El amplificador de retroalimentación de corriente de alta velocidad acciona y ecualiza los cables VGA de hasta 100 m

En las aulas, las salas de conferencias y las salas de reuniones, los ordenadores se conectan a los proyectores mediante cables VGA para transmitir señales de vídeo rojo-verde-azul (RGB). La longitud media del cable depende del tamaño de la habitación y de la altura del techo, pero la mayoría de los cables son inferiores a 100 m. Este artículo muestra cómo el amplificador operacional triple de realimentación de corriente de alta velocidad ADA4858-3 con bomba de carga integrada (ver apéndice) puede conducir y ecualizar hasta 100 m de cable VGA. Esta solución práctica, barata y fácil de implementar, añadida entre el PC y el cable, sólo requiere unos pocos componentes pasivos y una única fuente de alimentación de 3,3 V a 5 V que puede generarse desde un puerto USB.

Conducción y ecualización de un cable VGA de 45 m

La figura 1 muestra un canal de un ecualizador de cable VGA basado en el amplificador ADA4858-3. Se necesitan tres canales para un ecualizador RGB completo. La resistencia de carga de 150-Ω representa el cable con terminación de 75-Ω y su conductor de impedancia ajustada.

Figura 1: Esquema de un ecualizador de cable VGA de 45 m (un solo canal).

La figura 2 muestra la respuesta en frecuencia de la señal grande de un cable VGA de 45 m, el ecualizador y la combinación ecualizador/cable. Además de la atenuación de 6 dB inherente a la unidad de cable de impedancia ajustada, el cable VGA tiene una pérdida de 0,6 dB a frecuencias inferiores a 1 MHz y una pérdida de 8 dB a 100 MHz. Para restablecer la intensidad de la señal, el ecualizador debe proporcionar una ganancia de 6,6 dB a bajas frecuencias y de 14 dB a 100 MHz para aumentar la señal original en 6 dB para aplicaciones de vídeo RGB. La combinación cable/ecualizador tiene una mejora de 100:1 en la planicidad a 1 dB, desde 1,6 MHz sin ecualización hasta 160 MHz con ecualización.

Figura 2
Figura 2: Respuesta en frecuencia con una señal grande (VGA de 45 m).

La ecualización también mejora la respuesta transitoria, como se muestra en la figura 3. Se restablecen las frecuencias altas y bajas, lo que da lugar a una imagen más nítida sin el emborronamiento causado por el cable.

Figura 3
Figura 3: Respuesta transitoria antes y después de la ecualización (VGA de 45 m).

La función de transferencia de este circuito viene dada por la ecuación 1. La magnitud viene dada por la ecuación 2.

Ecuación 1
(1)
Ecuación 2
(2)

Conducción y ecualización de un cable VGA de 105 m

La figura 4 muestra el esquema de control de un cable de 105 m. Se eligió esta longitud porque se aproxima a la máxima ecualización de la que es capaz el ADA4858-3. El esquema es similar al de la figura 1, salvo que el RZCZ red de retroalimentación que crea un polo para reducir el valor de RF en las frecuencias más altas.

Figura 4
Figura 4: Esquema de un ecualizador de cable VGA de 105 m (un solo canal).

La figura 5 muestra la respuesta en frecuencia de la señal grande del cable de 105 m, el ecualizador correspondiente y la combinación de ambos. El ancho de banda de -3 dB del cable es de unos 2 MHz antes de la ecualización y de 90 MHz después de la ecualización; el ancho de banda de -1 dB ha aumentado de 0,7 kHz a 75 MHz.

Figura 5
Figura 5: Respuesta en frecuencia con una señal grande (105 m VGA).

La figura 6 muestra la respuesta transitoria. Se han restaurado las frecuencias altas y bajas. Con más ajustes, se podría haber conseguido una mejor planitud entre 1 MHz y 10 MHz para una fidelidad aún mayor a la señal de entrada.

Figura 6
Figura 6. Respuesta transitoria antes y después de la ecualización (VGA 105-m).

La figura 7 muestra el esquema de los tres canales (R, G, B), incluyendo todos los componentes necesarios para una solución autónoma. Un puerto mini-USB alimenta todo el sistema. R4, R5 y R6 se eligen para adaptarse a la impedancia característica del cable.

Figura 7
Figura 7. Esquema completo del mapa que muestra los tres canales de ecualización.

Conclusión

Este artículo describe cómo utilizar el controlador de vídeo triple ADA4858-3 para conducir y ecualizar hasta 100 m de cable VGA al transmitir vídeo RGB. Se muestran dos ejemplos basados en cables de 45 m y 105 m, pero la solución puede ampliarse para adaptarse a otras longitudes de cable. Práctico, barato y fácil de implementar, combina el ADA4858-3, unos pocos componentes pasivos y una única fuente de alimentación de 3,3 V a 5 V, que puede generarse desde un puerto USB.

Anexo

El triple op-amp de retroalimentación de corriente ADA4858-3 consume sólo 42 mA de corriente de reposo total, incluyendo la bomba de carga. Para reducir aún más el consumo de energía, una función de apagado reduce la corriente de alimentación total a 2,5 mA cuando el amplificador no está en uso; la bomba de carga, que elimina la necesidad de alimentación negativa, puede seguir alimentando los componentes externos en este modo. El amplio rango de tensión de modo común de entrada del ADA4858-3 va desde 1,8 V por debajo de tierra hasta 1,2 V por debajo del carril positivo (en funcionamiento de 5 V). El ancho de banda de 600 MHz y la velocidad de giro de 600 V/µs lo hacen adecuado para muchas aplicaciones de alta velocidad, y la planitud de 0,1 dB a frecuencias de hasta 85 MHz (G = 2, carga de 150-Ω) lo hace adecuado para el vídeo profesional y de consumo. Además, los amplificadores de realimentación de corriente evitan la limitación del ancho de banda de ganancia de los amplificadores de realimentación de tensión.

La bomba de carga en el chip crea una alimentación negativa cuya tensión depende de la tensión de alimentación positiva. Con una alimentación positiva de 5 V, la bomba de carga genera una alimentación negativa de -3 V con una corriente de salida de 150 mA; con una alimentación de 3,3 V, la bomba de carga genera una alimentación negativa de -2 V con una corriente de salida de 45 mA. Los condensadores externos, C1 y C2, deben tener una capacitancia de entre 1 µF y 4 µF, con baja ESR y baja ESL, y deben colocarse lo más cerca posible del ADA4858-3. C1 se conecta entre C1_a y C1_b; C2 se conecta entre CPO y tierra.

Figura A
Figura A. Diagrama de bloques.
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