PDF《Application Note》

Application Note AN1201 for TPF1xx Series Products REV1.

0 www.3Peakic.com ?2012 3PEAKIC Microelectronics Co., Ltd 概述 TPF1xx 系列集成式视频滤波驱动器针对更高清晰度、移动平台、3V/5V 供电要求、绿色环保和能源之 星标准以及最新的通道数配置等趋势而设计,采用业界领先工艺和深度电路优化架构,具有超低功耗、极 高集成度、应用简单、配置灵活等特点.该系列产品的滤波器采用优化的高性能巴特沃兹(Butterworth) 低通视频重构滤波器,将卓越的视频指标与超低功耗进行完美结合,适合用于 DAC 重构滤波或者 ADC 抗混叠滤波.TPF1xx 系列产品的动态范围满足要求最严苛的视频系统所需,其输入可灵活使用交流耦合 或直流耦合. TPF1xx 系列产品专门针对消费类应用而设计,具备优化的高性能静电防护及浪涌保护,适合用于视频信 号的各种输出缓冲应用,提供 6dB 增益 (2V/V),支持轨至轨输出,支持交流或直流线路驱动. TPF1xx系列产品采用 3.0V 至5.5V 单电源供电,工作温度范围为 ?40°C 至+85°C 工业温度范围. 视频滤波驱动器应用选型 TPF1xx 系列集成式视频滤波驱动产品支持 SDTV、EDTV、HDTV、Full-HD 等视频应用,并采用最新 的通道数配置趋势而设计,客户可根据其实际应用灵活选择产品. 1. 根据视频信号或滤波器带宽选型: 9MHz(-3dB) Filter 用于标清电视信号:TPF110/TPF110L, TPF111, TPF113, TPF114, TPF116 18MHz(-3dB) Filter 用于 EDTV:TPF123 36MHz(-3dB) Filter 用于高清电视信号:TPF133, TPF134, TPF136 72MHz(-3dB) Filter 用于全高清电视信号:TPF143, TPF144, TPF146 250MHz Bypass:TPF153 2. 根据通道数配置选型:

1 通道产品:TPF110/TPF110L (with SAG), TPF111

3 通道产品:TPF113, TPF123, TPF133, TPF143, TPF153

4 通道产品:TPF114, TPF134, TPF144

6 通道产品:TPF116, TPF136, TPF146 直流耦合输入 TPF1xx 系列芯片采用先进的 CMOS 工艺,其输入、输出信号的范围为 0~VSS(电源电压)之间.由 于该系列芯片内部集成了 6dB 增益(X2)的放大功能,输入信号的电压范围必须在 0~VSS/2 之间. 目前,绝大多数具有视频 DAC 的数字视频芯片组均采用 CMOS 工艺的,并且通常使用地作为参考的 电平,因此其输出范围应当正好可以与 TPF1xx 的输入相匹配.当输入信号的电平和幅度都是已知量, 并且其幅值都在芯片所允许范围内时,可以选择采用直流耦合.如图1. 所示意. AN1201 for TPF1xx Series Products REV 1.0 ?2012 3PEAKIC Microelectronics Co., Ltd ~

2 ~ www.3Peakic.com 图1. 直流耦合输入 当输入允许采用直流耦合时,应该尽量使用直流耦合.任何的交流耦合都会对信号造成或多或少的失真, 直流耦合的信号保持性能最好.此外,TPF1xx 具有很高的输入阻抗,因此直流耦合时不会对前级驱动电 路增加负载,不会对整体电路的设计产生任何负面影响. 交流耦合输入:同步钳位 如果视频信号的直流电平不确定,或者当某些视频 DAC 输出带有较大的 DC 电平时,其电压超出 TPF1xx 的输入电压范围,为了实现电压匹配,则通常需要使用一个 0.1uF 的电容来实现交流耦合,如图2. 所示. 图2. 交流耦合输入及输出 采用交流耦合输入时,TPF1xx 输入端的直流电平需要通过其他方法来恢复.亮度信号Y'

、复合视频信号 CVBS以及R, G, B信号在黑色参考电平(0V)与带有同步头(-300mV)的最大值(+700mV)之间变化. 这些信号交流耦合之后,其直流电平会随视频内容而变化(被称为平均图像电平或APL) ,并会丢失亮度 信号. 如图2. 所示中的 TPF1xx 系列产品的内部方框图,片上集成优化的透明同步头钳位电路(Transparent Sync-tip Clamp) ,用来实现直流电平恢复,其钳位电平为 40mV.钳位电路工作时,视频信号的同步头 电压会被钳制在设定的 40mV,不随视频信号或者同步头幅度的变化而变化.与很多视频滤波芯片的钳 位电平设计为 0V 有所不同, TPF1xx 选择采用 40mV 的钳位电平, 因而可以使系统在输入直流/交流耦 合切换时保持最大的稳定性. AN1201 for TPF1xx Series Products REV1.0 www.3Peakic.com ~

