摄像系统的模拟视频滤波技术

作者：Ben Nader

欢迎访问e展厅 展厅 10 机器视觉展厅 工业相机, 镜头, 视觉传感器, 图像采集卡, 视觉光源, ... 在大部分视频系统中，视频编码器的视频输出都含有低通滤波器。这些滤波器用来抑制高频噪声，平滑视频数模转换器(DAC)输出视频信号的上升沿和下降沿。传统的视频系统通常采用分立的无源滤波器。然而，目前绝大多数视频子系统中，视频DAC之后采用集成滤波放大器对视频信号进行滤波、放大。本文详细介绍Maxim为满足多种视频应用需求而提供的各种集成视频滤波放大器。 对于视频摄像系统，视频DAC输出最常见的信号是视频消隐、同步(CVBS)以及亮度/色度(Y/C)复合信号。例1到例8详细介绍了8种滤波放大器的配置，具有不同的DAC输出信号直流电平、信号振幅以及交、直流耦合视频信号的组合。集成视频滤波器的常用电源电压是5V或3.3V，对于要求微功耗的应用(例6和例7)，可以采用1.8V或2.5V电源对视频滤波放大器供电。这些低功耗应用实例中的滤波放大器(MAX9509)采用了Maxim的DirectDriveTM专利技术，† 通过内部固定8V/V增益获得2VP-P视频信号。 以下八种配置有几个共同特性：所有输出都在75Ω负载上进行测量。因此，当输出曲线显示1VP-P时，集成滤波放大器的输出为2VP-P。此外，所有滤波器均采用75%的TV NTSC彩条信号作为信号源。 重建滤波器连接视频DAC与视频放大器 例1中，视频DAC的输出通过重建滤波器与MAX9502G视频放大器连接。对DAC的视频信号输出进行偏置，使同步头接近地电位。MAX9502G对信号进行滤波放大，得到2VP-P的输出信号，并为信号提供直流偏置。MAX9502G的输出也提供了偏置，其同步头大概高于地电位300mV。在负载处，由于输出端采用75Ω分压结构，该同步头电平变为150mV。MAX9502G是集成度非常高的解决方案，占用很小的电路板面积，能够在绝大多数便携式系统设计中有效节省空间。 视频DAC向视频放大器提供交流耦合信号 例2中，视频DAC向MAX9586视频滤波放大器提供交流耦合视频信号。这对于要求交流耦合信号、同步头低于地电位的单电源应用是非常好的解决方案。然而，输出交流耦合信号并没有把黑电平置于地电位；黑电平随着视频信号内容的变化而变化。MAX9586可以驱动两个直流耦合视频负载或一个交流耦合150Ω负载。 例1加上0.5VP-P直流偏置信号 例3和例1非常相似，只是其DAC只能输出0.5VP-P的直流偏置信号。这种情况下，具有12dB固定增益的MAX9502M是比较合适的解决方案。负载上的视频信号有直流偏置，同步头大约高于地电位150mV。此外，DAC的视频信号输出必须在地电位以上。MAX9502M可以为一路150Ω对地负载提供2VP-P的视频驱动。 只有一路CVBS或Y信号输出的视频DAC 例4提供了一种非常有趣的配置。某些应用中，DAC同时提供Y和C信号，而例4中只有一路输出。这一输出可以在CVBS和Y信号之间进行选择，这样，可以使用求和(合成器)电路产生CVBS信号。在同一输出上很难同时提供这两类信号，也很难在正确的时间对这两类信号进行切换。一般在输出线上采用一个2:1复用器实现这一功能。好在该实例中所使用的MAX9524视频滤波放大器集成了两个模拟单刀单掷开关，可以配置成2:1复用器，从而利用一个芯片就能够适当选择输入，并对其进行滤波放大。由于对Y、C信号求和后无法确定其直流电平；因此，应该在滤波放大之前对视频信号进行交流耦合。交流耦合电容之后的箝位电路建立偏置电平。 设计人员应注意产生CVBS信号的求和电路设计，应仔细考虑Y、C信号的直流偏置电平以及DAC所允许的电压范围。直接连接Y、C信号所产生的CVBS信号会超出DAC电压范围，具体取决于每个信号的直流偏置电平。 具有Y/C至CVBS合成器的多路视频输出 例5中的MAX9512有四个独立的输出通道，可理想用于多路视频输出设计。该器件还有一个Y/C至CVBS的合成器，从Y、C信号产生复合视频信号。每路输出可驱动两个直流耦合视频负载，或一个交流耦合150Ω负载。芯片采用了Maxim的SmartSleep技术‡ (图中没有画出)，能够对输入信号或输出负载进行检测，相应地接通或关断不同的放大器，从而降低功耗。这一配置常见于提供一路S端子以及两路CVBS输出的应用。 黑电平接近地电位的低功耗设计 例6由于采用了MAX9509而使功耗大大降低，该器件采用1.8V单电源供电，平均功耗只有11.7mW。该配置的另一优点是：黑电平接近地电位，输出不需要大的耦合电容，视频信号在-300mV和+700mV之间，与视频信号内容无关。由于放大器内部提供8V/V固定增益，DAC输出幅度应该在0.25VP-P。对于任意类型的DAC，只要改变输出端的端接电阻即可得到这一数值。 一路输出Y、C和CVBS信号 对于某些应用，DAC输出只有Y和C信号，但是系统必须提供CVBS信号。在这种应用中，一般的解决方案是利用求和电路产生所需的输出信号。这种解决方案和例4采用的求和电路相似，但是由于所要求的CVBS幅度只有0.25VP-P，因此可产生适当的电压。如果DAC正常输出为1VP-P，改变DAC端接电阻即可很容易地获得0.25VP-P振幅。 例7提供了一个微功耗应用的滤波放大方案。设计人员按比例减小DAC的输出端接电阻，获得合适的输出幅度(0.25VP-P)。由于不确定直流偏置电平(取决于信号和求和电路)，应将信号交流耦合至MAX9509。同步头箝位电路对输入信号进行适当的电平偏置。滤波放大器具有DirectDrive功能，放大器输出的黑电平接近于地电位。这样，输出端不需要采用大的耦合电容。因此，MAX9509能够将2VP-P视频信号驱动至150Ω负载。 两路视频输出信号，没有直流偏置 对于需要两路视频输出信号的应用(例如，S端子)，MAX9583双通道视频滤波放大器提供了一个紧凑的解决方案，如例8所示。MAX9583具有2V/V内部固定增益，因此，适用于1VP-P输出的DAC。该器件的输出可交流耦合至一个150Ω负载或直流耦合到两个视频负载。交流耦合的视频信号不需要任何直流偏置，黑电平随视频内容的变化而变化。 结论 本文重点介绍了目前视频应用中的常见配置。CVBS和Y/C是目前为止这类应用中最常见的输出信号。在某些高端设备中，会有比较少见的YPbPr输出信号，视频信号可以是标准清晰度(SD)，也可以是高清晰度(HD)信号。本文虽然没有讨论这些比较少见的应用，但是设计人员应了解这些设计同样有相应的集成解决方案。 †美国专利#7,061,327。 ‡专利申请中。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (9/6/2008)