電子發(fā)燒友App
摘要：越來越多的便攜式設(shè)備，例如數(shù)碼相機(jī)、蜂窩電話和便攜式媒體播放器等，都開始逐漸增加復(fù)合視頻輸出的連接功能。這類設(shè)備中，視頻數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)產(chǎn)生復(fù)合視頻信號(hào)，在送至輸出連接器之前必須經(jīng)過視頻濾波和放大。設(shè)計(jì)工程師在選擇視頻濾波器時(shí)已經(jīng)考慮了功耗、總體成本、尺寸以及圖像質(zhì)量等因素，本文重點(diǎn)介紹了下一代視頻濾波放大器如何延長電池使用時(shí)間以及了下一代便攜設(shè)備中的其它需求。
本文還發(fā)表于Maxim工程期刊，第61期(PDF，1MB)。
類似文章發(fā)表于2007年10月的Electronic Products。
越來越多的便攜式設(shè)備，例如數(shù)碼相機(jī)、蜂窩電話和便攜式媒體播放器等，都開始逐漸增加復(fù)合視頻輸出的連接功能。這類設(shè)備中，連接在視頻數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)之后的視頻濾波放大器產(chǎn)生視頻信號(hào)?，F(xiàn)有的3.3V視頻濾波放大器處理視頻信號(hào)時(shí)，功耗為45mW，消耗了電池較大的功率。
電池使用時(shí)間是便攜設(shè)備的關(guān)鍵，任何可以延長電池使用時(shí)間的系統(tǒng)IC都有重要的意義。這將使手持設(shè)備對(duì)用戶更具吸引力，由于設(shè)備無需頻繁充電，因此使用戶的使用更便利。延長電池使用時(shí)間還意味著減少廢舊電池的數(shù)量，以及充電電池鉛板的使用次數(shù)，以上兩點(diǎn)均有利于環(huán)保。Maxim新一代視頻濾波放大器采用1.8V電源供電，功耗僅為12mW，與目前3.3V的視頻濾波放大器相比，功耗降低了近70％。
圖1. 單電源運(yùn)算放大器，帶有一個(gè)對(duì)地電阻負(fù)載。
電流和電源電壓相乘得出功率。首先按照以下公式計(jì)算靜態(tài)功耗(PQ)、負(fù)載功耗(PL)以及總功耗(PT)：
PQ = VDD × IQ
PL = VDD × IL
PT = PQ + PL = VDD × (IQ + IL)
為降低實(shí)際消耗的功率，必須同時(shí)減小PQ和PL。減小VDD、IQ和IL都可以達(dá)到這一目的。
通常情況下，IC數(shù)據(jù)資料會(huì)給出IQ或PQ參數(shù)，但很少提到典型信號(hào)和典型負(fù)載條件下的平均功耗。對(duì)于便攜式視頻濾波放大器，由于電路不是處于關(guān)斷狀態(tài)，就是完全開啟，因此，PQ幾乎是無用信息。完全開啟時(shí)，視頻濾波放大器為負(fù)載提供視頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)。沒有視頻負(fù)載時(shí)，為了節(jié)省電池能量，應(yīng)關(guān)斷視頻濾波放大器；如果在沒有視頻負(fù)載時(shí)開啟視頻濾波放大器，會(huì)造成電池能量的浪費(fèi)。
表1. 各種視頻濾波放大器的平均功耗和靜態(tài)功耗
將視頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)至視頻負(fù)載造成功耗增大，這在很大程度上取決于視頻放大器的輸出方式。MAX9502輸出視頻信號(hào)采用了正向直流偏置(參見圖2)。維持輸出信號(hào)的正向直流偏置會(huì)使總功耗增大。因此，MAX9502必須供出大約8.7mA的電流(圖2b中以藍(lán)色粗線表示的電壓除以150Ω)。
