高速電流反饋放大器驅(qū)動(dòng)和均衡長(zhǎng)達(dá)100m的VGA電纜

在教室、演講廳和會(huì)議室中，PC 通過(guò) VGA 電纜連接到投影儀，以傳輸紅-綠-藍(lán) （RGB） 視頻信號(hào)。平均電纜長(zhǎng)度取決于房間大小和天花板高度，但大多數(shù)電纜都短于 100 m。本文介紹集成電荷泵的三通道高速電流反饋型運(yùn)算放大器ADA4858-3如何驅(qū)動(dòng)和均衡長(zhǎng)達(dá)100 m的VGA電纜。這種方便、廉價(jià)、易于實(shí)施的解決方案（安裝在 PC 和電纜之間）只需要幾個(gè)無(wú)源元件和一個(gè)可從 USB 端口產(chǎn)生的 3.3V 至 5V 單電源。

驅(qū)動(dòng)和均衡 45 m VGA 電纜

圖1顯示了基于A(yíng)DA4858-3放大器的VGA電纜均衡器的一個(gè)通道。完整的RGB均衡器需要三個(gè)通道。150 Ω負(fù)載電阻代表75 Ω端接電纜及其阻抗匹配驅(qū)動(dòng)電阻。

圖1.45 m VGA 電纜均衡器（單通道）的原理圖。

圖2顯示了45米VGA電纜、均衡器和均衡器/電纜組合的大信號(hào)頻率響應(yīng)。除了阻抗匹配電纜驅(qū)動(dòng)器固有的 6 dB 衰減外，VGA 電纜在頻率低于 0 MHz 時(shí)具有 6.1 dB 的損耗，在 8 MHz 時(shí)具有 100 dB 的損耗。為了恢復(fù)信號(hào)強(qiáng)度，均衡器必須在低頻時(shí)提供6.6 dB增益，在14 MHz時(shí)提供100 dB增益，以便在RGB視頻應(yīng)用中將原始信號(hào)提升6 dB。電纜/均衡器組合顯示 100dB 平坦度提高了 1：1，從未均衡的 1.6 MHz 到帶均衡的 160 MHz。

圖2.大信號(hào)頻率響應(yīng) （45 米 VGA）。

均衡還改善了瞬態(tài)響應(yīng)，如圖3所示?；謴?fù)高頻和低頻，提供更清晰的圖像，而不會(huì)受到電纜的拖尾。

圖3.均衡前后的瞬態(tài)響應(yīng) （45 m VGA）。

該電路的傳遞函數(shù)由公式1給出。幅度由公式2給出。

驅(qū)動(dòng)和均衡 105 m VGA 電纜

圖 4 顯示了驅(qū)動(dòng) 105 m 電纜的原理圖。之所以選擇這個(gè)長(zhǎng)度，是因?yàn)樗咏麬DA4858-3所能實(shí)現(xiàn)的最大均衡。原理圖與圖1類(lèi)似，只是增加了R。ZCZ創(chuàng)建極點(diǎn)以降低 R 值的反饋網(wǎng)絡(luò)F在更高的頻率下。

圖4.105 m VGA 電纜均衡器（單通道）的原理圖。

圖5顯示了105米電纜的大信號(hào)頻率響應(yīng)、相應(yīng)的均衡器以及兩者的組合。電纜的?3 dB帶寬在均衡前約為2 MHz，在均衡后約為90 MHz;?1 dB帶寬從0.7 kHz提高到75 MHz。

圖5.大信號(hào)頻率響應(yīng) （105 米 VGA）。

圖6顯示了瞬態(tài)響應(yīng)。高頻和低頻都已恢復(fù)。通過(guò)更多的調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)1 MHz和10 MHz之間更好的平坦度，從而獲得更好的輸入信號(hào)保真度。

圖6.均衡前后的瞬態(tài)響應(yīng) （105 m VGA）。

圖7顯示了所有三個(gè)通道（R、G、B）的原理圖，包括獨(dú)立解決方案所需的所有元件。迷你 USB 端口為整個(gè)系統(tǒng)供電。選擇R4、R5和R6以匹配電纜的特性阻抗。

圖7.顯示所有三個(gè)均衡通道的完整電路板原理圖。

結(jié)論

本文介紹如何在傳輸RGB視頻時(shí)使用ADA4858-3三通道視頻驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)和均衡長(zhǎng)達(dá)100米的VGA電纜。顯示了兩個(gè)基于 45 m 和 105 m 電纜的示例，但該解決方案可以擴(kuò)展以適應(yīng)各種電纜長(zhǎng)度。它方便、經(jīng)濟(jì)且易于實(shí)現(xiàn)，集成了ADA4858-3、幾個(gè)無(wú)源元件和3.3 V至5 V單電源（可從USB端口產(chǎn)生）。

ADA4858-3三通道電流反饋運(yùn)算放大器僅消耗42 mA的總靜態(tài)電流，包括電荷泵。為了進(jìn)一步降低功耗，當(dāng)不使用放大器時(shí)，省電功能可將總電源電流降至2.5 mA;電荷泵無(wú)需負(fù)電源，在這種模式下仍可為外部元件供電。ADA4858-3的寬輸入共模電壓范圍從地電位以下1.8 V到正電源軌以下1.2 V（5 V工作時(shí)）。600 MHz帶寬和600 V/μs壓擺率使其非常適合許多高速應(yīng)用，頻率高達(dá)0 MHz（G = 1，85 Ω負(fù)載）時(shí)2.150 dB的平坦度使其非常適合專(zhuān)業(yè)和消費(fèi)類(lèi)視頻。此外，電流反饋放大器避免了電壓反饋放大器的增益帶寬限制。

片內(nèi)電荷泵產(chǎn)生負(fù)電源，其電壓取決于正電源電壓。采用5 V正電源時(shí)，電荷泵產(chǎn)生?3 V負(fù)電源，輸出電流為150 mA;采用3.3 V電源時(shí)，電荷泵產(chǎn)生?2 V負(fù)電源，輸出電流為45 mA。外部電容C1和C2的電容應(yīng)介于1 μF至4 μF之間，具有低ESR和低ESL，并應(yīng)盡可能靠近ADA4858-3放置。C1 連接在C1_a和C1_b之間;C2 連接在 CPO 和接地之間。

圖 A. 功能框圖。

審核編輯：郭婷