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支持通過(guò)UTP傳輸視頻的完整寬帶驅動(dòng)器和接收器解決方案，針對RGB、YPbPr及其他 連接/參考器件 AD8147 用于寬帶視頻的三通道視頻驅動(dòng)器 AD8122 具有可調線(xiàn)路均衡特性的三通道差分接收器 AD8120 三通道偏斜補償視頻延遲線(xiàn)，內置模擬和數字控制功能 評估和設計支持 電路評估板 EVAL-CN0275-EB1Z（包括EVAL-CN0275-TX-EBZ發(fā)射板和EVAL-CN0275-RX-EBZ接收板） 設計和集成文件 原理圖、布局文件、物料清單 電路功能與優(yōu)勢 無(wú)屏蔽雙絞線(xiàn)(UTP)——如Category-5e (Cat-5e)——最初設計為傳輸局域網(wǎng)(LAN)信號 ，現已成為其他許多信號傳輸應用的經(jīng)濟型解決方案，因為它具有可觀(guān)的性能和低成本優(yōu)勢。 這些應用均為傳輸寬帶視頻信號的系統，它們采用4對雙絞線(xiàn)中的3對傳輸紅、綠、藍(RGB)電腦視頻信號或亮度和兩個(gè)色差(YPbPr)、高清分量視頻信號。 視頻信號消隱間隔中可嵌入所需的水平和垂直同步脈沖，這些脈沖亦可在3對雙絞線(xiàn)中作為共模差分信號傳輸。這些系統經(jīng)常包含視頻交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)，并用于將來(lái)自少量信號源的視頻信號分發(fā)至許多顯示器（如數字標牌應用），或將來(lái)自大量信號源的視頻信號分發(fā)至幾個(gè)顯示器，如鍵盤(pán)-視頻-鼠標(KVM)網(wǎng)絡(luò )。 通過(guò)UTP電纜傳輸的信號主要受三個(gè)損害的影響，這些損害會(huì )導致視頻質(zhì)量下降 ● 集膚效應造成非線(xiàn)性帶寬損失，導致信號消散和高頻信號內容丟失。 該損害導致圖像銳度下降并出現暗條紋。 ● 阻性損耗帶來(lái)低頻平坦性降低，造成圖像對比度下降。 ● 為了減少線(xiàn)對間的串擾，每一組線(xiàn)對都采用了雙絞結構，但是對絞率（走線(xiàn)長(cháng)度）的不同會(huì )導致4對雙絞線(xiàn)之間存在延遲偏差。 由于收到的3路信號在時(shí)間上存在對齊誤差，延遲偏差導致收到的圖像出現色彩誤差。 圖1所示的解決方案通過(guò)采用AD8122三通道接收器/均衡器恢復視頻信號的高頻內容，同時(shí)提供平坦增益，從而克服了這些損害。AD8120三路偏斜補償模擬延遲線(xiàn)會(huì )在兩路最先到達的信號中加入延遲，使得三路收到的信號在時(shí)間上正確對齊。 AD8147三通道驅動(dòng)器提供視頻源信號所需的單端至差分轉換。 圖1. 均衡與延遲補償UTP驅動(dòng)器和接收器（原理示意圖： 未顯示所有引腳、連接和去耦） 電路描述 圖1所示的視頻傳輸系統采用RGBHV視頻信號，其中RGB表示紅、綠、藍視頻信號，HV表示獨立水平和垂直同步脈沖信號。因此，總共5路信號通過(guò)3對雙絞線(xiàn)電纜傳輸。 視頻系統性能以時(shí)域描述最為合適，并且最重要的指標是階躍響應建立時(shí)間。 視頻顯示中兩個(gè)像素之間的轉換通常是階躍函數，且每個(gè)像素持續一段特定的時(shí)間。 理想情況下，視頻的階躍響應應該在像素時(shí)間的一小部分（對于60 Hz時(shí)的UXGA，約為6 ns）內完成建立，并且相對于最終值的誤差應小至忽略不計（低于滿(mǎn)量程約46 dB，或3.5 mV）。 