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低导通电阻类比开关在视频系统之应用
 

【作者: Jeff Lu】2004年01月05日 星期一

浏览人次:【5522】

LCD液晶显示萤幕是替代现有基于CRT(阴极射线管)技术显示萤幕的选择,其萤幕纤薄和轻巧,已于可携式电子市场应用多年,并于近年积极进军消费电子和桌上型电脑领域。尽管基于DVI的数位介面开始应用于桌上型电脑环境,大多数LCD液晶显示萤幕仍配有传统的类比RGB输入介面。部分高阶LCD TV显示萤幕仍配有类比RGB、YUV或YPbPr介面。类比开关的应用,以类比RGB I/O为例,类比开关的应用可扩展至YUV讯号路由应用。类比开关通常用来为来自不同视频源的类比RGB资料进行路径安排,或将RGB资料分工至NTSC或PAL系统等不同显示终端,包括高阶LCD TV和桌上型电脑环境。


由于制造商要求减少连接器脚位数的需求,并利用绘图晶片的共用让成本降低的方法,使类比开关在视频讯号传输方面的应用得以不断的增加。其主要的技术参数:导通电阻、差动相位和差动增益。而具体应用包括具有类比RGB讯号输入或配有NTSC RS-343A/RS-170制式的LCD液晶显示萤幕。


在远端视频讯号传输的电脑应用中,复合SYNC脉冲讯号可以藉由视频通道(通常称为SOG的绿色通道)传输,以减少所需的电缆,从而降低成本。但是在讯号进入 LCD显示幕之前,通常需要将SYNC脉冲分离出来。简而言之,所谓RGB资料是指通用的红、绿和蓝资料本身,而毋须考虑可由独立电缆传输的HSYNC和VSYNC 脉冲调变讯号。


主要技术参数

2.1 Ron(导通电阻)

在典型的视频传输中,诸如RGB RAMDAC的视频图像类比输出晶片通常具有RGB资料的电流输出,能被终端电阻器转换为电压。对于RS-343A和RS-170的视频标准来说,全程类比RGB输出电压标准通常小于1V(对RS-343A视频格式为0.714V,对RS-170视频格式为1.0V)。此代表RAMDAC可以采用RS-170视频格式,将高达26.66mA的电流输送到37.5 ohm的负载,如(图一)所示(电缆两端具有75 ohm的特性阻抗)。这通常要求类比视频开关能处理高于26.66mA的直流电流,以便能直接与RAMDAC连接。在(图一)中,源端电阻RS与远端电阻RT 共同用于吸收反射,并维持视频讯号的完整性。



《图一 典型RAMDAC输出负载结构图 》
《图一 典型RAMDAC输出负载结构图 》

Ron(导通电阻)通常由具有特定电流负载(NTSC的标准一般为13mA或 26mA)的某一输入电压所决定。当需要在同一显示萤幕上显示多于一个视频源的讯号时,可以(图二)的配置所示,将具备极低插入损耗(为)的SPDT(单刀双掷)类比开关作为多工器使用。 LCD显示萤幕将接入来自初级RAMDAC输出或次级视频源的RGB资料,由选择引脚“S处”于“高”或“[R1]低”状态来控制,而其空白讯号的有效电平维持于低水平。当空白讯号置高时,开关输出处于高阻抗状态。高RON 值的开关将干扰来自RAMDAC的输出,这将产生未聚焦或不正确的彩色图像。类比开关通常需要额外的缓冲/增益操作,因此增加了成本和设计的复杂性。当考虑到大多数RGB资料的类比电压为0至1V(对PAL和NTSC而言),在此范围内具有最小Ron的类比开关最为理想。诸如FSAV330之类的视频开关是专为类比视频讯号传输应用而设计,其典型导通电阻仅为3ohm(插入损耗为 -0.34db)。藉由使用低Ron的SPDT(单刀双掷)视频开关,两路视频源可以共用同一个连接器引脚,从而降低成本。



《图二 模拟开关作为多任务器来共享同个LCD显示屏幕》
《图二 模拟开关作为多任务器来共享同个LCD显示屏幕》

差动增益/相位

差动增益和差动相位是指视频开关如何因应不同DC电平(由0至1V)的输入偏置而不同程度地削弱讯号的技术参数。该参数与上述电压范围内的Ron水平度有关,水平度越好,差动增益也就越小。在不同偏压条件下,视频开关的导通电容(CON)变化越小,差动相位也就越低。这意味着对于电压幅度为0到1V的暂态输入而言,开关的性能没有分别。差动增益与差动相位通常使用3.58MHz彩色副载波频率(对NTSC标准)及4.43MHz彩色副载波频率(对PAL系统)来测量。图三(a) 与(b)是使用类比开关在LCD显示萤幕和高阶电视(如具有复合视频或s视频输入的LCD电视)之间发送RGB资料的范例。



《图三 模拟开关作为解多任务器来发送RGB数据》
《图三 模拟开关作为解多任务器来发送RGB数据》

《图四 模拟开关作为解多任务器来发送RGB数据》
《图四 模拟开关作为解多任务器来发送RGB数据》

对于视频应用来说,断开隔离度等其他参数相等重要,这与源极/汲极至开关本身的主体结合点的泄漏电流有关。断开隔离度越低,开关在启动资料和非启动显示终端之间所提供的分离也越好。此外,较高的带宽通常允许通过较快的讯号边缘,并保持视频讯号的保真度。 FSAV330拥有300MHz的带宽,这已足够大多数视频讯号设计应用。其16引脚的TSSOP(超薄紧缩小外形封装)仅重0.0563克,底面积仅为32 mm2。


其他应用与设计建议

随着笔记型电脑技术发展,市场对更新功能和更强性能的需求不断上升,导致设备的成本相对增加但底面积却需要减少。其中一个能降低成本和节约空间的解决方法,是利用宽频视频开关,在笔记型电脑和其船坞站之间多路传输RGB讯号,其配置如(图四)所示。使用3-bit SPDT类比开关可省去笔记型电脑船坞站中冗余又昂贵的图形晶片,然后利用SPDT视频开关在笔记型电脑和船坞站之间对RGB讯号进行多工。而坞站的选择引脚或内部逻辑功能可以控制这个视频开关的导向。



《图五 在笔记型应用中藉由共享图形处理芯片来降低成本》
《图五 在笔记型应用中藉由共享图形处理芯片来降低成本》

为了将由开关本身的中断所引起的反射影响减至最小,开关的传输延迟时间需要比图形处理晶片(如RAMDAC)输出讯号的上升/下降时间少于一半以上。因此,具有最小传输延迟的视频开关通常会用来消除反射影响,并保持讯号的完整性。此处所指的传输延迟是由RON和CON值决定。一般而言,源端电路可用来在图形处理晶片的输出端吸收反射,而具有最小电感值的表面黏着终端电阻器是理想的选择。在源端需要使用并行终端设备而不是串列终端设备时,以避免类比讯号出现衰减。为了获得最佳的差动增益/相位结果,建议在电源接入元件的Vcc引脚之前,使用 0.1uF、0.01uF和0.001uF的电容器对其进行旁路处理。 (作者为快捷半导体积体电路部应用工程师)


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