如何利用差分信令获得更好的模拟视频信号

关键词： 差分信令 , 模拟 , 视频信号

与单端信令相比，差分信令有许多优势：电磁干扰(EMI)低、失真少、电源电压低并且成本也低。这些优势促进差分信令在许多应用中得到采用，包括数字(低压差分信令，即LVDS)应用和模拟应用(音频)。对模拟视频而言差分信令也有类似优势，但由于一些原因，大多数视频应用还在继续采用单端75Ω同轴电缆连接。

采用差分信令和低成本的CAT5网络电缆，可将模拟视频传输到很远的距离，从而降低视频互连和传输的成本。CAT5电缆在安全系统、闭路电视(CCTV)和汽车系统等普通应用中具有较高的成本效益。

如果系统配置中有大量的摄像头等视频源，特别是用于安全系统或CCTV系统的摄像头，那么通过互联网协议的视频可能是比较理想的选择方案。但当系统具有少量视频源且总系统成本非常重要时，模拟视频互连可以提供最佳性价比，这是因为这种系统不要求压缩或任何软件控制。

实现差分模拟视频的障碍在于缺乏可以通过差分电缆转换、传输和接收视频，并同时还提供一个与现有75单端视频电路进行接口的低成本发射器-接收器IC。实现这种功能需要大量电路，(至少)包括一个平衡-不平衡变压器电路，这个电路具有补偿电缆损耗的振幅均衡功能，以及稳定视频黑电平的箝位或偏置功能。这个IC还将要求I／O保护、单电源供电、故障诊断功能以及低成本。下面通过数百米CAT5电缆发送视频讨论时必须考虑的问题。

通过CAT5电缆传输模拟视频的实际问题

建立一个针对模拟视频的CAT5传输系统涉及许多重要问题。与同轴电缆等传统方法相比，CAT5双绞线具有诸多优势。第一个优势是成本优势，CAT5电缆比同轴电缆便宜得多，这得益于前者在电脑网络中的广泛应用。

在许多情况下，CAT5电缆可能已经安装，但却没再被使用，这可能是因为已经升级到可以支持速度更高的数字数据的CAT6电缆。在这种情况下，旧的CAT5电缆可以用来传输分量模拟视频(三个通道+同步)或者带有一些额外控制信号的合成视频广播信号(CVBS)。

对发射器来说，CAT5电缆有四根双绞线(8芯线)，因此如果我们需要多个通道同时传输信号，就必须处理好通道之间的串扰问题。差分驱动器和接收器组合的CMRR在视频带宽为0～5MHz时至少必须为30dB。现在的大多数差分驱动器／接收器都满足这一规格，并且有一部分是专门为驱动CAT5电缆而设计的。

CAT5电缆的另一个问题是高频损耗远远高于同轴电缆，这意味着设计工程师必须在电缆长度超过3米左右时考虑增加某种电缆均衡。这种需求一定程度上的确取决于系统必须维持的视频信号质量标准。同一CAT5电缆中双绞线的频率损耗是不同的，因此不同通道会产生不同延迟。对于较长的CAT5电缆，设计工程师必须在接收端附加一个选择方案来修正延迟误差。使用四根独立的同轴电缆则不存在这类问题，这是因为等长的同轴电缆具有相同延迟。

基本互连

采用CAT5电缆有几种基本的互连选择方案(67页图1)，为应用选择最佳配置取决于具体条件以及为差分驱动器／接收器选择的IC。制造商通常会提供有关具体IC的最佳和效率最高配置的信息和实例，这里讨论的配置问题应提供附加指导，以帮助确定采用哪个选择方案可达到最佳效果。若我们有一个低压单电源(首选的)供电系统，一般需要在输入端增加视频箝位电路，以便在视频信号发生变化时维持正确的直流电平。在具有足够电压摆幅空间的双电源供电环境(±5V或同等电压)中不需要箝位电路。

此外，直流耦合系统或交流耦合系统的选择取决于具体的应用。例如，如果我们不希望源和目标之间有较大的地电位差，并且差分驱动器／接收器是同一家制造商生产的，那么直流耦合系统就是较好的选择方案。它可以提供较低的低频失真、不需要较大的去耦电容、不会产生垂直倾斜，并且在接收端不需要直流恢复电路或箝位电路。

另外，我们可能希望系统中源和目标间有较高的地电位差(5V、10V或更高)，也可能不得不采用不同制造商生产的驱动器和接收器芯片，或者可能只设计驱动器端而不了解接收端的情况。在以上情况中，交流耦合连接都是较好的选择方案，这种连接可提供更高的灵活性。

多通道视频的传输问题

CAT5电缆有多条双绞线，非常方便用在需要多个视频通道的应用。如当必须传输四个视频分量(RGB信号和复合同步信号)或者YPbPr分量信号时，设计工程师必须确保维持直流箝位电平。

直流箝位电平非常关键，因为Y、G、B或R分量的直流箝位电平不同于Pb和Pr分量。当然，如果需要，可以从Y／G通道中抽取同步信息。R和B通道也可能包含同步信号，但这不是强制的，设计工程师不能假设通过R通道或B通道可以获得同步信息。通道Pb和Pr不包含同步信息。请注意，如果我们需要通过同一CAT5电缆传输同步信息，首先必须对合成同步信号进行滤波。无论驱动器／接收器IC的组合是如何好，高频和高能量同步边沿都会由于串扰而在视频信号中以噪声形式显示出来。这导致了将同步带宽限制在最大1MHz左右的强烈要求，最大同步带宽值取决于所选的驱动器／接收器组合。

最后一个任务是处理各个通道之间的延迟差。CAT5电缆内的四根双绞线由于电缆长度、电缆位置和温度的不同而具有不同的信号延迟。由于人眼对通道之间的相位误差非常敏感(色差)，电缆驱动器／接收器电路须补偿延迟差，目标处所有通道的误差都应小于3ns。为进行补偿，许多设计都采用模拟或电荷耦合器件(CCD)可调节延迟线路(调节范围为0～50ns)。延迟修正可手动或自动进行，当然自动延迟修正更方便但成本也更高。

当数据(摄像头的控制命令)和视频必须通过同一电缆进行传输时(图2详见本刊网站)，CAT5电缆还可以用于监视或安全系统中。在这个整合的系统中，摄像头将模拟视频发送给主机系统，同时主机将命令数据发送给摄像头(摇移、倾斜、变焦等)。