HDTV中的模擬電路設(shè)計(jì)

標(biāo)簽：模擬 電子 IT  電路

隨著高清電視(HDTV)顯示器技術(shù)的成熟，模擬視頻和音頻處理的質(zhì)量將最終使電視機(jī)之間產(chǎn)生差異性。HDTV中的數(shù)字處理(包括圖像擴(kuò)縮、解交錯(cuò)和MPEG解調(diào))繼續(xù)發(fā)揮著重要的作用，但這些功能將很快變成標(biāo)準(zhǔn)化。HDTV中視頻和音頻信號(hào)的模擬處理直接影響用戶的“電視觀看體驗(yàn)”，然而HDTV制造商正在快速尋求其電視機(jī)模擬電路設(shè)計(jì)的改進(jìn)以提高銷量和利潤(rùn)。本文將討論HDTV中高性能模擬信號(hào)處理的一些問(wèn)題和設(shè)計(jì)考慮。

在液晶(LCD)電視和等離子(PDP)電視中，平板顯示器本身過(guò)去在HDTV電視的主要性能方面一直存在差異。第七代和第八代LCD平板顯示器開(kāi)發(fā)成本竟然達(dá)到幾十億美元，但最近在PDP顯示器方面的加強(qiáng)已經(jīng)迫使一些公司形成合資以共享他們的資金資源和技術(shù)。目前，幾乎所有的LCD 電視和PDP 電視領(lǐng)先制造商都在與其它主要生產(chǎn)顯示屏設(shè)計(jì)的電視制造商合資。這已經(jīng)引起有關(guān)LCD和PDP顯示屏性能的“公平競(jìng)爭(zhēng)”。目前在幾種來(lái)自不同電視制造商的具有競(jìng)爭(zhēng)力的HDTV型號(hào)采用了這些合資企業(yè)生產(chǎn)的顯示屏。

為支持老設(shè)備需要模擬接口

即使在高清晰度數(shù)字廣播新興階段，HDTV仍然需要模擬接口和數(shù)字接口。我們需要復(fù)合、分量和RGB信號(hào)模擬接口支持老的標(biāo)準(zhǔn)清晰度(SD)設(shè)備，例如錄像機(jī)(VCR)、便攜式攝像機(jī)、DVD播放器和個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)。由于用戶期望其SD電視節(jié)目具有與高清晰度(HD)電視節(jié)目同樣的質(zhì)量，因此必須設(shè)計(jì)高性能模擬接口。集成的多格式視頻解碼器(例如ADI公司的ADV7403)包含用于復(fù)合視頻信號(hào)的高性能視頻解碼器以及用于數(shù)字分量模擬視頻和RGB的三通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。

當(dāng)設(shè)計(jì)模擬接口時(shí)，重要的是提供干凈的低噪聲電源并且從連接器到器件輸入端之間采用短的印制電路板(PCB)連線。我們也推薦使用一種完整接地層的PCB設(shè)計(jì)以最大程度減小總PCB噪聲和反射。縮短數(shù)字輸出端(包括數(shù)據(jù)和時(shí)鐘)印制線長(zhǎng)度有助于減小高頻信號(hào)反射的可能性，這種反射作用能破壞信號(hào)的完整性。

由于DVD電影中記錄的模擬YUV信號(hào)具有10 bit分辨率(可表示十億多種不同的顏色)，因此選擇使用10 bit(或更高)分辨率的ADC精確再現(xiàn)顏色的模擬接口非常重要。例如，ADI公司的ADV7403多格式視頻解碼器集成了12 bit，140 MHz ADC以最大可能改善圖像質(zhì)量。