雖然某些頻域性能指標很重要，但最重要的是這些指標在時(shí)域內對視頻信號有何影響。 例如，系統帶寬必須足夠高，以產(chǎn)生上升時(shí)間短到滿(mǎn)足建立時(shí)間規格要求的階躍響應。 然而，單有帶寬還不夠，因為振鈴、過(guò)沖和響應遲緩，甚至寬系統帶寬具有的短上升時(shí)間，都可產(chǎn)生顯著(zhù)的建立誤差。 系統簡(jiǎn)化框圖見(jiàn)圖2。 圖2. 通過(guò)UTP傳輸視頻的系統簡(jiǎn)化框圖 驅動(dòng)器 RGB信號通常源自75 Ω單端、源接端電壓源，且需要75 Ω負載端接。 在負載上，正確端接的信號幅度通常在0 mV和700 mV間變化。 為了通過(guò)UTP傳輸RGB信號，信號會(huì )從單端模式轉換為平衡（差分）模式，然后放大2倍以考慮因UTP源和負載端接造成的6 dB損耗。 這可通過(guò)使用三通道差分驅動(dòng)器輕松實(shí)現，如AD8147。 AD8147根據以下公式提供額外的特性，以編碼TTL邏輯電平、三路輸出共模電壓(VOCM)上的水平和垂直同步脈沖信號： 其中： K表示共模脈沖電壓與中間電源電壓(VMIDSUPPLY)的峰值偏差。 VSYNC和HSYNC是單位加權項，對于邏輯1為+1，對于邏輯0為-1。這種編碼方案產(chǎn)生總交流公模電壓為零的信號，從而最大程度地減少來(lái)自電纜的共模電磁輻射。 驅動(dòng)器評估板包含實(shí)施單端至差分模式轉換和同步脈沖編碼所需的全部功能，包括K的調節。 接收器 UTP電纜的集膚效應產(chǎn)生隨頻率增加而增加的傳輸損耗，導致收到的信號壓擺率損失并且產(chǎn)生抖動(dòng)，并且簡(jiǎn)單電纜電阻導致了電纜對各個(gè)頻段信號均勻的產(chǎn)生了衰減。 圖3通過(guò)對比300米長(cháng)的UTP全擺幅視頻階躍響應與輸入電纜的階躍信號，展示了這些效應。 圖3. 300米Cat-5e非均衡電纜的階躍響應 AD8122三通道均衡器執行差分至單端模式轉換，針對這些信號損害提供高共模抑制和補償。圖4顯示了均衡器輸出端校正后的階躍信號，建立至1%誤差所需時(shí)間少于70 ns。 注意，圖4中的時(shí)間刻度以納秒為單位。 圖4. 300米Cat-5e電纜均衡階躍響應（注意時(shí)間單位為ns） 對于頻域而言，圖5顯示了長(cháng)度為100英尺至1000英尺的Cat-5e電纜的頻率響應，長(cháng)度以100英尺遞增，限帶效應和平坦損耗極為明顯。 圖5. 不同電纜長(cháng)度時(shí)的非均衡Cat-5e電纜頻率響應 有關(guān)AD8122如何有效恢復接收信號的高頻內容以及平坦損耗可通過(guò)對比圖6中AD8122輸出的經(jīng)過(guò)均衡頻率響應處理的信號和圖5中的未經(jīng)過(guò)處理的信號而看出。對于1000英尺（300米）長(cháng)的電纜，60 MHz時(shí)超過(guò)50 dB的非均衡損耗經(jīng)AD8122均衡器優(yōu)化后為3 dB。 圖6. 不同電纜長(cháng)度時(shí)的均衡Cat-5e電纜頻率響應 針對最后一個(gè)損害，AD8120三路延遲線(xiàn)糾正了3對雙絞線(xiàn)之間的時(shí)間偏斜并對信號進(jìn)行了2倍放大，用以驅動(dòng)雙端接75 Ω的視頻信號傳輸系統。 接收器評估板包括AD8122和AD8120以及所需的全部配套電路，包括5個(gè)電位計用于手動(dòng)調節高頻增強、平坦增益和3路延時(shí)。 此外，還提供針對AD8120的可選串行控制接口。 結論 視頻分配系統中遠端的圖像質(zhì)量很重要。 