本文探討了可以需要用到高速運(yùn)算放大器的應(yīng)用，介紹了一些主要的消費(fèi)類視頻應(yīng)用實(shí)例，以及模擬視頻格式及帶寬與分辨率的關(guān)系，最后介紹了ST公司的高速運(yùn)算放大器產(chǎn)品系列及其應(yīng)用方案。

1、視頻應(yīng)用

現(xiàn)在，我們常見(jiàn)的視頻應(yīng)用有兩種：廣播視頻和圖形視頻。其中，廣播視頻局限于一定帶寬范圍內(nèi)的電視信號(hào)傳輸，如電視、機(jī)頂盒、DVD錄放機(jī)、攝像機(jī)。另一方面，圖形視頻可以滿足電腦應(yīng)用的需要，并且沒(méi)有帶寬方面的限制。本文討論的主要是廣播視頻應(yīng)用。

2、什么地方需要高速運(yùn)算放大器?

通過(guò)75Ω視頻線將模擬視頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)為電視信號(hào)時(shí)，需要使用一級(jí)放大器。這類應(yīng)用大多是消費(fèi)類產(chǎn)品，例如機(jī)頂盒、DVD錄放機(jī)和攝像機(jī)。在這些應(yīng)用中，放大器的輸出能力(輸出電流和失真對(duì)與負(fù)載的關(guān)系)非常重要，因?yàn)樗仨毮軌蝌?qū)動(dòng)以低阻抗著稱的視頻線(75Ω視頻線)。

電視也需要高速運(yùn)算放大器。在電視中，放大器能夠保證視頻線和電視輸入級(jí)之間達(dá)到很好的阻抗匹配效果。放大器需要將視頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)到芯片組的輸入級(jí)，該輸入級(jí)的特征阻抗很高(一般為幾kΩ)，而且還并聯(lián)有一個(gè)容值為pF級(jí)的電容器。在這種情形下，即使處于容性負(fù)載環(huán)境，驅(qū)動(dòng)器也必須保持較高的穩(wěn)定性。機(jī)頂盒的模擬視頻輸入也具有類似的局限性問(wèn)題。

通過(guò)機(jī)頂盒，可以完成對(duì)視頻源信號(hào)的選擇。源信號(hào)可以來(lái)自諸如DVD，或者攝像機(jī)之類的設(shè)備。

這類放大器可能非常特別，在性能方面表現(xiàn)為緩沖器+濾波器型，如STv6433；或視頻矩陣，如STv6412；或者性能與市場(chǎng)趨勢(shì)密切相關(guān)，可以嵌入芯片組中。另一方面，放大器階段也可能是由晶體管或高速放大器組成的分立方案。

這類應(yīng)用中，客戶追求的目標(biāo)是速度和節(jié)省空間，因此高速運(yùn)算放大器相較晶體管方案而言具有一定的優(yōu)勢(shì)。因此，廣播視頻應(yīng)用是高速運(yùn)算放大器的一個(gè)主要市場(chǎng)。

3、模擬視頻格式

評(píng)估高速視頻運(yùn)算放大器的頻率和振幅的時(shí)候，模擬視頻信號(hào)的格式非常重要。主要的模擬視頻信號(hào)格式有三種，每個(gè)呈現(xiàn)的電視圖像質(zhì)量各不相同。

第一類信號(hào)格式是由建立在R、G、B三個(gè)信號(hào)基礎(chǔ)上的三個(gè)獨(dú)立的信號(hào)組成的。這種信號(hào)是“最干凈”視頻信號(hào)，能夠提供最高質(zhì)量的視頻。三個(gè)R、B和G信號(hào)具有相同的帶寬作。該帶寬與視頻質(zhì)量有直接關(guān)系。在標(biāo)準(zhǔn)視頻廣播中，我們普遍使用YIQ、YUV或YPbPr，其中的Luma(Y)、(I，U，Pb)和(Q，V，Pr)是R、G、B的一個(gè)分量。在所有這些格式中，通常驅(qū)動(dòng)3個(gè)信號(hào)。

第二類信號(hào)格式基于兩個(gè)信號(hào)，例如Luma-Chroma (Y/C)或S-Video，其中C為色度。這兩種信號(hào)都是在基于NTSC、PAL、SECAM視頻標(biāo)準(zhǔn)的RGB信號(hào)基礎(chǔ)上進(jìn)行編碼的。

