ADI視頻傳輸方案:支持通過(guò)UTP傳輸視頻的完整寬帶驅(qū)動(dòng)器和接收器

電路功能與優(yōu)勢(shì)

無(wú)屏蔽雙絞線（UTP）——如Category-5e （Cat-5e）——最初設(shè)計(jì)為傳輸局域網(wǎng)（LAN）流量，現(xiàn)已成為其他許多信號(hào)傳輸應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)型解決方案，因?yàn)樗哂锌捎^的性能和低成本優(yōu)勢(shì)。這些應(yīng)用均為傳輸寬帶視頻信號(hào)的系統(tǒng)，它們采用4對(duì)雙絞線中的3對(duì)傳輸紅、綠、藍(lán)（RGB）電腦視頻信號(hào)或亮度和兩個(gè)色差（YPbPr）、高清分量視頻信號(hào)。視頻信號(hào)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(duì)雙絞線中作為共模差分信號(hào)傳輸。這些系統(tǒng)經(jīng)常包含視頻交叉點(diǎn)開關(guān)，并用于將小部分視頻信號(hào)源分發(fā)至許多顯示器（如數(shù)字標(biāo)牌），或?qū)⒋蟛糠忠曨l信號(hào)源分發(fā)至幾個(gè)顯示器，如鍵盤-視頻-鼠標(biāo)（KVM）網(wǎng)絡(luò)。

圖1所示的方案通過(guò)采用 AD8122 三路接收器/均衡器以克服這些損害，恢復(fù)視頻的高頻內(nèi)容，同時(shí)提供平坦的增益。AD8120 三路偏斜補(bǔ)償模擬延遲線，在兩路最先到達(dá)的信號(hào) 中加入延遲，使得三路接收信號(hào)在時(shí)間上正確排列。AD8147 三路驅(qū)動(dòng)器提供視頻源信號(hào)所需的單端至差分轉(zhuǎn)換。

圖1. 均衡與延遲補(bǔ)償U(kuò)TP驅(qū)動(dòng)器和接收器（原理示意圖：未顯示所有引腳、連接和去耦）

圖2. 通過(guò)UTP傳輸視頻的系統(tǒng)簡(jiǎn)化框圖

電路描述

圖1所示視頻傳輸系統(tǒng)采用RGBHV視頻信號(hào)，其中RGB表示紅、綠、藍(lán)視頻信號(hào)，HV表示獨(dú)立水平和垂直同步脈沖信號(hào)。因此，總共5路信號(hào)通過(guò)3對(duì)雙絞線電纜傳輸。

視頻系統(tǒng)性能以時(shí)序描述最為合適，并且最重要的參數(shù)是階躍響應(yīng)建立時(shí)間。視頻顯示的兩個(gè)像素之間的傳輸通常是階躍函數(shù)，且每一像素持續(xù)一段特定的時(shí)間。理想情況下，視頻的階躍響應(yīng)最終值誤差應(yīng)小至忽略不計(jì)（低于滿量程約46dB，或3.5 mV），為像素時(shí)間的一小部分（對(duì)于60 Hz時(shí)的UXGA，約為6ns）。雖然某些頻域性能指標(biāo)很重要，但最重要的是這些指標(biāo)如何在時(shí)域內(nèi)影響視頻信號(hào)。例如，系統(tǒng)帶寬必須足夠高，以產(chǎn)生上升時(shí)間滿足建立時(shí)間要求的階躍響應(yīng)。然而，單有帶寬還不夠，因?yàn)檎疋彙⑦^(guò)沖和響應(yīng)遲緩，甚至寬系統(tǒng)帶寬具有的短上升時(shí)間，都可產(chǎn)生極大的建立誤差。系統(tǒng)簡(jiǎn)化框圖見圖2。

驅(qū)動(dòng)器

RGB信號(hào)通常源自75Ω單端、源接端電壓源，且需要75Ω負(fù)載端。在負(fù)載上，正確端接的信號(hào)幅度通常在0 mV和700 mV間變化。若要通過(guò)UTP傳輸RGB信號(hào)，則信號(hào)需進(jìn)行單端模式至平衡（差分）模式的轉(zhuǎn)換，然后放大2倍以考慮由于UTP源和負(fù)載端造成的6 dB損耗。這可通過(guò)使用三路差分驅(qū)動(dòng)器輕松實(shí)現(xiàn)，如 AD8147。

AD8147 根據(jù)以下等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(hào)：

Red Vocm = K/2（VSYNC - HSYNC）+ VMIDSUPPLY

Green Vocm = K/2（-2VSYNC） + VMIDSUPPLY

Blue Vocm = K/2（VSYNC + HSYNC）+ VMIDSUPPLY

其中：

K表示中間電源電壓（VMIDSUPPLY）時(shí)共模脈沖電壓的峰值偏差。VSYNC和HSYNC是單位加權(quán)項(xiàng)，對(duì)于邏輯1為+1，對(duì)于邏輯0為?1。

這種編碼方案產(chǎn)生數(shù)值為零的凈交流共模電壓，減少來(lái)自電纜的共模電磁輻射。

驅(qū)動(dòng)器評(píng)估板包含安裝單端至差分模式轉(zhuǎn)換和同步脈沖編碼所需的全部信息，包括K的調(diào)節(jié)。

接收機(jī)

UTP電纜的集膚效應(yīng)產(chǎn)生隨頻率增加的傳輸損耗，導(dǎo)致接收信號(hào)呈現(xiàn)圓形且分散，并且簡(jiǎn)單電纜電阻導(dǎo)致電纜的扁平阻性損耗。圖3通過(guò)對(duì)比300米長(zhǎng)的UTP全擺幅視頻階躍響應(yīng)與輸入電纜的階躍信號(hào)，展示了這些效應(yīng)。

圖 3. 300米Cat-5e非均衡電纜的階躍響應(yīng)

AD8122 是三路均衡器，進(jìn)行差分至單端模式轉(zhuǎn)換，針對(duì)信號(hào)損壞具有高共模抑制和補(bǔ)償。圖4表示均衡器輸出的正確階躍信號(hào)，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(yīng)（注意時(shí)間單位為ns）

對(duì)于頻域而言，圖5表示長(zhǎng)度為100英尺至1000英尺的Cat-5e電纜的頻率響應(yīng)，長(zhǎng)度以100英尺遞增，限帶效應(yīng)和扁平損耗極為明顯。

圖5. 針對(duì)不同電纜長(zhǎng)度的非均衡Cat-5e電纜頻率響應(yīng)

有關(guān) AD8122 如何有效恢復(fù)接收信號(hào)的高頻內(nèi)容以及扁平損 耗可通過(guò)對(duì)比圖6中 AD8122輸出的均衡頻率響應(yīng)和圖5中的非均衡頻率響應(yīng)而看出。對(duì)于1000英尺（300米）長(zhǎng)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. 針對(duì)不同電纜長(zhǎng)度的均衡Cat-5e電纜頻率響應(yīng)

針對(duì)最后一個(gè)損害， AD8120 三路延遲線糾正了3對(duì)雙絞線之間的時(shí)間偏斜并提供2的增益以驅(qū)動(dòng)通過(guò)雙端接75Ω電纜傳輸至顯示器的視頻信號(hào)。

接收器評(píng)估板包括 AD8122 和 AD8120以及所需的全部支持電路，包括5個(gè)電位計(jì)以調(diào)節(jié)高升頻值、平坦增益和3條延遲線。此外，還提供針對(duì)AD8120的可選串行控制的串行接口。