深入解析LMH1980：自動(dòng)檢測(cè)SD/HD/PC視頻同步分離器

在當(dāng)今的視頻處理領(lǐng)域，視頻同步分離器扮演著至關(guān)重要的角色。今天，我們就來深入探討德州儀器（TI）推出的一款優(yōu)秀的自動(dòng)檢測(cè)SD/HD/PC視頻同步分離器——LMH1980。

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產(chǎn)品概述

LMH1980是一款專為多種視頻應(yīng)用而設(shè)計(jì)的自動(dòng)檢測(cè)SD/HD/PC視頻同步分離器。它能廣泛應(yīng)用于汽車LCD顯示器、視頻采集與編輯設(shè)備、監(jiān)控與安全設(shè)備以及機(jī)器視覺和檢測(cè)系統(tǒng)等領(lǐng)域。該器件可接受具有雙電平或三電平同步的模擬視頻輸入信號(hào)，并自動(dòng)檢測(cè)視頻格式，無需像其他同步分離器（如LM1881）那樣進(jìn)行外部 (R_{SET}) 電阻調(diào)整。其輸出以CMOS邏輯提供定時(shí)信號(hào)，包括復(fù)合、水平和垂直同步信號(hào)，以及色同步/后沿定時(shí)和奇偶場(chǎng)輸出。

產(chǎn)品特性

廣泛的視頻格式支持

支持NTSC、PAL、480I/P、576I/P、720P、1080I/P/PsF等多種視頻格式，以及許多VESA兼容的定時(shí)格式。同時(shí)，具備復(fù)合視頻（CVBS）、S視頻（Y/C）、分量視頻 ((YP{B} P{R} / GBR)) 和PC圖形（RGsB）接口。

同步兼容性

兼容SD/PC雙電平同步和HD三電平同步，能輸出復(fù)合、水平和垂直同步信號(hào)，還提供色同步/后沿定時(shí)、奇偶場(chǎng)和HD檢測(cè)標(biāo)志輸出。

自動(dòng)視頻格式檢測(cè)

可自動(dòng)檢測(cè)視頻格式，無需外部 (R_{SET}) 電阻調(diào)整，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過程。

固定電平同步切片

對(duì)于幅度在0.5 (V{PP}) 到2 (V{PP}) 之間的視頻輸入，采用固定電平同步切片，即使輸入信號(hào)終端不正確或衰減，也能實(shí)現(xiàn)正確的同步分離。

寬電源電壓范圍

可在3.3V至5V的電源電壓下工作，適應(yīng)不同的電源環(huán)境。

應(yīng)用領(lǐng)域

• 消費(fèi)、專業(yè)、汽車和工業(yè)視頻：如汽車LCD顯示器、視頻采集與編輯設(shè)備等。
• 視頻捕獲、編輯和處理鎖相電路：確保視頻信號(hào)的穩(wěn)定處理。
• 監(jiān)控與安全視頻系統(tǒng)：保障監(jiān)控畫面的清晰和穩(wěn)定。
• 機(jī)頂盒（STB）和數(shù)字視頻錄像機(jī)（DVR）：提供高質(zhì)量的視頻同步。
• LCD / 等離子顯示器和視頻投影儀：提升顯示效果。
• 機(jī)器視覺和檢測(cè)系統(tǒng)：為視覺檢測(cè)提供準(zhǔn)確的視頻信號(hào)。
• 視頻觸發(fā)示波器和波形監(jiān)視器：用于精確的視頻信號(hào)監(jiān)測(cè)。

引腳說明

電氣特性

電源電流

在無輸入信號(hào)時(shí)， (V{CC}=3.3V) 時(shí)，典型值為10.5mA； (V{CC}=5V) 時(shí)，典型值為14.0mA。

視頻輸入規(guī)格

• 輸入同步幅度：SD/EDTV雙電平同步時(shí)，從負(fù)同步尖峰到視頻消隱電平的幅度；HDTV三電平同步時(shí)，從負(fù)到正同步尖峰的幅度。
• 輸入同步尖峰鉗位電平：典型值為0.7V。
• 輸入同步切片電平：在輸入同步尖峰鉗位電平之上70mV。

邏輯輸出規(guī)格

• 輸出邏輯0： (V{CC}=3.3V) 時(shí)，最大值為0.3V； (V{CC}=5V) 時(shí)，最大值為0.5V。
• 輸出邏輯1： (V{CC}=3.3V) 時(shí)，最小值為3.0V； (V{CC}=5V) 時(shí)，最小值為4.5V。