圖像質(zhì)量由建立至與最終值相差3.5 mV所需的階躍響應時(shí)間決定，當該值超過(guò)像素時(shí)間的某一小部分時(shí)，圖像質(zhì)量便開(kāi)始受影響。 圖7顯示了未采用均衡或偏斜校正時(shí)，通過(guò)300米（1000英尺）Cat-5e電纜接收圖像的極端例子。 圖7中的黑色拖尾極為嚴重，階躍響應遲緩，而且時(shí)間偏斜導致色彩失真。 完全校正后的圖像見(jiàn)圖8。 圖7. 未對通過(guò)300米Cat-5e電纜傳輸的圖像應用均衡和偏斜校正時(shí) 圖8. 對通過(guò)300米Cat-5e電纜傳輸的圖像應用均衡與偏斜校正后 發(fā)射器和接收器評估板的實(shí)物照片分別顯示在圖9與圖10中。 圖9. EVAL-CN0275-TX-EBZ發(fā)射器評估板 圖10. EVAL-CN0275-RX-EBZ接收器評估板 常見(jiàn)變化 成本更低的AD8124三通道均衡器在僅需驅動(dòng)最高200米的UTP系統中可替換AD8122。AD8124與AD8122引腳不兼容，且控制功能也有所不同。 驅動(dòng)器除了AD8147，還有很多選擇。AD8146提供和AD8147相同的功能，但不集成專(zhuān)門(mén)的共模同步電路。AD8146通常用在那些將垂直和水平同步脈沖放置在視頻信號消隱間隔中的系統，而非將脈沖置于共模電壓上的系統。AD8148與AD8147規格相同，只不過(guò)它的固定增益為4而非2，并且可配置用于預加重，以驅動(dòng)最高為100英尺的UTP線(xiàn)纜。對于要求功耗更低的系統，AD8133和AD8134可提供與AD8146和AD8147對應相同的功能，并且功耗更低，但它們的帶寬較低。最后，對于可使用5 V電源、成本最低的系統，AD8141和AD8142 CMOS驅動(dòng)器也許是最佳的選擇。 UTP線(xiàn)纜的架設通常很復雜，可能覆蓋較廣的區域、通過(guò)多個(gè)配線(xiàn)架，并且時(shí)而沒(méi)有接地參考。 這些情況可能導致與本地接收器接地參考有關(guān)的接收共模電壓的劇烈波動(dòng)。 在均衡器前端放置一個(gè)具有寬共模范圍的平坦增益差分接收器，如AD8143，則可在這些情況下提供最高21 V的輸入共模范圍。 AD8122和AD8124均同時(shí)支持同軸電纜與UTP電纜。AD8122可使用引腳綁定為任一模式，且AD8124利用VPOLE控制以修改它的頻率響應，支持任一電纜類(lèi)型。 電路評估與測試 ADI公司提供完整的系統級即插即用驅動(dòng)器和接收器評估板，包含所需的全部視頻圖像陣列(VGA)電路和RJ-45連接器。提供帶有旋鈕的電位計以控制均衡和偏斜校正。一個(gè)簡(jiǎn)單的視頻源即可提供最好的測試用例，例如一臺電腦和一臺高質(zhì)量顯示器。若電腦和顯示器支持最高UXGA/60 Hz的分辨率則更佳。 設備要求 需要以下設備： ● 一個(gè)UXGA視頻源（筆記本電腦） ● EVAL-CN0275-TX-EBZ發(fā)射器評估板 ● EVAL-CN0275-RX-EBZ接收器評估板 ● ±5 V電源（兩個(gè)： 一個(gè)用于發(fā)射器評估板，另一個(gè)用于接收器評估板） ● Cat-5e電纜，100英尺至1000英尺，增量為100英尺（Stellar Labs U5E-24-CMR-665，MCM Electronics #24-10510） ● 一臺UXGA視頻顯示器 測試 測試設置的簡(jiǎn)化框圖見(jiàn)圖11。連接設備后，即可使用標準視頻進(jìn)行端到端的測試。 圖11. 通過(guò)UTP傳輸視頻的自動(dòng)調整測試配置功能框圖 |