圖2. MAX9502G應(yīng)用電路，輸入、輸出為50%平場信號(hào)。
圖2a. 50%平場信號(hào)波形，輸入到需要測(cè)試的視頻濾波放大器。
圖2b. MAX9502G的輸出波形，藍(lán)色線段表示50%平場信號(hào)的近似平均直流電平。
OPA360 (表1)的輸出可以配合SAG網(wǎng)絡(luò)工作，它由兩個(gè)交流耦合電容組成(圖3)。這些電容阻斷了輸出和負(fù)載之間的直流連接。因此，放大器不需要源出或吸入維持輸出偏置的電流，從而降低了功耗。
圖3. 對(duì)于50%的平場信號(hào)，由于電容阻斷了輸出和負(fù)載之間的直流連接，因此，OPA360應(yīng)用電路可有效降低功耗。
圖3a. OPA360輸出波形中的藍(lán)色線段表示50%平場信號(hào)的近似平均直流電平。
利用Maxim受專利保護(hù)的DirectDrive技術(shù)*，MAX9503能夠輸出接近零直流偏置的視頻信號(hào)，無需任何交流耦合電容(參見圖4)。由于片內(nèi)反向電荷泵可產(chǎn)生負(fù)電壓，因此，這一技術(shù)使MAX9503能夠輸出地電平以下的信號(hào)。盡管DirectDrive增大了PQ，但由于PL降低，MAX9503的平均功耗能夠與MAX9502和OPA360保持在同一水平。由于直流偏置接近地電平，MAX9503只需源出較小的電流。
圖4. 50%平場信號(hào)通過MAX9503G的應(yīng)用電路。
圖4a. MAX9503G輸出波形中的藍(lán)色線段表示50%平場信號(hào)的近似直流平均值。
圖5. MAX9509 1.8V應(yīng)用電路處理50%平場信號(hào)，大大降低了功耗。
圖5a. 50%平場波形輸入到MAX9509；其振幅是圖2a中波形振幅的四分之一。
圖5b. MAX9509輸出波形中的藍(lán)色線段表示50%平場信號(hào)的近似直流平均值。
表2. MAX9509的平均功耗和靜態(tài)功耗
附錄1.8V視頻濾波放大器的電路考慮，給出了采用新的1.8V數(shù)字I/O電壓設(shè)計(jì)視頻電路時(shí)需要解決的特殊問題。
當(dāng)視頻濾波放大器采用1.8V電源電壓工作時(shí)，必須采用DirectDrive技術(shù)。采用電壓模式輸出級(jí)的放大器必須至少提供2VP-P擺幅，才能輸出復(fù)合視頻信號(hào)。傳統(tǒng)的放大器采用1.8V單電源供電時(shí)，沒有足夠的余量產(chǎn)生2VP-P輸出信號(hào)。而采用DirectDrive后，集成反向電荷泵將產(chǎn)生一個(gè)嘈雜的-1.8V電壓；負(fù)電壓線性穩(wěn)壓器將-1.8V電壓穩(wěn)定到-1V，降低了電荷泵噪聲。因此，由于采用-1V至+1.8V的電壓供電，MAX9509剛好有足夠的余量輸出2VP-P視頻信號(hào)。
MAX9509采用低電壓、低IQ的DirectDrive輸出級(jí)，器件平均功耗(表2)大大低于表1中3.3V器件的功耗。這意味著如果采用相同的電池給包含MAX9509的系統(tǒng)和包含3.3V器件的系統(tǒng)供電，則MAX9509放大器所需的電池功率比另一個(gè)系統(tǒng)低70%，從而延長了電池使用時(shí)間。這對(duì)環(huán)境有直接的影響，因?yàn)闇p少了廢舊電池，以及充電電池鉛板的使用次數(shù)。
更值得注意的是，MAX9509平均功耗低于3.3V視頻濾波放大器的PQ。需要注意的是，在如此低的電壓下電路高速工作，噪聲將大大增加，因?yàn)榇藭r(shí)電路的工作電流要比正常情況低。MAX9509在設(shè)計(jì)過程中考慮了噪聲問題，該器件具有極佳的峰值信噪比(SNR)，達(dá)到64dB，足以滿足消費(fèi)類產(chǎn)品的要求。為了使電視屏幕顯示清晰的圖像，峰值SNR應(yīng)該在40dB左右。