同步鎖定時(shí)間

視頻信號(hào)在 (V_{IN}) 穩(wěn)定后，輸出信號(hào)正確所需的時(shí)間，典型值為2個(gè)視頻周期。

垂直同步輸出脈沖寬度

約為3個(gè)水平周期。

應(yīng)用信息

(R_{EXT}) 電阻

該精密外部電阻用于建立LMH1980的內(nèi)部偏置電流和精確參考電壓。為獲得最佳性能，應(yīng)使用10kΩ 1%精度且溫度系數(shù)低的電阻，以確保在寬溫度范圍內(nèi)正常工作。與其他同步分離器（如LM1881）的 (R{SET}) 電阻不同，LMH1980的 (R{EXT}) 值是固定的，器件可自動(dòng)檢測(cè)輸入線路速率以支持各種視頻格式。

自動(dòng)格式檢測(cè)和切換

自動(dòng)格式檢測(cè)功能消除了調(diào)整外部 (R_{SET}) 電阻或通過微控制器編程的需求。在視頻格式切換后，經(jīng)過足夠的啟動(dòng)時(shí)間（通常為1到2個(gè)視頻場(chǎng)），器件輸出將正確響應(yīng)。與其他同步分離器不同，LMH1980在輸入信號(hào)發(fā)生重大變化后，無需循環(huán)電源即可產(chǎn)生正確的輸出。

固定電平同步切片

LMH1980對(duì)幅度在0.5 (V{PP}) 到2 (V{PP}) 之間的視頻輸入采用固定電平同步切片，切片閾值比鉗位同步尖峰高70mV。這種方式確保了即使輸入信號(hào)終端不正確或衰減，也能實(shí)現(xiàn)正確的同步分離。

輸入考慮

• 支持的視頻標(biāo)準(zhǔn)：支持多種視頻標(biāo)準(zhǔn)，包括復(fù)合視頻（CVBS）、S視頻（Y/C）、分量視頻 ((YP{B} P{R} / GBR)) 和PC圖形（RGsB）等。
• 輸入終端：視頻源應(yīng)使用75Ω電阻進(jìn)行負(fù)載終端，以確保正確的視頻信號(hào)幅度并最小化反射引起的信號(hào)失真。
• 輸入濾波：當(dāng)視頻信號(hào)的色度幅度較大且接近同步尖峰，或存在大量高頻噪聲時(shí)，建議使用外部濾波器?？墒褂煤?jiǎn)單的RC低通色度濾波器，通過調(diào)整電容 (C_{2}) 來實(shí)現(xiàn)所需的截止頻率，但要注意截止頻率過低可能會(huì)影響HD視頻格式的檢測(cè)。
• 輸入耦合電容：輸入信號(hào)應(yīng)通過適當(dāng)選擇的耦合電容 (C{IN}) 交流耦合到 (V{IN}) 引腳。若應(yīng)用中使用交流耦合視頻源，建議選擇較小的 (C{IN}) 值，以避免因平均圖像電平變化而丟失同步輸出脈沖；若僅使用直流耦合視頻源，則可使用較大的 (C{IN}) 值。

啟動(dòng)時(shí)間

當(dāng)視頻輸入信號(hào)發(fā)生重大變化時(shí)，LMH1980的靜態(tài)操作會(huì)被打亂。啟動(dòng)時(shí)間包括可調(diào)整的輸入穩(wěn)定時(shí)間和預(yù)定的“同步鎖定時(shí)間”。輸入穩(wěn)定時(shí)間與耦合電容 (C{IN}) 的值有關(guān)，較小的 (C{IN}) 值可縮短穩(wěn)定時(shí)間，但會(huì)增加線路下垂電壓；較大的 (C_{IN}) 值則相反。同步鎖定時(shí)間通常小于1或2個(gè)視頻場(chǎng)，從第一個(gè)有效的垂直同步輸出脈沖開始，到隨后有效的水平同步脈沖開始。

