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标题: 如何为手机等便携式设备增加视频输出到电视的功能 [打印本页]
作者: admin    时间: 2014-10-13 08:57
标题: 如何为手机等便携式设备增加视频输出到电视的功能
随着手机和其它超便携式设备中的媒体播放技术的飞速发展，超小尺寸和低功耗设备中视频的应用越来越广泛。一个新兴功能是能够将手机输出的视频信号驱动到传统电视机上来观看(图1)。将视频信号发送到不同的应用在很多方面是很有用的，可实现视频会议、照片浏览、电影流、可视电话、联网游戏以及其它连做梦都还想不到的应用。
        为了实现超便携式视频技术，半导体制造商正在开发视频编码器和集成式视频滤波器/驱动器以直接驱动75欧姆同轴电缆。编码器功能在主控制器芯片后执行，包括NTSC或PAL格式化，可以根据是否只使用复合视频还是增加S视频来确定是否整合集成式视频数模转换器(DAC)。在DAC后再增加滤波器/驱动器，用以重建信号并消除高频伪信号，从而获得更高品质的图像。此外，该技术还提供75欧姆同轴电缆驱动器以直接驱动连入电视机的电缆。
复合视频输出
        移动设备的电视输出功能输出的是复合视频信号，这种信号是目前最常用的视频信号，几乎任何一台电视机都可以接收。另外，便携式设备如手机或便携式媒体播放器需要一种方式将数字视频信号转换成模拟信号并将其转换成NTSC或PAL复合视频信号。这样在外部的电视机上就能收看到该信号。另外，需要对模拟信号放大并与特征阻抗为75欧姆的电缆进行阻抗匹配。该实现过程如图2所示。
        复合视频预计仍将作为常规信号而被保留，并在不远的将来仍作为显示模拟视频信号的一种方式。这种复合视频信号内部包含了在接收端恢复视频所需的全部信息，包括行同步和场同步、亮度及色度信号(图3)。


图1：视频信号能从手机传送到电视。



图2：便携式设备中的视频编码器和视频滤波器/驱动器。



图3：复合视频信号显示出色带。

        由于标准的复合视频连接器对于便携设备而言非常庞大，有一种被称为迷你A/V连接器的改进型连接器更适合用于便携式视频传输，同时它还能在同一根电缆上传输左、右声道的音频信号，因此更能节省空间。通常，连接器的一端是迷你A/V插头，另一端则是较大的RCA复合视频信号和左/右声道插头(图4)。


图4：连接RCA电缆的迷你A/V。

视频编码器
        为了建立复合视频信号，需要执行一个称为编码的处理过程。该过程要求将数字信号格式化并将其转换成NTSC或PAL制式的模拟复合视频信号。视频编码器可以被集成到一个较大的数字集成电路中，或者根据具体功能的划分而作为一个独立器件使用。
        独立视频编码器可以将主系统处理器(即基带芯片)输出的数字分量视频(以8位平行CCIR-601/656或ANSI/SMPTE 125M格式)转换成带调制色彩副载波的标准模拟基带电视复合视频信号(NTSC或PAL标准)。然后该信号再送入集成式DAC进行处理，最后从器件输出(图5)。


图5：NTSC / PAL视频编码器。

视频重建滤波
        在数字视频编码之后，信号通常通过一个DAC还原回模拟域。这个过程被称为重建(图6)。在这个过程中引入了会使画面失真的高频伪信号。重建滤波器就是用来滤除这些伪信号的。该滤波器的重建性能取决于是否能在不影响通带内有效信号的情况下，很好地滤除高频伪信号。这些高频伪信号造成画面中细节成分(如高亮处或精细图纹细节)的幅度变化，从而影响视频信号质量，因为这些成分相对于采样时钟而运动。结果类似于锯齿问题， 当它们在画面中移动时引起细节失真。


