關(guān)鍵詞： 差分信令 , 模擬 , 視頻信號

與單端信令相比，差分信令有許多優(yōu)勢：電磁干擾(EMI)低、失真少、電源電壓低并且成本也低。這些優(yōu)勢促進差分信令在許多應(yīng)用中得到采用，包括數(shù)字(低壓差分信令，即LVDS)應(yīng)用和模擬應(yīng)用(音頻)。對模擬視頻而言差分信令也有類似優(yōu)勢，但由于一些原因，大多數(shù)視頻應(yīng)用還在繼續(xù)采用單端75Ω同軸電纜連接。

采用差分信令和低成本的CAT5網(wǎng)絡(luò)電纜，可將模擬視頻傳輸?shù)胶苓h的距離，從而降低視頻互連和傳輸?shù)某杀?。CAT5電纜在安全系統(tǒng)、閉路電視(CCTV)和汽車系統(tǒng)等普通應(yīng)用中具有較高的成本效益。

如果系統(tǒng)配置中有大量的攝像頭等視頻源，特別是用于安全系統(tǒng)或CCTV系統(tǒng)的攝像頭，那么通過互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的視頻可能是比較理想的選擇方案。但當系統(tǒng)具有少量視頻源且總系統(tǒng)成本非常重要時，模擬視頻互連可以提供最佳性價比，這是因為這種系統(tǒng)不要求壓縮或任何軟件控制。

實現(xiàn)差分模擬視頻的障礙在于缺乏可以通過差分電纜轉(zhuǎn)換、傳輸和接收視頻，并同時還提供一個與現(xiàn)有75單端視頻電路進行接口的低成本發(fā)射器-接收器IC。實現(xiàn)這種功能需要大量電路，(至少)包括一個平衡-不平衡變壓器電路，這個電路具有補償電纜損耗的振幅均衡功能，以及穩(wěn)定視頻黑電平的箝位或偏置功能。這個IC還將要求I／O保護、單電源供電、故障診斷功能以及低成本。下面通過數(shù)百米CAT5電纜發(fā)送視頻討論時必須考慮的問題。

通過CAT5電纜傳輸模擬視頻的實際問題

建立一個針對模擬視頻的CAT5傳輸系統(tǒng)涉及許多重要問題。與同軸電纜等傳統(tǒng)方法相比，CAT5雙絞線具有諸多優(yōu)勢。第一個優(yōu)勢是成本優(yōu)勢，CAT5電纜比同軸電纜便宜得多，這得益于前者在電腦網(wǎng)絡(luò)中的廣泛應(yīng)用。

在許多情況下，CAT5電纜可能已經(jīng)安裝，但卻沒再被使用，這可能是因為已經(jīng)升級到可以支持速度更高的數(shù)字數(shù)據(jù)的CAT6電纜。在這種情況下，舊的CAT5電纜可以用來傳輸分量模擬視頻(三個通道+同步)或者帶有一些額外控制信號的合成視頻廣播信號(CVBS)。

對發(fā)射器來說，CAT5電纜有四根雙絞線(8芯線)，因此如果我們需要多個通道同時傳輸信號，就必須處理好通道之間的串擾問題。差分驅(qū)動器和接收器組合的CMRR在視頻帶寬為0～5MHz時至少必須為30dB?，F(xiàn)在的大多數(shù)差分驅(qū)動器／接收器都滿足這一規(guī)格，并且有一部分是專門為驅(qū)動CAT5電纜而設(shè)計的。

CAT5電纜的另一個問題是高頻損耗遠遠高于同軸電纜，這意味著設(shè)計工程師必須在電纜長度超過3米左右時考慮增加某種電纜均衡。這種需求一定程度上的確取決于系統(tǒng)必須維持的視頻信號質(zhì)量標準。同一CAT5電纜中雙絞線的頻率損耗是不同的，因此不同通道會產(chǎn)生不同延遲。對于較長的CAT5電纜，設(shè)計工程師必須在接收端附加一個選擇方案來修正延遲誤差。使用四根獨立的同軸電纜則不存在這類問題，這是因為等長的同軸電纜具有相同延遲。

