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摘要：本文介绍了ADC在高分辨率视频系统中的应用。
关键词：ADC；模拟前端；TVP7000
高分辨率的视频信号处理要求具有极高的灵活性并能够兼容大量不同的标准。除了能支持所有典型的视频格式以外，还必须将外部组件的数量降至最低以最小化成本。本文详细介绍了一款新型的三通道ADC(模数转换器)，该产品凭借高集成密度和实施视频特定功能为视频信号处理的新领域铺平了道路。
针对诸如LCD电视机、监控器和投影仪等高分辨率视频信号处理的新标准(例如高清标准)，对模拟前端提出了比以往更严格的要求。用于HDTV的视频信号的分辨率为1080×780像素，而用于SXGA的视频信号的分辨率为1280×1024像素，这两种视频信号都必须能够通过集成到单个芯片上的专用处理算法进行处理。诸如每通道钳位、可编程RGB或YpbPr偏移控制等功能，都是在集成时甚至在多视频源之间进行切换时必须要考虑到的特性。多媒体应用有着更高的复杂性。同样也必须能够支持较早的视频标准(如复合视频)，以确保其能够兼容老式黑白图像。在这方面最常用的标准是NTSC、PAL以及SECAM。
本文中所描述的TVPT000芯片提供了广泛的集成功能，通过与速率高达110MSPS且具有三通道10位精度的ADC相结合设定了HDTV领域的新基准。可编程放大器的集成消除了对实现信号适配的外部放大元件的需求，这样也就可支持DC和AC耦合输入。
在设备间的连接方面，无论是消费类电子产品还是传输视频信号的行业部门，目前都已经建立了许多不同的自身标准。在PC领域，当前的SXGA标准规定了最高图像分辨率为1280×1024像素。相反，在HDTV领域则必须实施1080×780像素的图像标准。
输入端的信号适配
在视频信号处理方面要克服的第一项挑战就是如何使信号适配于ADC，即以不同的形式接收具有不同信息内容的视频信号。RGB和复合视频就是视频信号标准的两个例子。直到现在，为了避免接地效应而导致的干扰问题，通常选择AC耦合的信号传输来传输视频数据。但是，最近几年来，具有DC信号传输功能的显卡作为PC应用领域的安全连接介质已经有了一席之地。诸如TVP7000的视频ADC可支持相应的AC和DC耦合的输入信号。由于线缆损耗和连接器接触不良会导致不同程度的信号失真和衰减，进而导致信号具有不同的振幅电平。为了消除这种影响，TVP7000提供了可编程的信号放大器，该放大器也具有1024级的可编程偏移。
为了将信号从0.5－2Vpp放大到最大的10位满量程，TVP7000集成的PGA可提供不同的功能和电路。对于各个R、G和B信号而言，低精度的4位放大功能可通过用于微调的8位放大功能进行扩展，这对PC图形尤为有用。
利用钳位功能提高信噪比和图像对比度
IVP7000中的全自动增益控制(AGC)和钳位功能能够确保在不断增加振幅时更改输入信号，而不会对图像对比度产生负面影响。ADC的动态范围得到了充分利用，从而防止了信号剪切。高度集成的钳位功能可单独对TVPT000中的每个通道进行配置，并且可通过内部或外部脉冲进行触发。电路可将不同的AC输入信号提升到固定的DC电平。信号黑色值(sig—nalblackvalue)也可逐行进行恢复并分配给DC参考值。
亮度和色度必须分开
处理复合的视频信号时，限幅电路必须可从Y或G通道提取与亮度(Y)信号或绿色信号(G)同步的信号。TVP7000具有完整的限幅电路，这种电路也可提取HSYNC和VSYNC(水平和垂直的同步脉冲)。TVP7000可支持下列输出格式：RGB/YCbCr4:4:4与YCbCr4:2:2。
电路将绿色信号通道中的输入信号与超过钳位阈值150mV的数值进行比较。限幅电平可通过12C寄存器进行编程。所提取的数字输出信息然后会在SOGOUT引脚处输出。同步分离器自动从单独的复合同步输入中提取HSYNC和VSYNC信号。G与Y输入包含了复合的同步信息，并且必须通过10nF电容器与AC耦合连接。同样也可支持PC图形、SDTV和高达1080像素的HDTV。
模拟PLL
对于PC产生的信号而言，必须要生成一个可从HSYNC信号获取的像素时钟。对此，TVP7000采用了全面集成的模拟PLL(锁相环)。