邏輯輸出

• 水平同步輸出（HSOUT）：產(chǎn)生負(fù)極性水平同步信號(hào)，其負(fù)向上升沿來自輸入的同步參考 (O_{H}) ，帶有一定的傳播延遲。HSOUT的負(fù)向上升沿性能良好，可作為負(fù)邊沿觸發(fā)PLL輸入的參考；若用于正邊沿觸發(fā)PLL輸入，需先將信號(hào)反相。
• 垂直同步輸出（VSOUT）：產(chǎn)生負(fù)極性垂直同步信號(hào)，其負(fù)向上升沿來自第一個(gè)垂直鋸齒脈沖，輸出脈沖寬度約為3個(gè)水平周期。對(duì)于無垂直鋸齒脈沖的非標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)，LMH1980將輸出默認(rèn)的垂直同步脈沖。
• 復(fù)合同步輸出（CSOUT）：簡(jiǎn)單地再現(xiàn)視頻輸入同步脈沖，其負(fù)向上升沿來自輸入的負(fù)向上升沿，帶有一定的傳播延遲。
• 色同步/后沿定時(shí)輸出（BPOUT）：提供負(fù)極性色同步/后沿信號(hào)，在輸入同步脈沖后的后沿間隔內(nèi)以固定寬度脈沖低電平。該信號(hào)可用于NTSC/PAL色同步同步和黑電平鉗位（直流恢復(fù)）及同步剝離應(yīng)用。
• 奇偶場(chǎng)輸出（OEOUT）：用于識(shí)別隔行或分段幀（sF）格式的奇偶場(chǎng)。對(duì)于隔行或分段幀格式，奇數(shù)場(chǎng)時(shí)輸出邏輯高，偶數(shù)場(chǎng)時(shí)輸出邏輯低；對(duì)于逐行（非隔行）視頻格式，輸出保持為邏輯高。
• HD檢測(cè)標(biāo)志輸出（HD）：當(dāng)檢測(cè)到具有三電平同步的有效HD視頻輸入（如720P、1080I和1080P）時(shí)，輸出邏輯低；否則輸出邏輯高。該標(biāo)志可用于控制外部開關(guān)控制的SD色度濾波器，在檢測(cè)到HD視頻時(shí)禁用濾波器，檢測(cè)到SD視頻時(shí)啟用濾波器。

額外考慮

• 使用交流耦合視頻源：交流耦合視頻源的平均圖像電平會(huì)隨視頻占空比動(dòng)態(tài)變化，可能導(dǎo)致同步尖峰偏移。為避免此問題，需選擇合適的 (C{IN}) 值，使LMH1980輸入電路的有效時(shí)間常數(shù) (t{RC-IN}) 小于視頻源的時(shí)間常數(shù) (t_{RC-OUT}) 。
• PCB布局考慮：為確保LMH1980的性能，PCB布局應(yīng)遵循以下原則：
  • IC放置：將LMH1980放置在關(guān)鍵信號(hào)路徑短而直接的位置，以最小化PCB寄生效應(yīng)。
  • 接地平面：使用兩層FR-4 PCB，其中一層作為單一的實(shí)心接地平面，連接到器件的GND引腳和其他組件，以減少走線電感和接地環(huán)路。
  • 電源供應(yīng)走線：使用短走線連接電源引腳，盡量不破壞實(shí)心接地平面。同時(shí)，在 (V_{CC}) 和GND引腳附近放置0.1μF和0.01μF的SMD陶瓷旁路電容進(jìn)行高頻旁路，放置4.7或10μF的SMD鉭電容進(jìn)行低頻旁路。
  • (R_{EXT}) 電阻：使用10kΩ 1% SMD精密電阻，將其盡可能靠近器件放置，并使用最短的連接連接到引腳1和接地平面。
  • 視頻輸入：輸入信號(hào)路徑應(yīng)使用短而直接的走線，在板上使用75Ω負(fù)載終端。若使用色度濾波器，應(yīng)使用短走線連接濾波器組件，并將濾波電容連接到接地平面。
  • 輸出走線：輸出信號(hào)路徑應(yīng)使用短而直接的走線，以最小化寄生效應(yīng)。每個(gè)輸出應(yīng)連接約10kΩ或更大的電阻負(fù)載和不超過10pF的電容負(fù)載，可使用小串聯(lián)電阻（如100Ω）保護(hù)輸出免受短暫短路事件的影響。

總結(jié)

LMH1980是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的自動(dòng)檢測(cè)SD/HD/PC視頻同步分離器。它的廣泛視頻格式支持、自動(dòng)格式檢測(cè)、固定電平同步切片等特性，使其在各種視頻應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇外部組件，優(yōu)化PCB布局，以充分發(fā)揮LMH1980的性能。你在使用LMH1980或其他類似視頻同步分離器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。