後視攝影機提供汽車後方區域的廣泛視野。這些攝影機通常用於汽車應用,使駕駛能夠安全的倒車。安裝後視攝影機時,視訊源訊號和視訊驅動電路是典型的交流耦合訊號,以對元件提供隔直處理。視訊訊號的直流位準代表黑色的顯示等級,該位準必須恆定方能適應視訊處理電路。

本文將說明恢復複合視訊訊號的正確直流位準的方法。

20190729TA71P1 圖1 使用ADA4433-1的直流恢復電路原理圖。

複合視訊訊號說明

複合視訊訊號也稱為顏色、視訊、消隱和同步(CVBS),是電子中最複雜的波形之一。亮度資訊、顏色資訊和同步訊號組合形成複合視訊訊號。圖2顯示全白美國國家電視系統委員會(NTSC)複合視訊訊號的典型波形。

20190729TA71P2 圖2 全白NTSC複合視訊波形。

在圖2中,視訊訊號相當於一條水準掃描線。一條掃描線由一個有效視訊部分和一個水準消隱部分組成。有效視訊部分包含圖片的亮度資訊(亮度)和顏色資訊(色度)。亮度是訊號的暫態振幅,色度是正弦波。為了辨識圖片的顏色(黃色、青色、綠色、品紅、紅色和藍色),可比較正弦波相位和顏色同步相位間的差異,色度則是被施加到亮度訊號上。此複合訊號如圖3所示,圖中顯示了電視彩條的掃描線。

20190729TA71P3 圖3 電視彩條的掃描線。

有效視訊部分的幅度對應於色彩量(飽和度),色度和色同步之間的相位差表示顏色的色調。水準消隱部分包含水準同步脈衝,以及位於同步脈衝升緣後面的色同步(稱為後緣)。

交流耦合

視訊源通過輸出電容(CS)進行交流耦合。此方法可防止設備受到潛在損壞,如電池意外短路或直流電流而導致的電源連接。

CS儲存電壓訊號的平均值。視訊內容會影響視訊波形的平均電壓訊號,例如,黑色位準隨場景亮度而變化。根據視訊內容,如NTSC或逐行倒相制(PAL),必須考慮一個時間常數,因為CS和放大器的高輸入阻抗相結合產生的濾波器的時間常數為τ = R × CS,截止頻率(fC)計算如下:

20190729TA71P3-1

其中,R是放大器的輸入阻抗。

CS和R值是可能導致訊號幅度下降的變數。

下降是從視訊的左側緣到右側緣的亮度變化,這會導致顯示器上可見暫時閃爍或淡入淡出。下降幅度必須低於人類感知。要最大限度地減少下降,交流耦合電路的時間常數必須盡可能短。為了補償短時間常數,可在電路中添加一個或多個電容。因此,必須適當調整電容的值。在選擇正確的電容時,低洩漏比等效串聯電阻(ESR)的指標更重要。

要正確設置輸入共模位準,濾波器或驅動器輸入需要一個鉗位和偏置電路。

採用蕭特基二極體的直流恢復

對視訊設備的輸出進行交流耦合時,直流內容會丟失。要恢復直流偏置位準,視訊源的交流耦合輸出必須使用直流恢復,或箝位電路箝位至基準直流電壓。使用交流耦合時,最大限度地減小電源需求的一種方法是使用蕭特基二極體進行直流箝位,如圖1所示。在此應用中使用蕭特基二極體比普通矽或鍺二極體具有顯著的優點。蕭特基二極體具有低正向電壓和快速恢復或開關時間,射頻(RF)蕭特基二極體的導通電壓低,具有30mV導通電壓的二極體在單電源應用中可提供令人滿意的結果。

當耦合電容上的負載較高時,如ADA4432-1輸入阻抗緩衝器,耦合電容上的平均電壓沿正向電壓向上滲透。低電壓蕭特基二極體提供同步端箝位功能,如圖4所示。當二極體的陰極電壓高於零時,二極體用作單向開關。因此,訊號的最低部分被強制為基準電壓,即蕭特基二極體陽極的電壓位準。耦合電容的值也取決於終端電阻,如果75Ω終端電阻與蕭特基二極體並聯,則耦合電容必須很大(~100μF或更大);如果終端電阻高,則為1μF或更低的耦合電容是合適的。此電路有一個缺點,即由於二極體導通電流,同步端有輕微的損失。因此,在系統中低漏電流比高ESR更重要。

ADA4432-1的運作電壓為3.3V,放大器輸出的增益為2。因此,典型的1Vp-p NTSC複合訊號具有以下設計餘量:

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其中:

VOH是高電壓輸出。

VOL是低電壓輸出。

20190729TA71P4 圖4 箝位複合訊號。

結論

將視訊源交流耦合至接收器時,恢復複合訊號的適當直流位準對於提供已傳輸視訊訊號的正確亮度至關重要,因此,務必考慮正確的電容值以避免電壓幅度下降,並使用低電壓蕭特基二極體以減少同步端損失。直流箝位還可防止改變場景時同步訊號漂移,因為二極體為同步端提供恆定基準電壓。