廣播視頻產(chǎn)品更新?lián)Q代不斷推動(dòng)著性能的持續(xù)攀升，其中許多性能指標(biāo)都超出了已公布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。要設(shè)計(jì)出滿足抖動(dòng)、眼圖和信號(hào)上升/下降等許多行業(yè)要求的產(chǎn)品，就需要各種各樣的組件。視頻信號(hào)路徑中的每個(gè)組件都可能影響產(chǎn)品的性能。
模擬和混合信號(hào)串行數(shù)字接口（SDI）組件，如電纜均衡器、電纜驅(qū)動(dòng)器、時(shí)鐘恢復(fù)器、串行器/解串器（SER/DES）等，組成了視頻信號(hào)路徑的關(guān)鍵部分，它們對(duì)SDI視頻質(zhì)量產(chǎn)生關(guān)鍵影響，這些組件都有電源要求，尤其是VCC電壓紋波要求，而這些要求經(jīng)常被人們低估或誤解了。關(guān)注這一設(shè)計(jì)參數(shù)可以使產(chǎn)品之間出現(xiàn)很大的差異，其性能或者可以接受，或者非常出色。本文將討論VCC紋波對(duì)這些視頻組件性能的影響以及相關(guān)的權(quán)衡。
圖1：SDI應(yīng)用系統(tǒng)框圖
如圖1所示的SDI組件VCC紋波規(guī)范通常不會(huì)出現(xiàn)在器件的產(chǎn)品數(shù)據(jù)表當(dāng)中，因?yàn)榧y波限制取決于具體產(chǎn)品的特定性能需求。例如，支持多高的視頻數(shù)據(jù)傳輸速率？在產(chǎn)品的輸入端需要多長(zhǎng)的電纜？滿足產(chǎn)品的設(shè)計(jì)規(guī)范需要控制SDI信號(hào)路徑每一級(jí)上出現(xiàn)的抖動(dòng)。
一個(gè)SDI組件的VCC紋波可能對(duì)抖動(dòng)產(chǎn)生直接的影響，因此最終影響產(chǎn)品的性能。SDI組件的設(shè)計(jì)人員盡了最大努力使他們的器件能夠耐受電源紋波和噪聲。然而，了解針對(duì)這些器件的VCC紋波要求和相關(guān)的性能權(quán)衡仍然是一個(gè)重要的考慮因素。這一點(diǎn)尤其適用于3G數(shù)據(jù)傳輸速率和可實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)電纜長(zhǎng)度的新型組件。
電纜均衡器
電纜均衡器（EQ）是SDI信號(hào)路徑的接收組件，可以實(shí)現(xiàn)輸入視頻信號(hào)的放大和恢復(fù)。在一根180米長(zhǎng)的電纜（Belden 1694A）上，一個(gè)3G視頻信號(hào)可能會(huì)衰減高達(dá)50dB。這意味著，經(jīng)過(guò)了180米的電纜到達(dá)EQ輸入端后，電纜驅(qū)動(dòng)器上一個(gè)振幅為800mV的信號(hào)將會(huì)下降約3mV。在為L(zhǎng)MH0394和LMH0395（雙輸出）這樣的3G EQ供電時(shí)，信噪比（SNR）起著關(guān)鍵的作用，這類組件可以恢復(fù)經(jīng)過(guò)180至200米之后電纜而損耗的信號(hào)。
圖2中的曲線顯示了基于視頻信號(hào)數(shù)據(jù)速率和所需的視頻電纜長(zhǎng)度的最大VCC電源紋波。縱軸表示的是一個(gè)對(duì)數(shù)坐標(biāo)，使之更容易解決較長(zhǎng)電纜的允許紋波電壓難題。為了達(dá)到最大電纜長(zhǎng)度，標(biāo)清（SD）和高清（HD）數(shù)據(jù)速率的紋波電壓限制分別約為58mV和22mV，而190米長(zhǎng)電纜的3G紋波電壓限制約為9mV。無(wú)論SDI數(shù)據(jù)速率或電纜長(zhǎng)度如何，紋波振幅應(yīng)該≤100mV，以確保實(shí)現(xiàn)均衡器的全部功能。
圖2：SDI均衡器的VCC紋波要求
時(shí)鐘恢復(fù)器和Ser/Des
