Distribución de señales de vídeo mediante amplificadores de alimentación de baja tensión

A menudo se recomienda que los diseños de video funcionen con los voltajes de riel más bajos posibles, simplemente como resultado de la tendencia hacia la lógica de voltaje más bajo y los beneficios de compartir las posibilidades de suministro cuando sea posible. El diseño de video se complica aún más por la necesidad de acomodar el cambio de transición dinámica inherente a los diseños conectados a CA a medida que cambia el contenido de la imagen. Los amplificadores operacionales convencionales requieren cantidades relativamente grandes de margen de oscilación de salida y, por lo tanto, no son prácticos para el acoplamiento de CA, incluso a 5 V. Linear Technology ofrece una nueva familia de amplificadores operacionales de video que resuelven estos problemas y brindan la capacidad de operar hasta 3.3V en la mayoría de los casos. Esta familia incluye el LT6205 (simple), LT6206 (doble), LT6207 (cuádruple), LT6550 (triple, ganancia fija de 2) y LT6551 (cuádruple, ganancia fija de 2).

Para determinar el voltaje de suministro mínimo del amplificador de video, primero se debe examinar la naturaleza de la señal. El video compuesto es la señal más utilizada en los productos de transmisión. El video compuesto combina luma (o luminancia, información de intensidad), croma (información colorimétrica) y sincronización (sincronización de cuadros verticales y horizontales) en una sola señal, siendo NTSC y PAL los formatos comunes. Los formatos de video componente para sistemas de entretenimiento usan señales separadas para luma y croma (es decir, Y/C o YPbPr) con sincronización normalmente aplicada al canal de luma (señal Y). En algunos casos, las señales RGB nativas (información de intensidad separada para cada color primario: rojo, verde, azul) también se sincronizan. Todos los tipos de señales, incluida la temporización, son eléctricamente similares en términos de oscilación de voltaje, aunque existen diferentes relaciones de temporización y ancho de banda según el estándar aplicable.

Las formas de onda típicas, incluida la sincronización (incluido el compuesto total), se especifican para tener un valor nominal de 1,0 V_PÁGINAS amplitud, como se muestra en la Figura 1. Los 0,3 V más bajos están reservados para los picos de sincronización que transportan información de tiempo. El nivel de negro (intensidad cero) de la forma de onda está en (o se establece muy ligeramente por encima) de este límite superior de la información de tiempo. El contenido de la forma de onda por encima del nivel de negro es información de intensidad, con el brillo máximo indicado en el nivel de señal máximo. El potencial de sincronización se muestra más oscuro que la intensidad del negro, por lo que la actividad de escaneo es invisible en un CRT. Para video compuesto, la subportadora de color modulada se superpone a la forma de onda, pero la dinámica generalmente se mantiene dentro de 1V._PÁGINAS (una excepción notable es la rampa de crominancia utilizada para las mediciones de ganancia diferencial y fase diferencial, que puede alcanzar 1,15 V_PÁGINAS).

La mayoría de los amplificadores de video manejan cables que están terminados en serie (bobinado inverso) en la fuente y terminados en carga en el destino con una resistencia igual a la impedancia característica del cable, Z.₀ (típicamente 75Ω). Esta configuración crea un divisor de resistencia 2:1 en el cableado que debe rectificarse en el amplificador del controlador entregando 2,0 V_PÁGINAS producción en fuerza laboral 2 • Z₀ carga (por ejemplo, 150 Ω). La unidad de cable puede requerir más de 13 mA a medida que la salida se acerca a los límites de saturación de salida del amplificador. V es la fuente de alimentación total mínima_MÍN. = 2,0 + V_SATH +V_SATLdonde la V_{SE SENTÓ} los valores representan las caídas de voltaje mínimas que un amplificador puede estar seguro de desarrollar en relación con el riel de suministro apropiado.

Por ejemplo, el LT6206 dual operando a 3.3 V en la Figura 2, con V extremadamente bajo_SATH ≤ 0,5 V y V_SATL ≤ 0,35 V, proporciona un margen de diseño de 0,45 V, suficiente para cubrir las variaciones de la fuente de alimentación y la precisión de polarización de CC para la entrada de video acoplada a CC.

Desafortunadamente, no siempre es posible estar seguro de que la fuente de video tenga el contenido de CC adecuado para satisfacer el amplificador en cuestión, por lo que a menudo se requieren otras soluciones de diseño. Las entradas de video conectadas a CA son inherentemente más difíciles de administrar que las conectadas a CC porque el voltaje de señal promedio de la forma de onda de video afecta el contenido de la imagen, lo que significa que el nivel de negro en el amplificador se mueve con el brillo de la escena. Al analizar la corriente del peor de los casos, podemos determinar el voltaje conectado a la CA.

La Figura 3 muestra dos formas de onda acopladas a CA superpuestas, la traza elevada en un campo negro y la traza baja en un campo blanco. La pendiente se mide a 0,56 V para 1 V_PÁGINAS Se muestra la forma de onda NTSC, por lo que se debe hacer una asignación adicional de 1,12 V en el suministro del amplificador (suponiendo una ganancia de 2, por lo que V_MÍN. = 3,12 + V_SATH +V_SATL). La salida del amplificador (para una ganancia de 2) debe oscilar entre +1,47 V y –1,65 V alrededor del punto de funcionamiento de CC, por lo que el circuito de polarización debe diseñarse en consecuencia para obtener la mejor fidelidad. Por ejemplo, LT6551 funcionando a 5,0 V, con excelente V_SATH ≤ 0,8 V y V_SATL ≤ 0,2 V, hay un margen de diseño saludable de 0,88 V para la señal de luminancia (con sincronización). La señal de crominancia es una forma de onda subportadora de color simétrica de aproximadamente 0,7 V_PÁGINAS max, por lo que funciona bien con el mismo sesgo que el canal Luminance.

Un método popular para reducir aún más los requisitos de energía con el acoplamiento de CA es usar un esquema de sujeción simple como se muestra en la Figura 4. En este circuito, el LT6205 (una versión del LT6206) puede operar desde 3,3 V al tener la sincronización por el. Las puntas controlan la carga en el capacitor de acoplamiento, lo que reducirá la corriente de entrada del nivel de negro a ≈ 0,07 V. Una pequeña desventaja de este circuito es la ligera compresión del pico de sincronización (≈ 0,025 V en la entrada) debido a la conducción actual de las odas duales, aunque el contenido de la imagen sigue siendo fiel. Este circuito tiene casi el margen de diseño de su homólogo acoplado a CC a 0,31 V (para este circuito, V_MÍN. = 2,14 + V_SATH +V_SATL).

Con la V más baja de la industria_{SE SENTÓ} características de salida, amplificadores de video de bajo voltaje, incluidos el LT6205 (simple), LT6206 (dual), LT6207 (cuádruple), LT6550 (triple, ganancia fija de 2) y LT6551 (cuádruple, ganancia fija de 2), una oferta de video diseñador la capacidad de compartir voltajes de alimentación reducidos con circuitos lógicos. Esta capacidad de compartir voltajes de suministro ahorra espacio y costos al reducir la disipación de energía y la complejidad del convertidor de energía.