將充滿噪聲的電荷泵與濾波器和放大器放置在同一芯片是主要的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。電荷泵有可能向敏感的視頻信號(hào)上引入開關(guān)噪聲。把MAX9509的電荷泵與視頻信號(hào)通路隔離開可以有效解決這個(gè)問題，得到極低的電荷泵噪聲頻域特性(圖6)，而且從時(shí)域特性也幾乎觀察不到噪聲(圖7)。
圖6. 測(cè)量MAX9509的噪聲和頻率關(guān)系時(shí)，電荷泵的噪聲頻譜非常小。
圖7. 視頻信號(hào)為1VP-P時(shí)，MAX9509輸出隨時(shí)間的變化(底部圖形)，峰值為1.4mVP-P。頂部圖形是電荷泵飛電容的電壓。
消費(fèi)者在屏幕上觀察MAX9509的輸出信號(hào)時(shí)，既不會(huì)看到寬帶噪聲，也不會(huì)看到電荷泵噪聲。
便攜式設(shè)備中，低功耗一直是重中之重；考慮到越來越高的能源成本和全球變暖問題，墻上適配器供電的設(shè)備也越來越注重功耗問題。因此，發(fā)展趨勢(shì)是在模擬芯片中集成更加智能的電源管理電路。對(duì)于視頻濾波放大器，不但功耗要低，而且還應(yīng)該具備視頻負(fù)載檢測(cè)、視頻輸入檢測(cè)和控制電路，以便控制相應(yīng)的工作模式。由于視頻芯片一般用于價(jià)格競爭激烈的消費(fèi)類電子產(chǎn)品，最大的難題是如何在增強(qiáng)智能化電源管理的同時(shí)不會(huì)過多地增加成本。
設(shè)計(jì)MAX9509低功耗視頻濾波放大器時(shí)，需要考慮一些特殊因素。設(shè)置偏置電流合理分配電源電流，是最有效的途徑。仔細(xì)布板能夠降低寄生電容，實(shí)現(xiàn)良好的器件匹配。最后，還須認(rèn)真檢查并分析電路中所有支路的電流。這一系列措施有助于降低功耗，降低電路的帶寬需求，只需滿足頻率響應(yīng)和視頻性能的帶寬要求。
通過仔細(xì)的電路設(shè)計(jì)，并依托Maxim先進(jìn)的BiCMOS工藝，MAX9509的功耗要比上一代視頻濾波放大器的功耗低得多。為了在滿足特定應(yīng)用性能要求的同時(shí)達(dá)到最低功耗，我們對(duì)所有上一代視頻設(shè)計(jì)電路進(jìn)行了分析。例如，減少M(fèi)AX9509電源之間偏置電流的鏡像；盡可能少地使用所產(chǎn)生的負(fù)電源。除此之外，還采用了專有電路來消除放大器工作在小電流時(shí)的失真。Maxim先進(jìn)的模擬工藝能夠針對(duì)特定的視頻信號(hào)通道優(yōu)選元件(例如，雙極型和MOS)，從而進(jìn)一步降低MAX9509的功耗。MAX9509的5極點(diǎn)濾波器省去了上一代6極點(diǎn)濾波放大器所需的雙二階濾波器(圖8和圖9)。對(duì)于消費(fèi)類應(yīng)用，5極點(diǎn)和6極點(diǎn)濾波器的濾波性能差異不大，取消雙二階濾波器將使總電源電流降低10%以上。
圖8. 上一代視頻濾波放大器采用6極點(diǎn)濾波器。
圖9. MAX9509只采用5極點(diǎn)濾波器，省去了雙二階濾波器，總電源電流減少10%。
通過仔細(xì)放置濾波電路和放大電路，在給定的系統(tǒng)參數(shù)下優(yōu)化信號(hào)通道的每一模塊，進(jìn)而降低總電流。例如，MAX9509要獲得8倍增益時(shí)，在濾波器內(nèi)部采用4倍增益的前置放大器。因此，最終得到的視頻放大器只需要2V/V增益(圖9)，從而降低了對(duì)最后一級(jí)視頻放大器的要求，并降低功耗。同時(shí)也降低了兩個(gè)放大器的總功耗，實(shí)現(xiàn)最佳性能。
