CVBS(彩色、视频、消隐、同步信号)接收机

题目: 视频传输与接收系统
话题: CVBS (彩色、视频、消隐、同步信号) 接收机

 

图1 CVBS低噪声视频接收机

我们现在来讨论低噪声CVBS (彩色、视频、消隐、同步信号) 接收的设计，如图1所示。如前所述，CVBS (复合视频) 信号是一种高度复杂的信号，含有多种模拟电压电平、时间间隔、边界速率、微分增益和相位关系 (参见图2和图3)。由于所有视频信号包含在一个信号中，只需要一条传输线，因此复合信号是最常用的模拟视频接口。CVBS信号将亮度信息 (亮度)、色彩信息 (色度) 和同步信号组合在一个信号中，仅通过一条线缆传输 (一般采用一条超5类线 (CAT 5e) 线对)。当然，这种信号 (如图2和图3所示) 含有多种频率分量，必须正确发送和接收，不产生附加噪声和失真分量。部分波形，尤其行消隐间隔中的波形，需要准确电压电平，此时的波形在所需时间间隔和过渡边缘都是平直的，而且在规定期限内必须转换不同的电压电平。亮度信号上还加有颜色信息，是一条由颜色与色同步参考相位之间特定相位差形成的彩色正弦波。这也可以从图3中看出，图中显示了水平扫描线彩条。

 图2      复合视频信号 (CVBS) 电压和时间



图3带色条的单线复合视频信号(CVBS)

当然，图2 和图3中的信号通过一条传输线发送接收时，一般选择低成本超5类对绞线。对绞线需要差分发射机 (参见上周文章) 和差分接收机 (参见图1)。

差分接收机性必须以接收端恢复原始传输信号的方式“均衡”信号。超5类线不同的插入损耗特性给这种均衡过程造成困难 (参见图4)。


图4 超5类线频率范围内的插入损耗 (不同线缆长度)

图2和图3单路CVBS视频传输中含有色同步和色条信号，必须以3.58 Mhz的频率进行“均衡”和恢复 (这种情况下，放大器必须具有高于这一频率的带宽，以便有足够高的增益传输这种频率，不致产生失真和衰减)。除均衡较高彩色信号频率外，还需要包括行消隐间隔等低频信号，以及某些低于100 KHz的频率分量。因此，均衡器必须能够恢复CVBS信号中所含的低频和高频分量。例如，标准超5类线典型直流导体电阻为10Ω/100 米。这意味着，当线缆长度接近750米时 (依使用的线缆类型而定)，CVBS信号的直流衰减开始接近 -6 dB (这是均衡放大器电路必须考虑的一个因素，恢复时接收的信号乘以6 db)。以采用300米长直流衰减约为-2 dB的超5类线为例，如图4所示，加上3.58 MHz频率处-10 dB衰减，总衰减量为-12 dB! 均衡和恢复这种较高频率衰减的技巧是，根据所需频率取线缆的-3 dB衰减点，消除均衡放大器中的零极点。在采用300米超5类线缆的情况下，为传输色同步信号，对应线缆衰减第一极的零点最好设在大约932 KHz处。同时，请注意，超5类线不存在单极滚降，因此有必要为均衡放大器设置多个零点，以消除线缆响应中所含的附加极点 (我们将在下周讨论这个问题)。

图1所示CVBS接收机通过100 Ω负载线路 (超5类线特性阻抗) 接收图2和图3电路的差分传输信号。然后，差分信号通过CLC2000放大器转换为单端信号，放大器差分转单端设为两级增益。这两种增益对于通过75Ω负载电路发射接收信号，反向端接至监视器CVBS视频输入插座是必要的，可通过监视器端接负载电阻消除(一半)信号衰减。采用加一高频单位增益稳定的CLC2000，CLC2000单端至差分转换器的中心偏置电压也设置为+4.0 V (这个偏置电压可使放大器 (和发射机) 仅采用单个+12V电源工作，电源负极接地)。

这种极为简单的低噪声视频接收机设计的关键在于采用CLC1001超低噪声高带宽放大器作为均衡放大驱动器。CLC1001是一种高性能电压反馈放大器，输入电压噪声极低，仅为.6 nV/√Hz。其中的一个重要因素是，CLC1001可以给出2.1 GHz增益带宽乘积和410 V/µsec转换速率，特别适合用于这种需要高灵敏度和信号完整性的高速视频采集系统。这种高增益带宽乘积和灵敏度使这种器件成为拾取长距离超5类线缆传输中，高度衰减CVBS频率分量的理想接收机。1 Km长线缆，彩色信号 (3.58 MHz) 可衰减约-50 dB (相当于信号的1/300)。无论设计是否需要这种严格的恢复/均衡，均衡放大器都要求增益带宽乘积 (这种情况下需要3.58 MHz X 300= 1 GHz) 大于1 GHz以上，接近2 GHz，这是CLC1001的重要设计特性。当然，采用CLC1001设计为的是最终实现低噪声，高增益带宽乘积为内部直流增益的10倍。这种10倍增益要求系统还能接收接近1 Vpp的低频CVBS信号 (通过短距离线缆减少衰减)，将其乘以10，因此需要+12V电源系统，以处理这种高增益生成的电压电平。均衡接收的CVBS信号时，CLC1001另一个重要性能特性是共模抑制比(CMRR)典型值为90 dB。这个参数有助于提高接收的差分模信号的增益，均衡并放大信号，不会造成共模直流失真，影响CVBS视频信号质量 (我们将在下周讨论CLC1001接收机放大器均衡问题)。总之，对于任何CVBS接收机应用 (任意线缆长度)，接收机采用CLC1001是一种简单、理想的方法，可提供所需的驱动力和灵活性，从而降低系统总体成本、电耗和失真。

设计高性能视频传输与接收系统时，将系统分解为各种功能块，确定每种性能的极限参数是很重要的。根据整个系统的技术规格，如视频数据传输速率和分辨率，这些参数将决定系统元件所需的许多模拟性能指标，包括简单的布局结构、放大器带宽、转换速率以及所需增益。线缆是高性能视频传输与接收系统的首要无源组件，了解这一组件正面和负面影响将极大地提高您的系统设计能力。