PLL还可管理整个芯片的时钟产生。一切都是集成的，包括相位检测器、充电泵、VCO、环路滤波器、分压器和相位选择功能。HSYNC脉冲可作为参考时钟信号使用，并且可产生用于VGA、XVGA、SVGA等视频的不同时钟率。称之为COAST的信号可确保PLL在相同的频率下继续运行；即使在HSYNC信号不可用的时间间隔内也仍能如此。这是非常必需的，例如在VSYNC脉冲(impulse)期间。这样一来，就能生成12-165MHz的像素时钟频率。
多媒体应用要求具有多个可切换的输入通道
为了提供最大程度的灵活性，TVP7000可允许利用开关矩阵将高达10个视频通道、2个RGB通道、图形输入和YpbPr视频HD/SD输入进行连接。
TVP7000核心：ADC
TVP7000的核心是三通道10位ADC，对于8位精度而言，其频率最高可达165MHz。可在硬件中实施ll位的ADC以确保真正的10位精度运行。对于10位精度而言，ADC可实现l 10MHz的采样速率，并支持高达SXGA(60Hz时为1280×1024)的分辨率，另外还可提供高达720p/1080i的高质量YPbPrHDTV信号。要将1 080pYpbPr模拟输入信号数字化，8位模式是必须的。TVP7001可支持分辨率高达SXGA(75Hz时为1280×1024)的PG图形，并且在165MHz时，也可以处理UXGA(60Hz时为1600×1200)。
但是现在为什么8-10位精度的转换器如此重要呢?通过图像中劣质轮廓和较差的明锐度，我们可以发现他们在分辨率方面所存在的差别。对于大屏幕复合视频来说，这一点尤为突出。正因为如此，为大屏幕选择10位精度的转换器是最为明智的做法。
整个系统
通过使TVP7000与预先连接的TFP501(TMDS数字接收机芯片)相结合，即可轻松地对DVI接口接收机进行专门的设计。此外，添加一个视频解码器能完善电路并实施解码，其中包括用于极高图像质量(例如TVP5146/60)的5倍组合滤波器。输出端上的THS8200是对DAC端TVP7000/1的完美补充。THS8200具有3个11位精度205MSPS的视频DAC，这可使生成的信号能够用于高达UXGA(75Hz)以及包括1080p在内的所有ATSC格式。
结语
TVP7000/1在高端产品中已经实现了低成本设计。小批量订购的价格仅为4美元，由此可以看出在不久的未来其前景会非常喜人。
关键词：ADC；模拟前端；TVP7000
高分辨率的视频信号处理要求具有极高的灵活性并能够兼容大量不同的标准。除了能支持所有典型的视频格式以外，还必须将外部组件的数量降至最低以最小化成本。本文详细介绍了一款新型的三通道ADC(模数转换器)，该产品凭借高集成密度和实施视频特定功能为视频信号处理的新领域铺平了道路。
针对诸如LCD电视机、监控器和投影仪等高分辨率视频信号处理的新标准(例如高清标准)，对模拟前端提出了比以往更严格的要求。用于HDTV的视频信号的分辨率为1080×780像素，而用于SXGA的视频信号的分辨率为1280×1024像素，这两种视频信号都必须能够通过集成到单个芯片上的专用处理算法进行处理。诸如每通道钳位、可编程RGB或YpbPr偏移控制等功能，都是在集成时甚至在多视频源之间进行切换时必须要考虑到的特性。多媒体应用有着更高的复杂性。同样也必须能够支持较早的视频标准(如复合视频)，以确保其能够兼容老式黑白图像。在这方面最常用的标准是NTSC、PAL以及SECAM。
本文中所描述的TVPT000芯片提供了广泛的集成功能，通过与速率高达110MSPS且具有三通道10位精度的ADC相结合设定了HDTV领域的新基准。可编程放大器的集成消除了对实现信号适配的外部放大元件的需求，这样也就可支持DC和AC耦合输入。
在设备间的连接方面，无论是消费类电子产品还是传输视频信号的行业部门，目前都已经建立了许多不同的自身标准。在PC领域，当前的SXGA标准规定了最高图像分辨率为1280×1024像素。相反，在HDTV领域则必须实施1080×780像素的图像标准。
输入端的信号适配
在视频信号处理方面要克服的第一项挑战就是如何使信号适配于ADC，即以不同的形式接收具有不同信息内容的视频信号。RGB和复合视频就是视频信号标准的两个例子。直到现在，为了避免接地效应而导致的干扰问题，通常选择AC耦合的信号传输来传输视频数据。但是，最近几年来，具有DC信号传输功能的显卡作为PC应用领域的安全连接介质已经有了一席之地。诸如TVP7000的视频ADC可支持相应的AC和DC耦合的输入信号。由于线缆损耗和连接器接触不良会导致不同程度的信号失真和衰减，进而导致信号具有不同的振幅电平。为了消除这种影响，TVP7000提供了可编程的信号放大器，该放大器也具有1024级的可编程偏移。