图6：超便携式视频重建滤波器/驱动器。

        为了实现滤波功能，建议采用集成式视频滤波器/驱动器，如飞兆半导体公司的FMS6151。这种集成的有源滤波器件可以取代好几个分立式元件。一般来说，视频多媒体设备中所使用的滤波器是低通有源滤波器。滤波器中的主要元件是运算放大器、电容、电阻和电感。FMS6151是5阶巴特沃思(Butterworth)滤波器，其总体性能非常好，如相位误差低、稳定性高、元件数目少以及高效的滤波特性，因此是消费级视频设备滤波的极好选择。由于其可靠性高，参数规格有保证，因此这些集成的有源滤波器比分立的有源和无源滤波器(图7)具有更加稳定一致的滤波性能。


图7：输出重建(图像抑制)滤波器去掉了采样和模拟重建过程产生的时钟和边带分量。

        由于电压摆动要求及对更高ESD(静电放电)保护等级的需要，重建滤波器和电缆驱动器通常都放在编码器之外。
视频滤波器/驱动器
        除了重建滤波器之外，还需要视频驱动器来放大视频信号并驱动75欧姆的同轴电缆。放大器需要有6dB的增益以适应双重终端负载。FMS6151集成视频滤波器/驱动器解决方案将重建滤波器和低阻抗视频驱动器整合在一起。该器件的工作电压范围从2.5V到5.5V。与典型的2阶和3阶无源解决方案相比，5阶滤波器能提供更好的图像质量。
        这种滤波器/驱动器最好由一个直流耦合DAC输出直接驱动，但是在交流耦合输入时也可以工作。该器件的输入共模范围以地为参考是1.2Vpp。其输出能驱动一个交流或直流耦合的单根75欧姆同轴电缆(150欧姆)负载。直流耦合输出不需要昂贵的输出耦合电容。如果输出是交流耦合的，SAG校正电路可用来减小交流输出耦合电容的容值和物理尺寸，同时仍能产生可接受的场倾斜。
SAG校正
        传统上，如果视频应用是交流耦合的，将需要非常大的输出耦合电容(在220F和1000F之间)。SAG校正电路利用较小的输出耦合电容就能提供卓越的性能，因此不需要大型耦合电容。通常的输出电路(150欧姆负载时的电容是220F)在5Hz处创建单极点(-3dB)。减小该电容会引起过大的相移，导致视频场倾斜，从而阻碍同步信号的正确恢复。
        FMS6151中的SAG校正电路峰值很小，因此能提供可以显著减少视频场倾斜的相位响应补偿。这种补偿能使设计人员减小体积很大的220F输出耦合电容。SAG校正使用一个22F的电容，输出耦合电容使用的是一个47F的电容，这两者远远小于其它电路所需电容的体积和成本(图 8)。


图8：具有SAG校正的视频滤波器/驱动器。

激活和关机
        FMS6151具有关机功能，能停止输出并将静态电流减小到25nA以下，从而降低功耗并延长电池寿命。该功能对于手机、手持游戏机和摄像机等需要滤波和驱动能力的便携式设备来说尤为重要。另外，FMS6151还提供12kV的ESD保护功能。
可驱动大屏幕的小体积驱动器
        要在便携式设备上实现复合视频电视输出功能，需要进行多方面的考虑。在器件功能的划分、保持低功耗和高图像质量等方面都提出了诸多设计挑战。利用视频编码器可以轻易实现从数字信号到NTSC和PAL模拟复合视频的转换任务。


图9：采用Micropak封装的FMS6151的体积极其微小。

        采用Micropak封装的FMS6151体积非常微小，因此非常适合元件密集的手机使用，并能为电视观看提供高质量的视频。该器件具有强大的12kV ESD保护功能，可以确保移动设备免受伤害。5阶低通重建滤波器可以用来平滑输出视频信号，从而避免不必要的失真。该器件能放大、驱动和匹配75欧姆同轴电缆的阻抗。选择最小配置的直接直流耦合模式可以进一步节省电路板空间。最后，由于同轴电缆驱动器工作时输出电流很低，在未用状态下电流又低于25nA，因此该技术能显著降低电池能耗。
作者：
Jeremy Tole
信号路径模拟产品线技术营销经理
飞兆半导体
Jeremy.tole@fairchildsemi.com



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