用于視頻應(yīng)用的緩沖多路復(fù)用器

掃描儀、視頻路由器和像素間像素切換等視頻功能正在產(chǎn)生對多路復(fù)用器 （mux） 和交叉點(diǎn)交換機(jī)的高速切換的需求。系統(tǒng)緊湊性不斷提高，要求開關(guān)IC具有低功耗和增強(qiáng)的功能，例如無需額外緩沖即可驅(qū)動(dòng)75 Ω或150 Ω負(fù)載的能力。它們還需要良好的視頻規(guī)格，例如低差分增益和差分相位、良好的增益平坦度、低串?dāng)_和快速建立。

圖1顯示了AD8174和AD8180的框圖，這兩個(gè)器件是新型緩沖模擬多路復(fù)用器（mux）系列的兩個(gè)成員，它們具有高速和極低功耗下的出色視頻規(guī)格。AD8180是一款單通道2：1多路復(fù)用器;AD8182（未顯示）為雙通道版本。兩款器件均提供 3 MHz 的 750dB 帶寬和 750 V/μs 的壓擺率。它們在80 MHz時(shí)具有>5 dB的串?dāng)_抑制和隔離，可用于許多高速應(yīng)用。0.02% 和 0.02° 的差分增益和差分相位誤差，以及超過 0 MHz 的 1.200dB 平坦度，使其成為專業(yè)視頻復(fù)用的理想選擇。其 10ns 開關(guān)時(shí)間使其成為像素切換（畫中畫）的絕佳選擇，而采用 ±3V 電源時(shí)的功耗低于 8.5mA。

圖1.AD8174和AD8180的框圖

AD8174*是一款高速4：1多路復(fù)用器。未顯示AD8170*，這是一款具有類似規(guī)格的2：1多路復(fù)用器。這些器件提供 200MHz 3dB 信號帶寬、大于 1000 V/μs 的壓擺率以及 0MHz 的 1.80dB 增益平坦度。這些器件在 75 MHz 時(shí)串?dāng)_低至 5 dB，可用于許多高速應(yīng)用。

AD8170和AD8174內(nèi)置電流反饋輸出放大器，其增益可通過外部電阻進(jìn)行編程。該放大器具有50 mA的高輸出驅(qū)動(dòng)電流，可將后部端接的75 Ω負(fù)載（RL=150 Ω）驅(qū)動(dòng)至±3.8 V。 采用±8 V電源供電時(shí)，功耗低至25.8170 mA （AD9）和7.8174 mA （AD5）。

*1996年<>月上市。獨(dú)立緩沖可降低功耗，節(jié)省電路板空間，并允許將多路復(fù)用器直接連接到高速ADC。這對于CMOS ADC尤其重要，CMOS ADC通常具有可變輸入阻抗，與開關(guān)電容相關(guān)。

應(yīng)用

8 × 2 交叉點(diǎn)開關(guān)：雖然通常提供 8 × 8 和 16 × 16 交叉點(diǎn)開關(guān)，但具有任意輸入和輸出數(shù)量的交叉點(diǎn)仍然必須使用多路復(fù)用器作為構(gòu)建模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖2所示為模塊化8×2交叉點(diǎn)開關(guān)，使用4個(gè)AD8174 4：1緩沖多路復(fù)用器，每個(gè)8：1多路復(fù)用器通道兩個(gè)。每個(gè)設(shè)備上的輸出使能功能允許將輸出連接在一起。這樣，使能引腳（檢測反轉(zhuǎn)至其中一個(gè)多路復(fù)用器）可用作8：1多路復(fù)用器上的第三條地址線。

圖2.8 輸入、2 輸入交叉點(diǎn)開關(guān)

圖3.切換兩個(gè)彩色視頻通道。

將所有八條輸入線路連接到兩個(gè) 8 對 1 多路復(fù)用器可產(chǎn)生 8 × 2 交叉點(diǎn)開關(guān)。八個(gè)輸入中的任何一個(gè)都可以切換到兩個(gè)輸出中的任何一個(gè)?？刹⒙?lián)的多路復(fù)用器數(shù)量僅受輸入信號源驅(qū)動(dòng)能力的限制。2 MΩ的輸入阻抗和2 pF的輸入電容有助于改善這一限制。在需要更高帶寬的應(yīng)用中，AD8182可用于實(shí)現(xiàn)相同的交叉點(diǎn)功能。

多路復(fù)用兩個(gè)視頻源：常見的視頻應(yīng)用要求在將所選信號施加到監(jiān)視器之前將兩個(gè)RGB源復(fù)用在一起（例如，PC的正常輸出和專用源，例如MPEG視頻）。圖3顯示了如何使用AD8180和AD8182實(shí)現(xiàn)此類電路。

由于所有三個(gè)多路復(fù)用器都永久處于活動(dòng)狀態(tài)，因此使能引腳始終連接為低電平。三個(gè)SELECT引腳連接在一起，該信號用于選擇源。為了驅(qū)動(dòng) 75 Ω后端接負(fù)載 （RL= 150 Ω），多路復(fù)用器輸出采用AD8001電流反饋型運(yùn)算放大器進(jìn)行緩沖，增益配置為2。