第三類信號(hào)格式是復(fù)合視頻(CVBS)。該信號(hào)格式的目標(biāo)將所有視頻分量組合成一個(gè)單獨(dú)的信號(hào)。CVBS是Y信號(hào)和C信號(hào)的總和。該信號(hào)格式是質(zhì)量最差的一種信號(hào)格式。

4、視頻信號(hào)帶寬與清晰度之間的關(guān)系

(1)標(biāo)準(zhǔn)清晰度(SD)：該格式使用標(biāo)準(zhǔn)的隔行視頻，電視屏幕的分辨率為720*480像素(格式：480I)，帶寬為6MHz。

(2)逐行視頻(PV)：該視頻圖像為非交織型，其目標(biāo)在于提高圖像的質(zhì)量。著這類信號(hào)的帶寬為12MHz，是標(biāo)清信號(hào)的2倍。這類信號(hào)適合逐行電視(720*480像素，480P格式)，可以與DVD播放機(jī)進(jìn)行通信。然而，由于該格式與100Hz電視之間存在競(jìng)爭(zhēng)，該格式?jīng)]有在歐洲普及。

(3)高清電視(HDTV)：HDTV格式的目標(biāo)是通過(guò)增加掃描線的數(shù)量和每線像素的數(shù)量來(lái)改善圖像的質(zhì)量。這類視頻信號(hào)的帶寬高達(dá)30MHz，適合的電視屏幕有逐行1280*1920像素(類型：1280P)，以及隔行1920*1080像素(1080I)。該HDTV格式目前在美國(guó)非常普及，而且正在向亞洲和歐洲推廣。

5、信號(hào)幅度

視頻信號(hào)的典型幅度包括同步、黑電平(參考幅度為0)、白電平和顏色。

6、阻抗匹配

為了消除各種反射因素的影響，視頻線的兩端必須按照其自身的阻抗，加載一定的負(fù)載，典型值為75Ω。由于視頻線上任何一點(diǎn)的阻抗是相當(dāng)?shù)�，我們將此稱為阻抗匹配。運(yùn)算放大器的輸出阻抗接近于零，一般應(yīng)在PCB上安排一個(gè)75Ω的電阻器，以達(dá)到正確的阻抗匹配值。因此，在視頻線的另一端，也要安排一個(gè)75Ω(位于電視機(jī)信號(hào)一邊)的電阻器。

對(duì)于信號(hào)幅度來(lái)說(shuō)，該2R電阻網(wǎng)絡(luò)的表現(xiàn)相當(dāng)于一個(gè)電阻分配器。因此，運(yùn)算放大器的輸出幅度有一半丟失了。由于運(yùn)算放大器的輸入幅度必須與視頻線所要求的幅度(典型值為1Vpp視頻)相同，運(yùn)算放大器的增益應(yīng)該為+2(6dB)。

雖然R值必須盡可能小，以減少噪音和穩(wěn)定性問(wèn)題(假設(shè)漂移電容主要是由輸入轉(zhuǎn)換而來(lái)的)，但是也不能太小，因?yàn)樵?R網(wǎng)絡(luò)還有一個(gè)功能，那就是擔(dān)當(dāng)著運(yùn)算放大器的負(fù)載。對(duì)于一個(gè)VFA，就不用考慮R值了，1kΩ已經(jīng)足夠，而且還可以滿足以前的要求。

對(duì)于CFA，如TSH11x，應(yīng)該施加一個(gè)R值，具體數(shù)值可以從數(shù)據(jù)手冊(cè)中查找(R=680Ω，增益=+2)。

7、電源

對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，最大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是減少應(yīng)用成本。一個(gè)輸出為-5V/+5V的雙電源需要在-5V的負(fù)電源電路方面進(jìn)行投資。解決方法之一是將電源縮簡(jiǎn)為只有單獨(dú)的0/+5V輸出。電源的同步信號(hào)降為0V(有時(shí)只有10mV)。在這些情況下，最好的解決方案是使用一個(gè)輸入/輸出軌-對(duì)-軌(input/output rail-to-rail)運(yùn)算放大器，如TSH7x-TSH8x系列產(chǎn)品。假如輸出軌的被測(cè)值是VOL=150mV(最大)，該視頻線所能保證的最小信號(hào)幅度為75mV。這會(huì)造成底部信號(hào)損失，最壞情況下只有75mV。

關(guān)于視頻線的驅(qū)動(dòng)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)http://www.st.com/stonline/products/literature/ta/10623.pdf。