交流耦合視頻驅(qū)動(dòng)程序的直流恢復(fù)電路

作者：Christopher John Gozon ADI公司

簡介

后視攝像頭提供汽車后面區(qū)域的通暢視野。這些攝像頭通常用于汽車應(yīng)用，使駕駛員能夠安全倒車。安裝后視攝像頭時(shí)，視頻源信號(hào)和視頻驅(qū)動(dòng)電路是典型的交流耦合信號(hào)，以對器件提供隔直處理。視頻信號(hào)的直流電平代表黑色的顯示等級(jí)，該電平必須恒定才能適應(yīng)視頻處理電路。

本應(yīng)用筆記說明恢復(fù)復(fù)合視頻信號(hào)的正確直流電平的方法。

圖1.使用ADA4433-1的直流恢復(fù)電路原理圖

復(fù)合視頻信號(hào)說明

復(fù)合視頻信號(hào)也稱為顏色、視頻、消隱和同步（CVBS），是電子中最復(fù)雜的波形之一。亮度信息、顏色信息和同步信號(hào)組合形成復(fù)合視頻信號(hào)。圖2顯示全白美國國家電視系統(tǒng)委員會(huì)（NTSC）復(fù)合視頻信號(hào)的典型波形。

圖2.全白NTSC復(fù)合視頻波形

在圖2中，視頻信號(hào)相當(dāng)于一條水平掃描線。一條掃描線由一個(gè)有效視頻部分和一個(gè)水平消隱部分組成。有效視頻部分包含圖片的亮度信息（亮度）和顏色信息（色度）。亮度是信號(hào)的瞬時(shí)振幅，色度是正弦波。為了識(shí)別圖片的顏色（黃色、青色、綠色、品紅、紅色和藍(lán)色），可比較正弦波相位和顏色同步相位間的差異。色度被施加到亮度信號(hào)上。此復(fù)合信號(hào)如圖3所示，圖中顯示了電視彩條的掃描線。

圖3.電視彩條的掃描線

有效視頻部分的幅度對應(yīng)于色彩量（飽和度），色度和色同步之間的相位差表示顏色的色調(diào)。水平消隱部分包含水平同步脈沖以及位于同步脈沖上升沿后面的色同步（稱為后沿）。

交流耦合

視頻源通過輸出電容（C_S）進(jìn)行交流耦合。此方法可防止設(shè)備受到潛在損壞，如電池意外短路或直流電流而導(dǎo)致的電源連接。

CS存儲(chǔ)電壓信號(hào)的平均值。視頻內(nèi)容會(huì)影響視頻波形的平均電壓信號(hào)，例如，黑色電平隨場景亮度而變化。根據(jù)視頻內(nèi)容，如NTSC或逐行倒相制（PAL），必須考慮一個(gè)時(shí)間常數(shù)，因?yàn)镃S和放大器的高輸入阻抗相結(jié)合產(chǎn)生的濾波器的時(shí)間常數(shù)為τ = R ×?C_S，截止頻率（f_C）計(jì)算如下：

其中，R是放大器的輸入阻抗。

C_S和R值是可能導(dǎo)致信號(hào)幅度下降的變量。

下降是從視頻的左側(cè)沿到右側(cè)沿的亮度變化，這會(huì)導(dǎo)致顯示器上可見暫時(shí)閃爍或淡入淡出。下降幅度必須低于人類感知。要最大限度地減少下降，交流耦合電路的時(shí)間常數(shù)必須盡可能短。為了補(bǔ)償短時(shí)間常數(shù)，可在電路中添加一個(gè)或多個(gè)電容。因此，必須適當(dāng)調(diào)整電容的值。在選擇正確的電容時(shí)，低泄漏比等效串聯(lián)電阻（ESR）的指標(biāo)更重要。

要正確設(shè)置輸入共模電平，濾波器或驅(qū)動(dòng)器輸入需要一個(gè)鉗位和偏置電路。

采用肖特基二極管的直流恢復(fù)

對視頻設(shè)備的輸出進(jìn)行交流耦合時(shí)，直流內(nèi)容會(huì)丟失。要恢復(fù)直流偏置電平，視頻源的交流耦合輸出必須使用直流恢復(fù)或箝位電路箝位至基準(zhǔn)直流電壓。使用交流耦合時(shí)，最大限度地減小電源需求的一種方法是使用肖特基二極管進(jìn)行直流箝位，如圖1所示。在此應(yīng)用中使用肖特基二極管比普通硅或鍺二極管具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。肖特基二極管具有低正向電壓和快速恢復(fù)或開關(guān)時(shí)間。射頻（RF）肖特基二極管的導(dǎo)通電壓低。具有30 mV導(dǎo)通電壓的二極管在單電源應(yīng)用中可提供令人滿意的結(jié)果。

當(dāng)耦合電容上的負(fù)載較高時(shí)，如ADA4432-1輸入阻抗緩沖器，耦合電容上的平均電壓沿正向電壓向上滲透。低電壓肖特基二極管提供同步端箝位功能，如圖4所示。當(dāng)二極管的陰極電壓高于零時(shí)，二極管用作單向開關(guān)。因此，信號(hào)的最低部分被強(qiáng)制為基準(zhǔn)電壓，即肖特基二極管陽極的電壓電平。耦合電容的值也取決于終端電阻。如果75 Ω終端電阻與肖特基二極管并聯(lián)，則耦合電容必須很大（~100 μF或更大）。如果終端電阻高，則為1 μF或更低的耦合電容是合適的。此電路有一個(gè)缺點(diǎn)，即由于二極管導(dǎo)通電流，同步端有輕微的損失。因此，在系統(tǒng)中低漏電流比高ESR更重要。

ADA4432-1的運(yùn)行電壓為3.3 V，放大器輸出的增益為2。因此，典型的1 V p-p NTSC復(fù)合信號(hào)具有以下設(shè)計(jì)余量：

其中：

V_OL是高電壓輸出。

V_OL是低電壓輸出。

圖4.箝位復(fù)合信號(hào)

結(jié)論

將視頻源交流耦合至接收器時(shí)，恢復(fù)復(fù)合信號(hào)的適當(dāng)直流電平對于提供已傳輸視頻信號(hào)的正確亮度至關(guān)重要。因此，務(wù)必考慮正確的電容值以避免電壓幅度下降，并使用低電壓肖特基二極管以減少同步端損失。直流箝位還可防止改變場景時(shí)同步信號(hào)漂移，因?yàn)槎O管為同步端提供恒定基準(zhǔn)電壓。