本文還發(fā)表于Maxim工程期刊，第61期(PDF，1MB)。
類似文章發(fā)表于2007年10月的Electronic Products。
越來越多的便攜式設(shè)備，例如數(shù)碼相機(jī)、蜂窩電話和便攜式媒體播放器等，都開始逐漸增加復(fù)合視頻輸出的連接功能。這類設(shè)備中，連接在視頻數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)之后的視頻濾波放大器產(chǎn)生視頻信號(hào)?，F(xiàn)有的3.3V視頻濾波放大器處理視頻信號(hào)時(shí)，功耗為45mW，消耗了電池較大的功率。
電池使用時(shí)間是便攜設(shè)備的關(guān)鍵，任何可以延長電池使用時(shí)間的系統(tǒng)IC都有重要的意義。這將使手持設(shè)備對(duì)用戶更具吸引力，由于設(shè)備無需頻繁充電，因此使用戶的使用更便利。延長電池使用時(shí)間還意味著減少廢舊電池的數(shù)量，以及充電電池鉛板的使用次數(shù)，以上兩點(diǎn)均有利于環(huán)保。Maxim新一代視頻濾波放大器采用1.8V電源供電，功耗僅為12mW，與目前3.3V的視頻濾波放大器相比，功耗降低了近70％。
能量消耗在哪里?
簡單地說，每個(gè)電路的功耗包括自身工作的損耗和驅(qū)動(dòng)負(fù)載的損耗。圖1中，電源為電路提供總電流(IT)，其中IQ是運(yùn)算放大器的靜態(tài)電流，IL是負(fù)載電流。圖1. 單電源運(yùn)算放大器，帶有一個(gè)對(duì)地電阻負(fù)載。
電流和電源電壓相乘得出功率。首先按照以下公式計(jì)算靜態(tài)功耗(PQ)、負(fù)載功耗(PL)以及總功耗(PT)：
PQ = VDD × IQ
PL = VDD × IL
PT = PQ + PL = VDD × (IQ + IL)
為降低實(shí)際消耗的功率，必須同時(shí)減小PQ和PL。減小VDD、IQ和IL都可以達(dá)到這一目的。
通常情況下，IC數(shù)據(jù)資料會(huì)給出IQ或PQ參數(shù)，但很少提到典型信號(hào)和典型負(fù)載條件下的平均功耗。對(duì)于便攜式視頻濾波放大器，由于電路不是處于關(guān)斷狀態(tài)，就是完全開啟，因此，PQ幾乎是無用信息。完全開啟時(shí)，視頻濾波放大器為負(fù)載提供視頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)。沒有視頻負(fù)載時(shí)，為了節(jié)省電池能量，應(yīng)關(guān)斷視頻濾波放大器；如果在沒有視頻負(fù)載時(shí)開啟視頻濾波放大器，會(huì)造成電池能量的浪費(fèi)。
3.3V視頻濾波放大器的功耗
當(dāng)3.3V視頻濾波放大器向負(fù)載提供視頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)，功耗增大，如表1所示。平均功耗定義為視頻濾波放大器以50%平場視頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)150Ω對(duì)地負(fù)載時(shí)的功耗。50%平場信號(hào)作為典型的視頻信號(hào)，在電視上顯示為灰屏(PL取決于圖像內(nèi)容，黑屏?xí)r功耗最低，白屏?xí)r功耗最大)。表1中需要注意的是，盡管元件的PQ差別很大，平均功耗卻非常接近。表1. 各種視頻濾波放大器的平均功耗和靜態(tài)功耗
| Company | Part | Supply Voltage (V) |
Average Current (mA) |