3 ~ ?2012 3PEAKIC Microelectronics Co., Ltd 交流耦合输入:直流偏置 并非所有的视频信号都适合用同步头钳位电路来恢复直流电平, 而是需要根据视频信号的特性来选择钳位 和直流偏置电路. 常见的模拟视频信号波形如图3.所示,有RGB、分量视频、S-视频、CVBS 等.模拟分量视频基本上保 持了 CVBS 的亮度(Y)不变,但色度信号却被独立出来:Pb 是蓝色的差分信号,Pr 是红色的差分信 号.模拟分量视频(Y, Pb, Pr)有几种格式: 标清(SD), 增强型清晰度(ED or PS)和高清(HD) . CVBS、 S-视频和分量视频中的 Y 分量,RGB 里的 G 分量,都带有行同步信号,可以用同步头钳位 电路进行钳位. 图3. 模拟视频信号波形 S-视频中的 C 分量, 分量视频里的 Pb,Pr 都不带有行同步信号,不能使用集成的同步头钳位电路钳 位.RGB 里的 R 和B可能有、也可能没有同步信号,若无同步信号亦不能用 TPF1xx 的集成同步头 钳位电路进行钳位.这种情况下,需要采用外接上拉/下拉电阻进行偏置,如图4. 所示,使其偏置到 GND 以上.此时,隔直电容和偏置电阻的选择与信号特性、电源电压VSS有关. AN1201 for TPF1xx Series Products REV 1.0 ?2012 3PEAKIC Microelectronics Co., Ltd ~

4 ~ www.3Peakic.com 图4. 外加固定的偏置使信号偏置到GND以上 直流电平移位 TPF1xx 内部集成了多个运放(OP-AMP)来实现滤波和放大功能,虽然这些运算放大器具有轨到轨的输 出特性,但跟所有运放一样,当输出信号接近

0 或VSS 时无可避免的出现一定的信号失真.为了避免放 大器输出失真,通常钳位电路后面还需要一个直流电平移位电路(Level shifter) .电平移位的大小要视运 算放大器的设计而定,只要保证运放不失真,电平移位越小越好.如果电平移位太大,会直接影响到输入 信号幅度范围,并且在输出采用直流耦合时增加了系统的静态功耗.例如,假设电平移位为 200mV,当 电源电压是 3V 时,最大输出幅度大约在 2.9V,那么可允许的输入幅度则为 (2.9V/2)-0.2=1.25V. TPF1xx系列产品中的电平移位的值为 80mV,远小于常见的视频滤波器中的150mV电平移位. 直流耦合输出 如图5. 所示,直流耦合输出是最直接的耦合方式,不需要任何的交流耦合电容,因此可以节省电路板空 间和成本,并且不会有低频衰减的信号失真问题. 但是,直流耦合输出需要较大的供给电流,因为信号的直流分量将消耗在负载电阻中.通常交流耦合时负 载电流典型值为 1.0mA,而直流耦合的典型负载电流则需要 6.6mA (1V, 150Ω).TPF1xx 系列产品具备 足够的驱动能力, 用户可以选择输出直流耦合到视频负载, 只是后面接受视频信号的器件需要考虑处理可 能存在的信号匹配问题. 图5. 直流耦合输出 AN1201 for TPF1xx Series Products REV1.0 www.3Peakic.com ~

5 ~ ?2012 3PEAKIC Microelectronics Co., Ltd 交流耦合输出 典型的交流耦合输出设计如图6. 所示意.交流耦合输出在视频应用中很常见,其允许接收端根据需要来 调节信号的直流电平,而与输出驱动芯片本身无关.耦合电容与负载电阻(75Ω+75Ω=150Ω)构成高通 滤波器,低频信号被衰减.采用交流耦合时需使用至少 220uF 的耦合电容,以确保低频信号能过通过, 防止视频跨线 倾斜 或 衰减 . 要求较高的视频系统可以使用 470uF 或1000uF 耦合电容. 图6. 交流耦合输出 SAG 校正 当输出是交流耦合时,通常需要一个很大值(至少220uF)的电容,如上面内容所描述,从而需要耗费电 路板空间和成本.TPF1xx 系列视频滤波驱动器产品中的 TPF110/TPF110L 提供了 SAG 校正功能,其 典型应用电路如图7. 示意,去掉了大容值耦合电容,只需要使用 47uF 和22uF 电容也能很好的满足系 统电路设计要求. 图7. SAG网路和交流耦合电容 AN1201 for TPF1xx Series Products REV 1.0 ?2012 3PEAKIC Microel........