾波器通道上結合了一個(gè)2：1多路復用器，三個(gè)通道全部具有過(guò)濾和輸出放大功能。與分立式解決方案相比，在成本和設計方面具有優(yōu)勢。
不同應用領(lǐng)域需求各異
盡管制造商推出了種類(lèi)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。要求最苛刻的應用領(lǐng)域是液晶投影機領(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)挑戰是讓視頻通過(guò)很長(cháng)的電纜線(xiàn)，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(wèn)題，能在1000英尺長(cháng)的雙絞線(xiàn)上傳輸視頻。
在設計任何應用的視頻系統時(shí)，視頻放大器的性能都非常關(guān)鍵。其中一種應用是寬帶視頻路由器和交換機，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部運算放大器，甚至10倍于所需要的帶寬。制造商廣告中所說(shuō)的帶寬數字是可以造假的，要關(guān)注的重要帶寬數字是大信號帶寬(LSBW)規格，通常被認為是1 volt peak-to-peak (Vpp)甚至更高。許多制造商廣告中所說(shuō)的是小信號帶寬(SSBW)，但是，總體來(lái)說(shuō)視頻信號使用的是大信號(2Vpp)?？蛻?hù)可能被小信號規格所誘惑，但是LSBW數值較高的產(chǎn)品更有價(jià)值。
意識到了市場(chǎng)對LSBW的需求，國家半導體最近推出了一種三寬帶、750 MHz的運算放大器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轉換速率和200 MHz 的0.1dB增益平度，在驅動(dòng)高分辨率RGB視頻信號方面的性能優(yōu)于同類(lèi)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系統需要30~50 MHz 的0.1dB增益平度。另一方面，當面對高分辨率視頻信號(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)行設計時(shí)也需要注意一些問(wèn)題，如信號的失真等等。為使視頻放大器帶給視頻信號的失真降至最小，這點(diǎn)非常重要。使用專(zhuān)業(yè)級設備的多數客戶(hù)，將會(huì )考慮第二和第三級諧波失真，-80至-90 dBc @ 5MHz是其系統的最低要求。當面對復合視頻信號時(shí)，差分增益/差分相位(DG/DP)數值非常重要，一般要求其為0.02%/0.02，或者更低。在復合視頻中，顏色信息在亮度信息的上面，因此最低的DF/DP數值將生成最清晰的和失真最小的圖像質(zhì)量。
對于數碼相機和可播放電視的手機等便攜式視頻設備來(lái)說(shuō)，最重要的是高集成度、低功率關(guān)機、小尺寸封裝和容易連接到DSP芯片上的嵌入式視頻D/A轉換器。良好的視頻顯示是重要的，但消費類(lèi)產(chǎn)品的視頻要求不象廣播和專(zhuān)業(yè)級視頻領(lǐng)域那樣苛刻，對于這種應用來(lái)說(shuō)電壓反饋是極其重要的配置。這類(lèi)放大器的重要特點(diǎn)包括：集成式過(guò)濾器幫助重建DAC信號、低功率關(guān)機（最好低于5uA）、低電壓（最好利用2.8-5V的單電源運行）、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(lái)市場(chǎng)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(lái)越高。隨著(zhù)便攜產(chǎn)品的視頻分辨率由VGA提高至SXGA和更高水平，運算放大器的速度也將隨之提高，運算放大器也要改善其帶寬和失真性能，以滿(mǎn)足高分辨率視頻的要求。市場(chǎng)的總體需求趨勢大體相同：比如便攜式產(chǎn)品對更低電壓的要求意味著(zhù)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完整性和降低串擾低功耗；更快的速度以滿(mǎn)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，它允許系統設計人員調整帶寬，實(shí)際上是速度-功率旋鈕。這意味著(zhù)系統設計人員可以設定放大器，使之在給定的信號帶寬上永遠不會(huì )耗用過(guò)多的功率。
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