Average Power (mW) |
IQ (mA) | PQ (mW) | Output Style |
| Maxim | MAX9502 | 3.3 | 13.5 | 44.6 | 5.3 | 17.5 | Positive DC bias |
| TI? | OPA360 | 3.3 | 12.2 | 40.1 | 6 | 19.8 | Zero DC bias |
| Maxim | MAX9503 | 3.3 | 13.2 | 43.4 | 12 | 39.6 | DirectDrive? |
將視頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)至視頻負(fù)載造成功耗增大，這在很大程度上取決于視頻放大器的輸出方式。MAX9502輸出視頻信號(hào)采用了正向直流偏置(參見圖2)。維持輸出信號(hào)的正向直流偏置會(huì)使總功耗增大。因此，MAX9502必須供出大約8.7mA的電流(圖2b中以藍(lán)色粗線表示的電壓除以150Ω)。
圖2. MAX9502G應(yīng)用電路，輸入、輸出為50%平場信號(hào)。
圖2a. 50%平場信號(hào)波形，輸入到需要測(cè)試的視頻濾波放大器。
圖2b. MAX9502G的輸出波形，藍(lán)色線段表示50%平場信號(hào)的近似平均直流電平。
OPA360 (表1)的輸出可以配合SAG網(wǎng)絡(luò)工作，它由兩個(gè)交流耦合電容組成(圖3)。這些電容阻斷了輸出和負(fù)載之間的直流連接。因此，放大器不需要源出或吸入維持輸出偏置的電流，從而降低了功耗。
圖3. 對(duì)于50%的平場信號(hào)，由于電容阻斷了輸出和負(fù)載之間的直流連接，因此，OPA360應(yīng)用電路可有效降低功耗。
圖3a. OPA360輸出波形中的藍(lán)色線段表示50%平場信號(hào)的近似平均直流電平。
利用Maxim受專利保護(hù)的DirectDrive技術(shù)*，MAX9503能夠輸出接近零直流偏置的視頻信號(hào)，無需任何交流耦合電容(參見圖4)。由于片內(nèi)反向電荷泵可產(chǎn)生負(fù)電壓，因此，這一技術(shù)使MAX9503能夠輸出地電平以下的信號(hào)。盡管DirectDrive增大了PQ，但由于PL降低，MAX9503的平均功耗能夠與MAX9502和OPA360保持在同一水平。由于直流偏置接近地電平，MAX9503只需源出較小的電流。
圖4. 50%平場信號(hào)通過MAX9503G的應(yīng)用電路。
圖4a. MAX9503G輸出波形中的藍(lán)色線段表示50%平場信號(hào)的近似直流平均值。
新一代產(chǎn)品的功耗：1.8V視頻濾波放大器
MAX9509是Maxim新一代視頻濾波放大器系列的首款器件，大大降低了平均功耗和PQ，如圖5所示。其電源電壓(VDD)由3.3V降到了1.8V，1.8V是移動(dòng)電話正在逐漸使用的數(shù)字I/O電壓；靜態(tài)電源電流(IQ)也由12mA降到了3.1mA (參見表2)。圖5. MAX9509 1.8V應(yīng)用電路處理50%平場信號(hào)，大大降低了功耗。
圖5a. 50%平場波形輸入到MAX9509；其振幅是圖2a中波形振幅的四分之一。
圖5b. MAX9509輸出波形中的藍(lán)色線段表示50%平場信號(hào)的近似直流平均值。
表2. MAX9509的平均功耗和靜態(tài)功耗
| Company | Part | Supply Voltage (V) |
Average Current (mA) |
Average Power (mW) |
IQ (mA) | PQ (mW) | Output Style |
