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SDI系统电源设计需要考虑的问题
作者:德州仪器现场应用工程师 Don Rhodes    来源:日经BP社
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广播视频产品更新换代不断推动着性能的持续攀升,其中许多性能指标都超出了已公布的行业标准。要设计出满足抖动、眼图和信号上升/下降等许多行业要求的产品,就需要各种各样的组件。视频信号路径中的每个组件都可能影响产品的性能。

模拟和混合信号串行数字接口(SDI)组件,如电缆均衡器、电缆驱动器、时钟恢复器、串行器/解串器(SER/DES)等,组成了视频信号路径的关键部分,它们对SDI视频质量产生关键影响,这些组件都有电源要求,尤其是VCC电压纹波要求,而这些要求经常被人们低估或误解了。关注这一设计参数可以使产品之间出现很大的差异,其性能或者可以接受,或者非常出色。本文将讨论VCC纹波对这些视频组件性能的影响以及相关的权衡。

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图1:SDI应用系统框图

如图1所示的SDI组件VCC纹波规范通常不会出现在器件的产品数据表当中,因为纹波限制取决于具体产品的特定性能需求。例如,支持多高的视频数据传输速率?在产品的输入端需要多长的电缆?满足产品的设计规范需要控制SDI信号路径每一级上出现的抖动。

一个SDI组件的VCC纹波可能对抖动产生直接的影响,因此最终影响产品的性能。SDI组件的设计人员尽了最大努力使他们的器件能够耐受电源纹波和噪声。然而,了解针对这些器件的VCC纹波要求和相关的性能权衡仍然是一个重要的考虑因素。这一点尤其适用于3G数据传输速率和可实现更长电缆长度的新型组件。

电缆均衡器

电缆均衡器(EQ)是SDI信号路径的接收组件,可以实现输入视频信号的放大和恢复。在一根180米长的电缆(Belden 1694A)上,一个3G视频信号可能会衰减高达50dB。这意味着,经过了180米的电缆到达EQ输入端后,电缆驱动器上一个振幅为800mV的信号将会下降约3mV。在为LMH0394和LMH0395(双输出)这样的3G EQ供电时,信噪比(SNR)起着关键的作用,这类组件可以恢复经过180至200米之后电缆而损耗的信号。

图2中的曲线显示了基于视频信号数据速率和所需的视频电缆长度的最大VCC电源纹波。纵轴表示的是一个对数坐标,使之更容易解决较长电缆的允许纹波电压难题。为了达到最大电缆长度,标清(SD)和高清(HD)数据速率的纹波电压限制分别约为58mV和22mV,而190米长电缆的3G纹波电压限制约为9mV。无论SDI数据速率或电缆长度如何,纹波振幅应该≤100mV,以确保实现均衡器的全部功能。

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图2:SDI均衡器的VCC纹波要求

像时钟恢复器和Ser/DesSDI这样的器件集成了锁相环(PLL),可以满足清洁电源的需求。视频数据速率决定了PLL回路带宽,因此,电源抑制比(PSRR)随频率变化。如图3所示,视频数据速率也就是电源的开关频率(Fsw)对VCC纹波的影响最大。设计较低Fsw的电源将允许器件的VCC有更多的纹波;这也将实现更高效率的电源解决方案。

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图3:SDI时钟恢复器和Ser/Des的VCC纹波要求

电缆驱动器

LMH0302及LMH0307(双输出)的SDI电缆驱动器有直接端接至VCC的输出端,如图4所示。鉴于此,任何VCC上的电源噪声或纹波都直接传送到输出的视频信号,并会在接收设备的输入端作为附加抖动显示出来。像电缆EQ一样,电缆驱动器的VCC纹波限制取决于数据传输速率。从时间的角度看,较慢的数据传输速率有较大的单位间隔(UI),因此,UI也较大,较大的允许抖动和相应的VCC纹波是可以接受的。

图5中的曲线显示了基于一个给定视频数据速率的最大纹波电压,以及电缆驱动器对总输出抖动的相应影响。正如SDI信号路径中的其他器件那样,VCC波纹或VCC波纹缺乏是SNR的贡献者,并由此产生了视频信号的抖动。综上所述,电缆驱动器上的VCC纹波将直接增加视频信号的SNR,从而造成接收产品EQ的更大抖动。

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图4:LMH0302电缆驱动器

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图5:SDI电缆驱动器允许的VCC纹波

本文小结

注重针对SDI系统电源设计的VCC纹波水平可以实现一个产品的差异化,使其性能可以接受,或实现卓越的性能。反之,如果一个产品的抖动水平或电缆长度不是最佳的,就可能值得研究个别SDI组件的VCC纹波了,看看可以做出怎样的改善。设计有电压纹波和噪声<10mV的开关模式电源(SMPS)需要一定的细心。在大多数情况下,稳压器输出的纹波将会超过10mV。

Simple Switcher易电源电源模块就是一个明显的例外。LMZ10503/4/5(3A、4A和5A)及LMZ2206/8/10(6A、8A和10A)等模块是完全集成的、高效的降压稳压器,这些器件拥有低输出纹波和优良的热性能,并符合EN55022(CISPR 22)电磁干扰(EMI)标准。线性压差稳压器(LDO)可以净化一个电压轨,而选择正确的器件非常重要。LDO的PSRR会随频率下降,通常不足以净化工作频率Fsw大于100KHz条件下的开关电源纹波。

LP5900及LP3878 LDO可以显著衰减电源纹波和Fsw大于100KHz的开关电源所产生的噪声。像这些敏感设计的电源轨滤波也是一个值得考虑的方案。实现VCC纹波小于10mV的后置SMPS滤波器并不是一个简单的任务,它将涉及器件的选择和设计两个方面。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (1/1/2012)
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