基本互連

采用CAT5電纜有幾種基本的互連選擇方案(67頁圖1)，為應(yīng)用選擇最佳配置取決于具體條件以及為差分驅(qū)動器／接收器選擇的IC。制造商通常會提供有關(guān)具體IC的最佳和效率最高配置的信息和實例，這里討論的配置問題應(yīng)提供附加指導，以幫助確定采用哪個選擇方案可達到最佳效果。若我們有一個低壓單電源(首選的)供電系統(tǒng)，一般需要在輸入端增加視頻箝位電路，以便在視頻信號發(fā)生變化時維持正確的直流電平。在具有足夠電壓擺幅空間的雙電源供電環(huán)境(±5V或同等電壓)中不需要箝位電路。

此外，直流耦合系統(tǒng)或交流耦合系統(tǒng)的選擇取決于具體的應(yīng)用。例如，如果我們不希望源和目標之間有較大的地電位差，并且差分驅(qū)動器／接收器是同一家制造商生產(chǎn)的，那么直流耦合系統(tǒng)就是較好的選擇方案。它可以提供較低的低頻失真、不需要較大的去耦電容、不會產(chǎn)生垂直傾斜，并且在接收端不需要直流恢復電路或箝位電路。

另外，我們可能希望系統(tǒng)中源和目標間有較高的地電位差(5V、10V或更高)，也可能不得不采用不同制造商生產(chǎn)的驅(qū)動器和接收器芯片，或者可能只設(shè)計驅(qū)動器端而不了解接收端的情況。在以上情況中，交流耦合連接都是較好的選擇方案，這種連接可提供更高的靈活性。

多通道視頻的傳輸問題

CAT5電纜有多條雙絞線，非常方便用在需要多個視頻通道的應(yīng)用。如當必須傳輸四個視頻分量(RGB信號和復合同步信號)或者YPbPr分量信號時，設(shè)計工程師必須確保維持直流箝位電平。

直流箝位電平非常關(guān)鍵，因為Y、G、B或R分量的直流箝位電平不同于Pb和Pr分量。當然，如果需要，可以從Y／G通道中抽取同步信息。R和B通道也可能包含同步信號，但這不是強制的，設(shè)計工程師不能假設(shè)通過R通道或B通道可以獲得同步信息。通道Pb和Pr不包含同步信息。請注意，如果我們需要通過同一CAT5電纜傳輸同步信息，首先必須對合成同步信號進行濾波。無論驅(qū)動器／接收器IC的組合是如何好，高頻和高能量同步邊沿都會由于串擾而在視頻信號中以噪聲形式顯示出來。這導致了將同步帶寬限制在最大1MHz左右的強烈要求，最大同步帶寬值取決于所選的驅(qū)動器／接收器組合。

最后一個任務(wù)是處理各個通道之間的延遲差。CAT5電纜內(nèi)的四根雙絞線由于電纜長度、電纜位置和溫度的不同而具有不同的信號延遲。由于人眼對通道之間的相位誤差非常敏感(色差)，電纜驅(qū)動器／接收器電路須補償延遲差，目標處所有通道的誤差都應(yīng)小于3ns。為進行補償，許多設(shè)計都采用模擬或電荷耦合器件(CCD)可調(diào)節(jié)延遲線路(調(diào)節(jié)范圍為0～50ns)。延遲修正可手動或自動進行，當然自動延遲修正更方便但成本也更高。

當數(shù)據(jù)(攝像頭的控制命令)和視頻必須通過同一電纜進行傳輸時(圖2詳見本刊網(wǎng)站)，CAT5電纜還可以用于監(jiān)視或安全系統(tǒng)中。在這個整合的系統(tǒng)中，攝像頭將模擬視頻發(fā)送給主機系統(tǒng)，同時主機將命令數(shù)據(jù)發(fā)送給攝像頭(搖移、傾斜、變焦等)。