視頻信號(hào)的箝位、偏置和交流耦合
采用交流耦合視頻信號(hào)時(shí)必須恢復(fù)直流電壓,以確保信號(hào)位于下級(jí)電路的線性區(qū)域內(nèi)。這項(xiàng)工作稱(chēng)為偏置,對(duì)于不同的視頻信號(hào)需使用不同的電路,要求偏置點(diǎn)準(zhǔn)確和穩(wěn)定。對(duì)于正弦波信號(hào),用阻容(R-C)耦合即可建立一個(gè)穩(wěn)定的偏置電壓。不幸的是,只有S視頻端子的色度信號(hào)(C)類(lèi)似于正弦波。而亮度(Y)、復(fù)合視頻(Cvbs)和RGB信號(hào)都是從一個(gè)參考電平開(kāi)始單向變化的合成信號(hào),在參考電平以下附有同步脈沖。這種視頻信號(hào)需要獨(dú)特的偏置方法,稱(chēng)其為鉗位,因?yàn)樗鼘⑿盘?hào)的一端鉗置在一個(gè)參考電位上。傳統(tǒng)的鉗位電路為二極管鉗位,其中疊加在視頻信號(hào)上的同步脈沖使二極管導(dǎo)通。除此之外,還有其它形式的電路,例如,色差信號(hào)Pb和Pr、RGB信號(hào),都可以較好地通過(guò)"鍵控鉗位"方式處理。這種方式利用開(kāi)關(guān)代替二極管,由外部信號(hào)控制視頻鉗位。“直流恢復(fù)”是一種新的偏置方法,它在鍵控鉗位中增加了反饋環(huán)路,放置在ADC的前端,以提高偏置點(diǎn)的精確性。本文闡述了幾種偏置方式的工作原理,以及每種方式所適合的信號(hào)。
視頻信號(hào)的交流耦合
任何信號(hào)經(jīng)過(guò)交流耦合后,耦合電容器將存儲(chǔ)信號(hào)的平均值,信號(hào)源和負(fù)載之間直流電位的差值。為了說(shuō)明不同信號(hào)對(duì)偏置點(diǎn)穩(wěn)定性的影響,可以觀察一下圖1所示波形,負(fù)載為一個(gè)接地電阻,采用交流耦合方式連接正弦波和脈沖信號(hào)時(shí),耦合后的信號(hào)直流電平發(fā)生了變化：正弦信號(hào)的直流電平大約為其振幅的一半,而脈沖信號(hào)的直流電平則是占空比的函數(shù)。這說(shuō)明對(duì)于占空比變化的脈沖信號(hào)將需要更大的動(dòng)態(tài)范圍。由于這個(gè)原因,所有針對(duì)脈沖信號(hào)的放大器都采用直流耦合,保證所需的動(dòng)態(tài)范圍。視頻信號(hào)類(lèi)似于脈沖信號(hào),所以更適合采用直流耦合。
亮度、復(fù)合信號(hào)和RGB信號(hào)在“黑”電平和“白”電平之間變化,變化范圍一般在0V~+700mV。視頻信號(hào)可能附加有同步信號(hào)(如NTSC、PAL中的RGB信號(hào)),也可能不包括同步信號(hào)(如PC機(jī)中采用獨(dú)立的同步信號(hào))。在單電源應(yīng)用中,如DAC輸出,同步期間的靜態(tài)電平是不同的,這將影響到偏置方式的選擇。雙電源應(yīng)用中,如果色度信號(hào)的靜態(tài)電平在同步期間不是0V,它將類(lèi)似于脈沖波,而非正弦波。
盡管如此,視頻信號(hào)必須采用交流耦合。用直流耦合連接兩個(gè)不同的電源很危險(xiǎn),這通常是安全規(guī)范所禁止的。視頻設(shè)備制造商通常對(duì)其設(shè)備輸入端采用交流耦合方式,而在輸出端采用直流耦合,需要下級(jí)電路重建直流分量。如果不能達(dá)成這樣一個(gè)協(xié)議,必將導(dǎo)致“雙重耦合”。這一規(guī)則的唯一例外是電池供電設(shè)備,如：便攜式攝像機(jī)和照相機(jī),采用交流耦合輸出,以降低電池?fù)p耗。
接下來(lái)的問(wèn)題是：耦合電容需要多大的電容量。圖1中,假定電容儲(chǔ)存信號(hào)“平均電壓”的時(shí)間(RC的乘積)大于信號(hào)的最小周期。這意味著RC網(wǎng)絡(luò)的-3dB頻率一定比信號(hào)的最低頻率低6~10倍,以確保穩(wěn)定的均值。這對(duì)電容容量的要求差異很大,舉例來(lái)說(shuō),S視頻端子的色度是一個(gè)脈沖調(diào)制的正弦波,其最低頻率大約是2MHz。即使對(duì)于75W的負(fù)載,也只需要一個(gè)0.1mF的電容,除非需要傳遞行同步脈沖。對(duì)于亮度、Cvbs和RGB信號(hào),則向下擴(kuò)展到視頻的幀速率(25~30Hz)。對(duì)于一個(gè)75W負(fù)載,-3dB頻率為3~5Hz,這就需要大于1000mF的電容。如果使用的電容過(guò)小,會(huì)引起顯示圖像變暗,并可能導(dǎo)致圖像扭曲。
