视频设计中的交流耦合

视频设计中的交流耦合

目前，在视频系统（机顶盒、PVR、TV等）的设计中采用集成式视频滤波器/驱动器有多种耦合与钳位配置方式，例如输入交流或直流耦合、输出交流或直流耦合、各种输入箝位和偏压配置等。对于这些配置方式，设计者首先需要判断几个方面的问题。

如果设计者准备采用交流耦合输入的方式，那么他必须清楚的是，输入视频信号的直流成份将会发生损耗，因此必须通过滤波器/驱动器的输入偏压和钳位电路对直流偏压电平进行设置。如果滤波器输入没有钳位和偏压电路或者有源直流恢复环路，那么就需要增加一个外部偏压网络，以便正确设置共模输入电平。

交流耦合

通过交流耦合将模拟视频输入信号耦合输入某一设备中，这种方式在视频和图像处理系统中非常常见，它允许接收器设置其自身最优的偏压电平（在电容的设备一侧），而不受驱动信号的直流偏压电平的影响。例如，模数转换器（ADC）的接收器可以将视频信号的钳位或消隐电平设为等于内部ADC的编码零电压，而不管驱动信号的绝对直流电平是多少。

另外一种情形是纯模拟系统，其中接收器可能希望将模拟信号的共模电平设置为VCC/2左右，以获得最优的信号处理余量。接收器还能够将“钳位”电平与预设的直流参考电压匹配起来，实现兼容而稳定的直流输出电压。通过阻断直流分量，接收器能够防止自身对直流电流的潜在破坏。

图三种支持板级钳位电路的视频滤波电路，分别为输入和输出交流耦合配置（A）；SAG模式下的工作配置（B）；直接耦合方法（C）。

电容的选择

现在我们来分析如何选择合适的电容，实现视频输入信号与图(A)视频滤波器/驱动器器件的耦合。为了限制与交流耦合相关的低频偏斜（倾斜），我们必须正确设置3dB下截止频率的位置。

在这里，视频信号的带宽要求采用一个足够大且能够通过最小频率的电容，这一频率是50Hz或60Hz的帧速率。输入电路包括交流耦合电容和视频滤波器的输入阻抗。

在计算3dB下截止频率时，设计者可以使用公式f=1/2πRC。如果使用0.1μF的电容和800kΩ的输入阻抗，那么可以计算出2Hz的截止频率，这一结果足以通过50或60Hz的帧速率。

由于在较高的频率下电容会出现短路现象，因此我们不必担心高频滚降问题。在大多数应用中，具有极低ESR的0.1μF耦合钽电容就足以胜任这一工作。

在选择正确的输入耦合电容之后，下一步是选择输出耦合电容的值。假设在这里器

件需要驱动一个75Ω后设终端的传输线，那么输出电容的有效电阻为150Ω。

由于该负载是阻抗相对较低的传输线——另外我们仍然需要通过50或60Hz的帧速率——因此，所需的输出耦合电容相对较大。如果使用之前我们在计算输入耦合电容时采用的计算方法——这里使用220μF的耦合电容和150Ω的负载——我们可以计算出转角频率为4.8Hz，这一结果对于通过上述帧速率同样是足够的。

大多数应用都需要更严格的场倾斜指标，并使用470μF或1000μF的器件作为耦合电容。交流耦合输出要求接收器设置输入端为共模电压，这是与输入视频信号的直流电平无关的。

75Ω的串联端接电阻应该放在距离滤波器/驱动器输出端尽可能近的地方。这样有助于隔离下游的寄生电容和来自各种器件输出时的电感，实现最佳的信号状态。

SAG模式

交流耦合输出方式有一些缺点，包括需要大号的昂贵电容、有信号倾斜或偏斜问题（除非使用非常大的耦合电容）、损失视频信号的直流分量等。如果采用交流耦合方式，我们可能需要一种具有SAG功能的视频滤波器，如图（B）所示。

SAG功能是与器件电路相结合的一种反馈网络，它能够避免使用非常大的耦合电容。利用SAG功能，我们可以使用非常小的电容，电容值将比普通的交流耦合电容配置低10倍左右。

在SAG模式下配置的视频滤波器通常呈现9dB的直流增益（3x），在25Hz左右会回到正常的6dB增益（2x）。当这种滤波器用于采用3V电源电压的移动设备中时就会带来一个问题，因为器件输出端（在负载之前）的偏移电压处于750mV左右。

典型的视频输入信号是1Vp-p。滤波器/驱动器具有2x的增益，这一增益使得输出信号为2Vp-p再加上750mV的直流偏移量，产生2.75V的高边信号。

这种情形会驱动信号进入低至2.7V的Vcc电压，并开始夹断视频信号的顶部，从而引起不希望出现的信号失真现象。通过在SAG引脚和Vcc’之间设置一个电阻就可以克服这一偏移电平，该电阻将把直流偏移电平降低到一个范围，防止输出信号在正常的电源电压范围内被夹断。

替代方法

交流耦合视频信号的另外一种替代方法就是采用如图（C）所示的直接耦合方法。市场上有很多可用器件，既可以用于交流耦合也可以用于直流耦合的系统设计应用。

直流耦合的目的在于通过一个单端参考地的输入信号来驱动器件。视频/图像DAC 的标准电流模式输出就是一个例子。

这些常见的DAC器件采用双重端接75Ω负载（37.5Ω）作为电流型DAC的负载，产生输出电压。因此，这类系统中的DAC输出具有已知的参考地的直流电平。

这一系列的视频滤波/驱动器件能够很好的支持视频DAC输出，具有下列优势：●不需要输入耦合电容；

●没有隐含的箝位稳定时间；

●没有输入电容放电导致的倾斜问题；

●没有输入阻抗限制；

●不需要片上同步剥离器、电荷泵电路和伺服环路。

直流耦合输出是将视频信号馈入视频媒体设备最直接的方法。这种方法不需要增加耦合电容，能够将没有倾斜的信号传送给媒体设备。

这一方法也有一些缺点，例如，接收器必须要知道输入的直流电平才能正确处理视频信号，另外它对输出电压的绝对直流电平没有反馈控制，而这一电平可能会随着系统温度和电源电压的变化而发生改变。大多数媒体设备都在输入端采用交流耦合的方式，然后在ADC上采用视频信号的直流恢复值实现正确的色彩控制。

因此，直流耦合输出信号可能是最划算和直接的视频信号耦合方法。此外，直流耦合还消除了输出信号被两次交流耦合的问题：一次在滤波器/驱动器的输出端，另一次在媒体设备的输入端。