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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(kāi)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(pán)-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?、過(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(jiàn)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。
結(jié)束語(yǔ)
視頻分配系統(tǒng)中遠(yuǎn)端的圖像質(zhì)量很重要。圖像質(zhì)量由階躍響應(yīng)至3.5 mV的建立時(shí)間最終值所決定，當(dāng)該值超過(guò)像素時(shí)間的某一部分時(shí)，圖像質(zhì)量便開(kāi)始受影響。圖7表示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?qǐng)D像的極端例子。圖7中的黑色拖尾極為嚴(yán)重，階躍響應(yīng)遲緩，且由于時(shí)間偏斜導(dǎo)致色彩失調(diào)。完全校正后的圖像見(jiàn)圖8。
圖7. 通過(guò)300米Cat-5e電纜傳輸，非均衡、無(wú)偏斜校正圖像
圖8. 通過(guò)300米Cat-5e電纜傳輸，經(jīng)均衡與偏斜校正后的圖像
發(fā)射器和接收器評(píng)估板的實(shí)物照片對(duì)應(yīng)顯示在圖9與圖10中。
圖9. EVAL-CN0275-TX-EBZ發(fā)射器評(píng)估板
圖10. EVAL-CN0275-RX-EBZ接收器評(píng)估板
常見(jiàn)變化
成本更低的 AD8124 三路均衡器在僅需驅(qū)動(dòng)最高200米的 UTP系統(tǒng)中可替換 AD8122。AD8124與AD8122引腳不兼容，且控制功能也有所不同。
驅(qū)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(hào)消隱間隔中的系統(tǒng)，而非將脈沖置于共模電壓上的系統(tǒng)。 AD8148 與 AD8147 規(guī)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(yù)加重，以驅(qū)動(dòng)最高為100英尺的UTP。對(duì)于要求功耗更低的系統(tǒng)， AD8133 和 AD8134可提供與AD8146和AD8147對(duì)應(yīng)相同的功能，且消耗更低的功耗，但它們的帶寬較低。最后，對(duì)于可使用5 V電源、成本最低的系統(tǒng)，AD8141和AD8142 CMOS驅(qū)動(dòng)器也許是最佳的選擇。
UTP的安裝各不相同，可能覆蓋較廣的區(qū)域、通過(guò)多個(gè)配線架，并且時(shí)而沒(méi)有接地參考。這些情況可能導(dǎo)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(yīng)，支持任一電纜類(lèi)型。
電路評(píng)估與測(cè)試
ADI公司提供完整的系統(tǒng)級(jí)即插即用驅(qū)動(dòng)器和接收器評(píng)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(jì)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(cè)試配置，例如一臺(tái)電腦和一臺(tái)高質(zhì)量顯示器。若電腦和顯示器支持最高UXGA/60Hz的分辨率則更佳。
設(shè)備要求
需要以下設(shè)備：
一個(gè)UXGA視頻源（筆記本電腦）
EVAL-CN0275-TX-EBZ發(fā)射器評(píng)估板
EVAL-CN0275-RX-EBZ接收器評(píng)估板
±5 V電源（兩個(gè)：一個(gè)用于發(fā)射器評(píng)估板，另一個(gè)用于接收器評(píng)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(tái)UXGA視頻顯示器
測(cè)試
測(cè)試設(shè)置的簡(jiǎn)化框圖見(jiàn)圖11。連接設(shè)備后，即可使用標(biāo)準(zhǔn)視頻進(jìn)行端到端的測(cè)試。
圖11. 通過(guò)UTP傳輸視頻的自動(dòng)調(diào)整測(cè)試配置功能框圖
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論