为了将信号从0.5－2Vpp放大到最大的10位满量程，TVP7000集成的PGA可提供不同的功能和电路。对于各个R、G和B信号而言，低精度的4位放大功能可通过用于微调的8位放大功能进行扩展，这对PC图形尤为有用。
利用钳位功能提高信噪比和图像对比度
IVP7000中的全自动增益控制(AGC)和钳位功能能够确保在不断增加振幅时更改输入信号，而不会对图像对比度产生负面影响。ADC的动态范围得到了充分利用，从而防止了信号剪切。高度集成的钳位功能可单独对TVPT000中的每个通道进行配置，并且可通过内部或外部脉冲进行触发。电路可将不同的AC输入信号提升到固定的DC电平。信号黑色值(sig—nalblackvalue)也可逐行进行恢复并分配给DC参考值。
亮度和色度必须分开
处理复合的视频信号时，限幅电路必须可从Y或G通道提取与亮度(Y)信号或绿色信号(G)同步的信号。TVP7000具有完整的限幅电路，这种电路也可提取HSYNC和VSYNC(水平和垂直的同步脉冲)。TVP7000可支持下列输出格式：RGB/YCbCr4:4:4与YCbCr4:2:2。
电路将绿色信号通道中的输入信号与超过钳位阈值150mV的数值进行比较。限幅电平可通过12C寄存器进行编程。所提取的数字输出信息然后会在SOGOUT引脚处输出。同步分离器自动从单独的复合同步输入中提取HSYNC和VSYNC信号。G与Y输入包含了复合的同步信息，并且必须通过10nF电容器与AC耦合连接。同样也可支持PC图形、SDTV和高达1080像素的HDTV。
模拟PLL
对于PC产生的信号而言，必须要生成一个可从HSYNC信号获取的像素时钟。对此，TVP7000采用了全面集成的模拟PLL(锁相环)。
PLL还可管理整个芯片的时钟产生。一切都是集成的，包括相位检测器、充电泵、VCO、环路滤波器、分压器和相位选择功能。HSYNC脉冲可作为参考时钟信号使用，并且可产生用于VGA、XVGA、SVGA等视频的不同时钟率。称之为COAST的信号可确保PLL在相同的频率下继续运行；即使在HSYNC信号不可用的时间间隔内也仍能如此。这是非常必需的，例如在VSYNC脉冲(impulse)期间。这样一来，就能生成12-165MHz的像素时钟频率。
多媒体应用要求具有多个可切换的输入通道
为了提供最大程度的灵活性，TVP7000可允许利用开关矩阵将高达10个视频通道、2个RGB通道、图形输入和YpbPr视频HD/SD输入进行连接。
TVP7000核心：ADC
TVP7000的核心是三通道10位ADC，对于8位精度而言，其频率最高可达165MHz。可在硬件中实施ll位的ADC以确保真正的10位精度运行。对于10位精度而言，ADC可实现l 10MHz的采样速率，并支持高达SXGA(60Hz时为1280×1024)的分辨率，另外还可提供高达720p/1080i的高质量YPbPrHDTV信号。要将1 080pYpbPr模拟输入信号数字化，8位模式是必须的。TVP7001可支持分辨率高达SXGA(75Hz时为1280×1024)的PG图形，并且在165MHz时，也可以处理UXGA(60Hz时为1600×1200)。
但是现在为什么8-10位精度的转换器如此重要呢?通过图像中劣质轮廓和较差的明锐度，我们可以发现他们在分辨率方面所存在的差别。对于大屏幕复合视频来说，这一点尤为突出。正因为如此，为大屏幕选择10位精度的转换器是最为明智的做法。
整个系统
通过使TVP7000与预先连接的TFP501(TMDS数字接收机芯片)相结合，即可轻松地对DVI接口接收机进行专门的设计。此外，添加一个视频解码器能完善电路并实施解码，其中包括用于极高图像质量(例如TVP5146/60)的5倍组合滤波器。输出端上的THS8200是对DAC端TVP7000/1的完美补充。THS8200具有3个11位精度205MSPS的视频DAC，这可使生成的信号能够用于高达UXGA(75Hz)以及包括1080p在内的所有ATSC格式。
结语
TVP7000/1在高端产品中已经实现了低成本设计。小批量订购的价格仅为4美元，由此可以看出在不久的未来其前景会非常喜人。