像時(shí)鐘恢復(fù)器和Ser/DesSDI這樣的器件集成了鎖相環(huán)（PLL），可以滿足清潔電源的需求。視頻數(shù)據(jù)速率決定了PLL回路帶寬，因此，電源抑制比（PSRR）隨頻率變化。如圖3所示，視頻數(shù)據(jù)速率也就是電源的開(kāi)關(guān)頻率（Fsw）對(duì)VCC紋波的影響最大。設(shè)計(jì)較低Fsw的電源將允許器件的VCC有更多的紋波；這也將實(shí)現(xiàn)更高效率的電源解決方案。
圖3：SDI時(shí)鐘恢復(fù)器和Ser/Des的VCC紋波要求
LMH0302 及LMH0307（雙輸出）的SDI電纜驅(qū)動(dòng)器有直接端接至VCC的輸出端，如圖4所示。鑒于此，任何VCC上的電源噪聲或紋波都直接傳送到輸出的視頻信號(hào)，并會(huì)在接收設(shè)備的輸入端作為附加抖動(dòng)顯示出來(lái)。像電纜EQ一樣，電纜驅(qū)動(dòng)器的VCC紋波限制取決于數(shù)據(jù)傳輸速率。從時(shí)間的角度看，較慢的數(shù)據(jù)傳輸速率有較大的單位間隔（UI），因此，UI也較大，較大的允許抖動(dòng)和相應(yīng)的VCC紋波是可以接受的。
圖5中的曲線顯示了基于一個(gè)給定視頻數(shù)據(jù)速率的最大紋波電壓，以及電纜驅(qū)動(dòng)器對(duì)總輸出抖動(dòng)的相應(yīng)影響。正如SDI信號(hào)路徑中的其他器件那樣，VCC波紋或VCC波紋缺乏是SNR的貢獻(xiàn)者，并由此產(chǎn)生了視頻信號(hào)的抖動(dòng)。綜上所述，電纜驅(qū)動(dòng)器上的VCC紋波將直接增加視頻信號(hào)的SNR，從而造成接收產(chǎn)品EQ的更大抖動(dòng)。
圖4：LMH0302電纜驅(qū)動(dòng)器
圖5 SDI電纜驅(qū)動(dòng)器允許的VCC紋波
本文小結(jié)
注重針對(duì)SDI系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)的 VCC紋波水平可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)產(chǎn)品的差異化，使其性能可以接受，或?qū)崿F(xiàn)卓越的性能。反之，如果一個(gè)產(chǎn)品的抖動(dòng)水平或電纜長(zhǎng)度不是最佳的，就可能值得研究個(gè)別 SDI組件的VCC紋波了，看看可以做出怎樣的改善。設(shè)計(jì)有電壓紋波和噪聲＜10mV的開(kāi)關(guān)模式電源（SMPS）需要一定的細(xì)心。在大多數(shù)情況下，穩(wěn)壓器輸出的紋波將會(huì)超過(guò)10mV。
Simple Switcher易電源電源模塊就是一個(gè)明顯的例外。LMZ10503/4/5（3A、4A和5A）及LMZ2206/8/10（6A、8A和10A）等模塊是完全集成的、高效的降壓穩(wěn)壓器，這些器件擁有低輸出紋波和優(yōu)良的熱性能，并符合EN55022（CISPR 22）電磁干擾（EMI）標(biāo)準(zhǔn)。線性壓差穩(wěn)壓器（LDO）可以凈化一個(gè)電壓軌，而選擇正確的器件非常重要。LDO的PSRR會(huì)隨頻率下降，通常不足以凈化工作頻率Fsw大于100KHz條件下的開(kāi)關(guān)電源紋波。
LP5900及LP3878 LDO可以顯著衰減電源紋波和Fsw大于100KHz的開(kāi)關(guān)電源所產(chǎn)生的噪聲。像這些敏感設(shè)計(jì)的電源軌濾波也是一個(gè)值得考慮的方案。實(shí)現(xiàn)VCC紋波小于10mV的后置SMPS濾波器并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)，它將涉及器件的選擇和設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。 |
