最初,视频滤波器是一个无源的LC电路,现在的视频滤波器将放大器与RC滤波器结合起来,可以获得尺寸更小更高效的设计,可以替换传统的三级无源方案的分立元件。这里的视频信号包括,RGB、分量视频YPrPb、复合视频composite。
重建滤波器的概念
液晶电视视频输入,在进入ADC之前,为了尽可能将截止频率以上的信号统统滤掉,从而取得更干净的视频信号,一般会采用抗混叠滤波器。而机顶盒视频输出,在DAC之后,为了消除由采样带来的叠影,一般会采用重建滤波器,也被称作(sin x)/x或零阶保持校正器。
不论是用于抗混叠还是重建,滤波器都必须具备低通特性,使视频的帧频能够通过。所有视频信号都希望视频滤波器能达到"线性相位",这是群延时(不同频率的延时)特性所要求的。平坦的群延时表明所有频率被延迟了相同的时间,在时域这有利于信号波形的保持。因此,群延时差异比绝对群延时更为重要。“滤波器的相位线性度好”的概念就是指不同频率的信号延迟之间的差异比较小。为了达到“线性度比较好”,有很多技术的解决方案,例如Bessel、相位逼近、Thompson-Butterworth,以及LeGendre等技术。在视频中最常使用的是Butterworth特性的滤波器。
常用视频滤波器
视频技术包括液晶电视的视频输入抗混叠滤波器的设计,以及机顶盒的重建滤波器视频输出,这里只介绍机顶盒的设计。DAC之后的重建滤波可以消除D/A转换带来的噪声,并增加色度/亮度延迟补偿来抵消发送器造成的失真。四阶滤波器可以是两个两阶滤波器的级联,一般来说阶数越多性能越好。下面是几款标清SD(频率响应为10MHz以下)的视频滤波器:Maxim的标准正负5V双电源三通道视频信号滤波驱动器MAX7438/MAX7439,Fairchild半导体公司的FMS6143三路四阶单5V电源视频滤波驱动器,Intersil的3.3V单电源三路视频驱动器ISL59830和四通道EL2480CS。
3阶重建LCR滤波器示意图
FMS6143电路设计
随着数字视频和电池供电装置的出现,负电源就成了降低成本与功耗的负担。单电源设计是一个趋势,FMS6143采用了单电源供电。FMS6143内部由电压箝位,低通滤波以及6db的增益放大器三个部分组成。由于视频平均直流电平随图像容量而变化,从而产生输入漂移,产生失真,所以FMS6143必须采用直流补偿调整,直流补偿调整也叫箝位,有时也称偏压,主要作用是将输入的直流电压箝位在某个固定电压上面。FMS6143支持三路视频低通滤波,截止频率为8MHz,适合标准清晰度的视频信号。
输入
输入一般采用直流耦合,输入脚接输入得视频信号,并用75r电阻接地。同一个信号,输入和输出端只需要一端接电容。
输出
FMS6143输出工作电流一般应小于60mA,输出内部放大器电流限制到大约100mA,可以承受短暂的电路短路。
输出电路一般采用交流耦合,75Ω终端负载与电容器(电容值的选取见下面分析)构成高通滤波器,阻止直流通过而使视频频率通过,且避免倾斜失真。
对于U、V、Pb、Pr以及Chroma视频信号,属于交流对称信号,输出的时候适合采用0.1uF小电容。在Fms6143的输出脚接入一个0.1u的耦合电容。
对于亮度Y、复合视频Cv以及R、G、B视频信号,与直流脉冲波形类似,输出必须采用大于1000uF的大电容。或者直接采用直流耦合的方式,将电容去掉。使用过小的电容会引起行弯曲与场倾斜失真。
高清机顶盒的视频电路设计与标清的很类似,只不过需要用到截止频率为30M的视频滤波器。