| Maxim | MAX9509 | 1.8 | 6.5 | 11.7 | 3.1 | 6 | DirectDrive |
附錄1.8V視頻濾波放大器的電路考慮，給出了采用新的1.8V數(shù)字I/O電壓設(shè)計(jì)視頻電路時(shí)需要解決的特殊問題。
當(dāng)視頻濾波放大器采用1.8V電源電壓工作時(shí)，必須采用DirectDrive技術(shù)。采用電壓模式輸出級(jí)的放大器必須至少提供2VP-P擺幅，才能輸出復(fù)合視頻信號(hào)。傳統(tǒng)的放大器采用1.8V單電源供電時(shí)，沒有足夠的余量產(chǎn)生2VP-P輸出信號(hào)。而采用DirectDrive后，集成反向電荷泵將產(chǎn)生一個(gè)嘈雜的-1.8V電壓；負(fù)電壓線性穩(wěn)壓器將-1.8V電壓穩(wěn)定到-1V，降低了電荷泵噪聲。因此，由于采用-1V至+1.8V的電壓供電，MAX9509剛好有足夠的余量輸出2VP-P視頻信號(hào)。
MAX9509采用低電壓、低IQ的DirectDrive輸出級(jí)，器件平均功耗(表2)大大低于表1中3.3V器件的功耗。這意味著如果采用相同的電池給包含MAX9509的系統(tǒng)和包含3.3V器件的系統(tǒng)供電，則MAX9509放大器所需的電池功率比另一個(gè)系統(tǒng)低70%，從而延長了電池使用時(shí)間。這對(duì)環(huán)境有直接的影響，因?yàn)闇p少了廢舊電池，以及充電電池鉛板的使用次數(shù)。
更值得注意的是，MAX9509平均功耗低于3.3V視頻濾波放大器的PQ。需要注意的是，在如此低的電壓下電路高速工作，噪聲將大大增加，因?yàn)榇藭r(shí)電路的工作電流要比正常情況低。MAX9509在設(shè)計(jì)過程中考慮了噪聲問題，該器件具有極佳的峰值信噪比(SNR)，達(dá)到64dB，足以滿足消費(fèi)類產(chǎn)品的要求。為了使電視屏幕顯示清晰的圖像，峰值SNR應(yīng)該在40dB左右。
將充滿噪聲的電荷泵與濾波器和放大器放置在同一芯片是主要的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。電荷泵有可能向敏感的視頻信號(hào)上引入開關(guān)噪聲。把MAX9509的電荷泵與視頻信號(hào)通路隔離開可以有效解決這個(gè)問題，得到極低的電荷泵噪聲頻域特性(圖6)，而且從時(shí)域特性也幾乎觀察不到噪聲(圖7)。
圖6. 測(cè)量MAX9509的噪聲和頻率關(guān)系時(shí)，電荷泵的噪聲頻譜非常小。
圖7. 視頻信號(hào)為1VP-P時(shí)，MAX9509輸出隨時(shí)間的變化(底部圖形)，峰值為1.4mVP-P。頂部圖形是電荷泵飛電容的電壓。
消費(fèi)者在屏幕上觀察MAX9509的輸出信號(hào)時(shí)，既不會(huì)看到寬帶噪聲，也不會(huì)看到電荷泵噪聲。
低功耗視頻濾波放大器的發(fā)展方向
雖然低功耗視頻濾波放大器的開發(fā)工作已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但IC設(shè)計(jì)人員還有許多工作要做。例如，視頻負(fù)載檢測(cè)。如果視頻濾波放大器具有負(fù)載電子檢測(cè)功能，并為微控制器系統(tǒng)提供負(fù)載狀態(tài)，只在出現(xiàn)有效的視頻負(fù)載時(shí)開啟視頻輸出電路，即可進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的智能化視頻功耗管理。目前，大多通過機(jī)械插孔檢測(cè)視頻負(fù)載的插入，以開啟視頻輸出電路。如果電纜另一端沒有連接電視或其他監(jiān)視器，這種方法將造成電池能量的浪費(fèi)。