La ecualización y el preénfasis permiten el uso de cable UTP Cat-5 de 30 metros

En los últimos años, el uso de categoría-5 (Cat-5) par trenzado sin blindaje (UTP) ha crecido debido a su desempeño respetable y bajo costo. Este tipo de cable se utiliza actualmente para teclado-video-mouse (KVM), con tres de los cuatro pares trenzados que llevan el Verde rojo, y azul señales de vídeo (RGB). Con la televisión de alta definición (HDTV) cada vez más popular, este tipo de cable podría ser una solución económica cuando se necesita conectividad de larga distancia (hasta 30 metros).

Dado que el cable UTP Cat-5 está diseñado para un uso económico, su rendimiento se degrada rápidamente con distancias más largas. Este artículo presenta dos soluciones que pueden reducir las pérdidas de transmisión cuando se utilizan cables de hasta 30 m de largo con señales HDTV 1080p, que requieren un ancho de banda de video de aproximadamente 75 MHz.

La figura 1 muestra la respuesta de amplitud de un cable de 30 m en función de la frecuencia. La pérdida a 75 MHz es de unos 6 dB, por lo que se deben aplicar 6 dB de ganancia de alta frecuencia antes de la transmisión o después de la recepción.

Figura 1: Atenuación de cable versus frecuencia (30 metros)

Los últimos estándares y requisitos de HDTV se enumeran en la Tabla 1. Los reproductores de Blu-ray de alta definición utilizan HDTV 1080p 16:9. El ancho de banda de video exacto requerido no está definido, pero 75 MHz deberían ser suficientes para capturar la experiencia.

Tabla 1: Compromiso de video y ancho de banda

Calidad de videoResolucion horizontalResolución verticalCuadros por segundoTasa de píxelesEstimación de ancho de banda de video
Píxeles/LíneaLínea/Marcoherciosparlamentariosmegahercio
HDTV 720p, 16:912807206057.630
1080i, 16:9 HDTV192010803064.832
HDTV 1080p, 16:91920108024/3051,8/64,832
HDTV 1080p, 16:9192010806013075
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Énfasis preliminar

El circuito que se muestra en la Figura 2 utiliza la placa controladora AD8148 con énfasis previo para compensar la atenuación de alta frecuencia en un cable UTP Cat-5 de 30 m. En el lado del receptor, la placa AD8145, configurada para ganancia 2, se usa sin ecualización.

Figura 2
Figura 2: AD8148 con preamplificador

La Figura 3 muestra el circuito de pre-énfasis. El amplificador diferencial AD8148 está sintonizado internamente para una ganancia de 4 (12 dB); la red RC controla la ganancia general, que comienza con una ganancia de 2 en frecuencias bajas y aumenta lentamente hasta una ganancia de 4 en frecuencias más altas, como se muestra en la Figura 4.

imagen 3
Figura 3: Circuito de pre-énfasis
Figura 4
Figura 4: Ganancia de preénfasis versus frecuencia

La idea general es utilizar el preénfasis del controlador para combatir la atenuación del cable a altas frecuencias. Agregar el receptor a la salida del cable no afectará el ancho de banda siempre que el receptor tenga un ancho de banda plano superior a 100 MHz, lo cual es cierto con el AD8145 configurado para ganar 2. La Figura 5 muestra que la ganancia es de 6 dB plana dentro de 1 dB. hasta 100 MHz, lo que demuestra que el cable Cat-5 puede transmitir HDTV 1080p.

Figura 5
Figura 5: Ganancia de cable de red y preénfasis versus frecuencia

El rendimiento de este circuito ha sido probado para longitudes de cable de 10 m, 20 m y 30 m. Sin embargo, si se requiere un cable más corto (<5 m), el controlador se puede usar sin énfasis previo, ya que podrá manejar la distancia más corta.

Igualada

El circuito que se muestra en la Figura 6 utiliza la placa AD8148 sin preénfasis y la placa receptora AD8143 para la ecualización. La idea es la misma; la atenuación de alta frecuencia del cable largo debe compensarse aumentando la ganancia de la señal a frecuencias más altas. El controlador AD8148 tiene una ganancia de 4 y el receptor AD8143 tiene una ganancia de 1 para frecuencias bajas y una ganancia de 2 para frecuencias más altas.

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Figura 6
Figura 6: AD8143 con equilibrado

La Figura 7 muestra el circuito ecualizador que establece la ganancia de baja frecuencia en 1 y la ganancia de alta frecuencia en 2, como se muestra en la Figura 8. A menos de 2 MHz, la ganancia es de 0,5 dB, alcanzando unos 6 dB a 50 MHz.

Imagen 7
Figura 7: Circuito balanceado

Después de agregar el cable de 30 m, el volumen permanece plano dentro de 1 dB hasta 80 MHz, mucho más allá de lo que se requiere para HDTV de 1080p. La figura 9 muestra un pico de unos 2 dB a 40 MHz. Esto iluminará ligeramente las señales de alta frecuencia, pero su efecto no es visible en la pantalla.

Para tener en cuenta la terminación de entrada y salida, se requiere una ganancia de 4. El AD8143 tiene una ganancia establecida de 1, por lo que el controlador debe manejar una ganancia de 4 y aún tener una banda plana por encima de 100 MHz. Con una ganancia de 4, el controlador AD8148 proporciona una respuesta plana de alrededor de 500 MHz, lo que le permite admitir el receptor en aplicaciones HDTV 1080p.

Imagen 8
Figura 8: Respuesta de amplitud del ecualizador inalámbrico
Imagen 9
Figura 9: Respuesta de amplitud del ecualizador con el cable de 30 m

Conclusión

La demanda de un cable económico capaz de admitir HD aumenta con la demanda de mejores imágenes. El cable UTP Cat-5 es la mejor solución alternativa. Ambas soluciones ofrecidas para requisitos de mayor distancia pueden convertirse fácilmente en cables más cortos utilizando el controlador AD8148 sin énfasis previo con los receptores AD8145 o AD8143. En cualquier caso, las soluciones propuestas siempre preservan la ganancia unitaria desde la entrada del controlador hasta la salida del receptor, y todas las ganancias internas compensan las pérdidas de terminación de entrada y salida. Estas soluciones independientes permiten el uso de cable Cat-5 de bajo costo para la transmisión HD, en lugar de los cables más caros que se encuentran actualmente en el mercado.

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Referencias

* Jonathan Pearson, «Cable de ecualización ajustable que combina un receptor diferencial de banda ancha con interruptores analógicos» Diálogo analógicoVolumen 38-07, julio de 2004.

*Budak,»Análisis y síntesis de redes pasivas y activas», Houghton Mifflin, 1974.

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