三通道ＡＤＣ用于高清視頻系統

摘要：本文介紹了ADC在高分辨率視頻系統中的應用。

關鍵詞：ADC；模擬前端；TVP7000

高分辨率的視頻信號處理要求具有極高的靈活性并能夠兼容大量不同的標準。除了能支持所有典型的視頻格式以外，還必須將外部組件的數量降至最低以最小化成本。本文詳細介紹了一款新型的三通道ADC(模數轉換器)，該產品憑借高集成密度和實施視頻特定功能為視頻信號處理的新領域鋪平了道路。

針對諸如LCD電視機、監控器和投影儀等高分辨率視頻信號處理的新標準(例如高清標準)，對模擬前端提出了比以往更嚴格的要求。用于HDTV的視頻信號的分辨率為1080×780像素，而用于SXGA的視頻信號的分辨率為1280×1024像素，這兩種視頻信號都必須能夠通過集成到單個芯片上的專用處理算法進行處理。諸如每通道鉗位、可編程RGB或YpbPr偏移控制等功能，都是在集成時甚至在多視頻源之間進行切換時必須要考慮到的特性。多媒體應用有著更高的復雜性。同樣也必須能夠支持較早的視頻標準(如復合視頻)，以確保其能夠兼容老式黑白圖像。在這方面最常用的標準是NTSC、PAL以及SECAM。

本文中所描述的TVPT000芯片提供了廣泛的集成功能，通過與速率高達110MSPS且具有三通道10位精度的ADC相結合設定了HDTV領域的新基準。可編程放大器的集成消除了對實現信號適配的外部放大元件的需求，這樣也就可支持DC和AC耦合輸入。

在設備間的連接方面，無論是消費類電子產品還是傳輸視頻信號的行業部門，目前都已經建立了許多不同的自身標準。在PC領域，當前的SXGA標準規定了最高圖像分辨率為1280×1024像素。相反，在HDTV領域則必須實施1080×780像素的圖像標準。

輸入端的信號適配

在視頻信號處理方面要克服的第一項挑戰就是如何使信號適配于ADC，即以不同的形式接收具有不同信息內容的視頻信號。RGB和復合視頻就是視頻信號標準的兩個例子。直到現在，為了避免接地效應而導致的干擾問題，通常選擇AC耦合的信號傳輸來傳輸視頻數據。但是，最近幾年來，具有DC信號傳輸功能的顯卡作為PC應用領域的安全連接介質已經有了一席之地。諸如TVP7000的視頻ADC可支持相應的AC和DC耦合的輸入信號。由于線纜損耗和連接器接觸不良會導致不同程度的信號失真和衰減，進而導致信號具有不同的振幅電平。為了消除這種影響，TVP7000提供了可編程的信號放大器，該放大器也具有1024級的可編程偏移。

為了將信號從0.5－2V_pp放大到最大的10位滿量程，TVP7000集成的PGA可提供不同的功能和電路。對于各個R、G和B信號而言，低精度的4位放大功能可通過用于微調的8位放大功能進行擴展，這對PC圖形尤為有用。

利用鉗位功能提高信噪比和圖像對比度

IVP7000中的全自動增益控制(AGC)和鉗位功能能夠確保在不斷增加振幅時更改輸入信號，而不會對圖像對比度產生負面影響。ADC的動態范圍得到了充分利用，從而防止了信號剪切。高度集成的鉗位功能可單獨對TVPT000中的每個通道進行配置，并且可通過內部或外部脈沖進行觸發。電路可將不同的AC輸入信號提升到固定的DC電平。信號黑色值(sig—nalblackvalue)也可逐行進行恢復并分配給DC參考值。

亮度和色度必須分開

處理復合的視頻信號時，限幅電路必須可從Y或G通道提取與亮度(Y)信號或綠色信號(G)同步的信號。TVP7000具有完整的限幅電路，這種電路也可提取HSYNC和VSYNC(水平和垂直的同步脈沖)。TVP7000可支持下列輸出格式：RGB/YCbCr4:4:4與YCbCr4:2:2。

電路將綠色信號通道中的輸入信號與超過鉗位閾值150mV的數值進行比較。限幅電平可通過12C寄存器進行編程。所提取的數字輸出信息然后會在SOGOUT引腳處輸出。同步分離器自動從單獨的復合同步輸入中提取HSYNC和VSYNC信號。G與Y輸入包含了復合的同步信息，并且必須通過10nF電容器與AC耦合連接。同樣也可支持PC圖形、SDTV和高達1080像素的HDTV。

模擬PLL

對于PC產生的信號而言，必須要生成一個可從HSYNC信號獲取的像素時鐘。對此，TVP7000采用了全面集成的模擬PLL(鎖相環)。

PLL還可管理整個芯片的時鐘產生。一切都是集成的，包括相位檢測器、充電泵、VCO、環路濾波器、分壓器和相位選擇功能。HSYNC脈沖可作為參考時鐘信號使用，并且可產生用于VGA、XVGA、SVGA等視頻的不同時鐘率。稱之為COAST的信號可確保PLL在相同的頻率下繼續運行；即使在HSYNC信號不可用的時間間隔內也仍能如此。這是非常必需的，例如在VSYNC脈沖(impulse)期間。這樣一來，就能生成12-165MHz的像素時鐘頻率。

多媒體應用要求具有多個可切換的輸入通道

為了提供最大程度的靈活性，TVP7000可允許利用開關矩陣將高達10個視頻通道、2個RGB通道、圖形輸入和YpbPr視頻HD/SD輸入進行連接。

TVP7000核心：ADC

TVP7000的核心是三通道10位ADC，對于8位精度而言，其頻率最高可達165MHz。可在硬件中實施ll位的ADC以確保真正的10位精度運行。對于10位精度而言，ADC可實現l 10MHz的采樣速率，并支持高達SXGA(60Hz時為1280×1024)的分辨率，另外還可提供高達720p/1080i的高質量YPbPrHDTV信號。要將1 080pYpbPr模擬輸入信號數字化，8位模式是必須的。TVP7001可支持分辨率高達SXGA(75Hz時為1280×1024)的PG圖形，并且在165MHz時，也可以處理UXGA(60Hz時為1600×1200)。

但是現在為什么8-10位精度的轉換器如此重要呢?通過圖像中劣質輪廓和較差的明銳度，我們可以發現他們在分辨率方面所存在的差別。對于大屏幕復合視頻來說，這一點尤為突出。正因為如此，為大屏幕選擇10位精度的轉換器是最為明智的做法。

整個系統

通過使TVP7000與預先連接的TFP501(TMDS數字接收機芯片)相結合，即可輕松地對DVI接口接收機進行專門的設計。此外，添加一個視頻解碼器能完善電路并實施解碼，其中包括用于極高圖像質量(例如TVP5146/60)的5倍組合濾波器。輸出端上的THS8200是對DAC端TVP7000/1的完美補充。THS8200具有3個11位精度205MSPS的視頻DAC，這可使生成的信號能夠用于高達UXGA(75Hz)以及包括1080p在內的所有ATSC格式。

結語

TVP7000/1在高端產品中已經實現了低成本設計。小批量訂購的價格僅為4美元，由此可以看出在不久的未來其前景會非常喜人。