畫中畫或像素切換： 許多高端顯示系統(tǒng)要求在一個(gè)屏幕上同時(shí)顯示兩個(gè)視頻圖像。視頻會議就是這樣一個(gè)例子。遠(yuǎn)程站點(diǎn)可能顯示為主圖片，并帶有本地站點(diǎn)“插圖”的圖片，以便進(jìn)行監(jiān)視。圖3所示電路可用于實(shí)現(xiàn)這種“畫中畫”應(yīng)用。

實(shí)現(xiàn)畫中畫算法很困難。兩個(gè)源同時(shí)顯示（即在同一幀中），并且兩個(gè)源都是實(shí)時(shí)的。圖 4 顯示了所有監(jiān)視器通用的光柵掃描。在每次包含插圖的水平掃描期間，必須將信號源切換兩次（即，從主插入到插入以及從插入到主）。為避免屏幕偽影，切換必須干凈且快速。上述應(yīng)用中使用的AD8180在0 ns內(nèi)開關(guān)和建立至1.10%。與AD10的8001 ns建立時(shí)間相加，總建立時(shí)間為14 ns。這會在插圖和主圖片之間產(chǎn)生清晰的無偽影邊框。

圖3中的視頻源選擇器也可以使用三個(gè)緩沖多路復(fù)用器AD8170來實(shí)現(xiàn)。由于該器件具有高輸出驅(qū)動(dòng)電流，能夠向3 Ω負(fù)載提供±8.150 V電壓，因此無需外部高電流緩沖運(yùn)算放大器。此外，輸出緩沖器的反相輸入被引腳連接，以便可以設(shè)置閉環(huán)增益2。

在圖5中，來自兩個(gè)電流輸出RAM-DAC的視頻信號使用AD8170進(jìn)行多路復(fù)用。所選信號驅(qū)動(dòng)監(jiān)視器。RAM-DAC通常提供26.67 mA的滿量程電流。雙端接的75 Ω線路為DAC提供37.5 Ω的有效電阻，并在多路復(fù)用器的輸入端將電流轉(zhuǎn)換為1 V（100 IRE或視頻白電平）的滿量程電壓。雙重端接是一種很好的做法，可以最大限度地減少反射，因?yàn)樨?fù)載和源阻抗都等于線路的特性阻抗。由于RAM-DAC具有相對較高的輸出阻抗，因此源電阻接近75 Ω。

圖5.兩個(gè)視頻源的完整切換。

多路復(fù)用器的輸出必須驅(qū)動(dòng)后部端接線路。為了不丟失信號電平，在施加到線路之前，必須將信號幅度加倍。這可以通過將多路復(fù)用器輸出運(yùn)算放大器的增益設(shè)置為+2來方便地完成。

彩色圖像掃描儀：電荷耦合器件 （CCD） 廣泛用于掃描儀應(yīng)用。單色CCD提供電壓電平的串行流;對于圖6所示的彩色圖像掃描儀，有三個(gè)輸出流，分別代表紅色，綠色和藍(lán)色。與電壓電平流交錯(cuò)的是代表復(fù)位電平的電壓。相關(guān)雙采樣器（CDS）相互減去這兩個(gè)電壓。

圖6.彩色圖像掃描。

數(shù)據(jù)采集過程的下一步是將三個(gè)信號流數(shù)字化。假設(shè)所選ADC具有足夠快的采樣速率，將三個(gè)流多路復(fù)用到單個(gè)ADC中比使用三個(gè)ADC更經(jīng)濟(jì)。在這里，AD8174將紅色、綠色和藍(lán)色通道多路復(fù)用到AD876（8位或10位20 MSPS ADC）中。由于其帶寬寬，AD8174無需額外緩沖即可驅(qū)動(dòng)AD876的開關(guān)電容輸入級。除了帶寬之外，還需要考慮多路復(fù)用器的建立時(shí)間。ADC的20 MHz采樣速率對應(yīng)于50 ns的采樣周期。通常，采樣時(shí)鐘的一個(gè)相位用于轉(zhuǎn)換，所有電平保持穩(wěn)定;另一相用于切換和建立到下一個(gè)通道。對于50%占空比，信號鏈必須在25 ns內(nèi)建立。18.0% 的 1ns 多路復(fù)用器建立時(shí)間很容易滿足這一標(biāo)準(zhǔn)。

AD8174的第四個(gè)（備用）通道用于偶爾測量基準(zhǔn)電壓。多路復(fù)用基準(zhǔn)電壓的優(yōu)勢在于，多路復(fù)用器引起的任何溫度漂移效應(yīng)都會同樣影響基準(zhǔn)電壓和CCD信號。如果第四個(gè)通道未使用，則將其永久接地是一種良好的設(shè)計(jì)實(shí)踐。

審核編輯：郭婷