視頻負(fù)載電子檢測(cè)的另一個(gè)好處是只需要標(biāo)準(zhǔn)連接器，而不需要帶有機(jī)械插孔檢測(cè)的連接器，與標(biāo)準(zhǔn)連接器相比，這種機(jī)械連接器增加了成本，而且占用更大空間。便攜式設(shè)備中，低功耗一直是重中之重；考慮到越來越高的能源成本和全球變暖問題，墻上適配器供電的設(shè)備也越來越注重功耗問題。因此，發(fā)展趨勢(shì)是在模擬芯片中集成更加智能的電源管理電路。對(duì)于視頻濾波放大器，不但功耗要低，而且還應(yīng)該具備視頻負(fù)載檢測(cè)、視頻輸入檢測(cè)和控制電路，以便控制相應(yīng)的工作模式。由于視頻芯片一般用于價(jià)格競爭激烈的消費(fèi)類電子產(chǎn)品，最大的難題是如何在增強(qiáng)智能化電源管理的同時(shí)不會(huì)過多地增加成本。
附錄：1.8V視頻濾波放大器的電路考慮
世界各地的公司在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，除考慮降低成本、增加功能之外，還越來越重視其環(huán)保性能。選擇低功耗及采用無鉛/符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的封裝的IC器件是設(shè)計(jì)環(huán)保系統(tǒng)的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)MAX9509低功耗視頻濾波放大器時(shí)，需要考慮一些特殊因素。設(shè)置偏置電流合理分配電源電流，是最有效的途徑。仔細(xì)布板能夠降低寄生電容，實(shí)現(xiàn)良好的器件匹配。最后，還須認(rèn)真檢查并分析電路中所有支路的電流。這一系列措施有助于降低功耗，降低電路的帶寬需求，只需滿足頻率響應(yīng)和視頻性能的帶寬要求。
通過仔細(xì)的電路設(shè)計(jì)，并依托Maxim先進(jìn)的BiCMOS工藝，MAX9509的功耗要比上一代視頻濾波放大器的功耗低得多。為了在滿足特定應(yīng)用性能要求的同時(shí)達(dá)到最低功耗，我們對(duì)所有上一代視頻設(shè)計(jì)電路進(jìn)行了分析。例如，減少M(fèi)AX9509電源之間偏置電流的鏡像；盡可能少地使用所產(chǎn)生的負(fù)電源。除此之外，還采用了專有電路來消除放大器工作在小電流時(shí)的失真。Maxim先進(jìn)的模擬工藝能夠針對(duì)特定的視頻信號(hào)通道優(yōu)選元件(例如，雙極型和MOS)，從而進(jìn)一步降低MAX9509的功耗。MAX9509的5極點(diǎn)濾波器省去了上一代6極點(diǎn)濾波放大器所需的雙二階濾波器(圖8和圖9)。對(duì)于消費(fèi)類應(yīng)用，5極點(diǎn)和6極點(diǎn)濾波器的濾波性能差異不大，取消雙二階濾波器將使總電源電流降低10%以上。
圖8. 上一代視頻濾波放大器采用6極點(diǎn)濾波器。
圖9. MAX9509只采用5極點(diǎn)濾波器，省去了雙二階濾波器，總電源電流減少10%。
通過仔細(xì)放置濾波電路和放大電路，在給定的系統(tǒng)參數(shù)下優(yōu)化信號(hào)通道的每一模塊，進(jìn)而降低總電流。例如，MAX9509要獲得8倍增益時(shí)，在濾波器內(nèi)部采用4倍增益的前置放大器。因此，最終得到的視頻放大器只需要2V/V增益(圖9)，從而降低了對(duì)最后一級(jí)視頻放大器的要求，并降低功耗。同時(shí)也降低了兩個(gè)放大器的總功耗，實(shí)現(xiàn)最佳性能。
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論