ADV7403 12 bit多格式視頻解碼器框圖

音頻對(duì)HDTV提出更多的挑戰(zhàn)性

HDTV中的音頻處理具有幾個(gè)有趣的設(shè)計(jì)難題。趨于窄小的電視機(jī)殼必然導(dǎo)致在減小放大器散熱所需要的空間的同時(shí)減小揚(yáng)聲器的尺寸。由于HDTV通常用作家庭影院，因此電視機(jī)里的音頻電路必須支持最新的環(huán)繞立體聲和低音增強(qiáng)算法。HDTV必須完成這些SD音頻方面的重大改進(jìn)同時(shí)達(dá)到低成本和早日投放市場(chǎng)的宏偉目標(biāo)。陰極射線管(CRT)顯示器SD電視只能再現(xiàn)立體聲(2.0音頻)并且擁有易于放置適當(dāng)尺寸揚(yáng)聲器的寬大的電視機(jī)殼。采用LCD或等離子顯示器的HDTV具有窄小的電視機(jī)殼，只能采用較小尺寸的揚(yáng)聲器，因而限制了聲學(xué)性能。HDTV電視節(jié)目采用環(huán)繞立體聲(5.1音頻)播放，因此音頻設(shè)計(jì)工程師必須設(shè)計(jì)出高品質(zhì)音響產(chǎn)品，以使HDTV在這些限制條件下工作的同時(shí)仍然能夠滿足嚴(yán)格的成本要求。目前，設(shè)計(jì)工程師使用可編程音頻處理器能夠開(kāi)發(fā)一種單揚(yáng)聲器音頻平臺(tái)，能夠?qū)⑺系娇梢允褂酶鞣N尺寸的揚(yáng)聲器的不同型號(hào)HDTV產(chǎn)品。設(shè)計(jì)工程師利用最新的心理聲學(xué)研究成果已經(jīng)開(kāi)發(fā)出新的音頻處理器算法，這種算法在HDTV中使用兩個(gè)或三個(gè)揚(yáng)聲器為聽(tīng)眾提供聲音是來(lái)自完整多揚(yáng)聲器環(huán)繞立體聲系統(tǒng)的體驗(yàn)。

ADAV400可編程音頻處理器框圖

為了適當(dāng)支持流行的第三方虛擬環(huán)繞和環(huán)繞立體聲算法，音頻處理器必須包含音頻編解碼器和具有優(yōu)良模擬性能的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。例如，ADI公司采用有源均衡技術(shù)的ADAV400(用于補(bǔ)償窄小揚(yáng)聲器)支持流行的第三方算法和產(chǎn)生豐滿、渾厚聲音所需的模擬性能。圖形化軟件工具(例如SigmaStudio)允許完全控制整個(gè)聲音環(huán)境。

擴(kuò)展的音頻算法庫(kù)

最后，D類音頻放大器可以最大程度減小散熱片以及其它外部器件的尺寸，從而使它們適合于新型HDTV產(chǎn)品的狹小空間。CRT 電視中使用大的顯象管為音頻設(shè)計(jì)工程師留下了寬大的機(jī)箱空間，從而允許CRT電視音頻設(shè)計(jì)工程師使用AB類放大器，這類放大器效率低并且通常需要尺寸很大的散熱片。設(shè)計(jì)工程師通過(guò)使用ADI公司AD1991(在全功率下具有>85%的效率)等高效的D類音頻放大器能夠使其音頻放大電路適合其窄小的空間，無(wú)需折衷音頻質(zhì)量或功率輸出。

HDMI是觀看最新高清晰度DVD的接口

高清晰度多媒體接口(HDMI)迅速成為連接HDTV和機(jī)頂盒、DVD播放器或錄像機(jī)、音頻和視頻(A/V)接收器和個(gè)人媒體播放器的首選數(shù)字接口。由于預(yù)計(jì)從模擬接口(復(fù)合、分量和RGB信號(hào))向數(shù)字接口(例如HDMI)過(guò)渡需要花費(fèi)幾年的時(shí)間，因此HDTV對(duì)這兩種接口提供支持是非常必要的。雙接口產(chǎn)品(例如ADI公司的AD9380)是支持老設(shè)備模擬接口和未來(lái)HDMI接口的一種節(jié)省成本的解決方案。

AD9380 8 bit雙模擬接口和HDMI顯示器接口框圖

HDMI接口以吉赫茲數(shù)據(jù)速率工作，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師必須采用高速模擬設(shè)計(jì)技術(shù)。為了滿足HDMI兼容性測(cè)試規(guī)范的要求，必精心控制HDMI連接器與接收器輸入端之間的PCB印制線以便使差分輸入電容小于限定值。HDMI連接器與器件輸入端之間的PCB印制線長(zhǎng)度應(yīng)該盡可能短以保持T_MDS信號(hào)的完整性。我們推薦使用適合任何具有HDMI接口的PCB板的一個(gè)接地層。使用多個(gè)接地層可能有害，因?yàn)樾〉莫?dú)立的接地層會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)的接地環(huán)路。用于數(shù)字輸出的印制線也應(yīng)該盡可能短，因?yàn)槎痰挠≈仆ǔ?huì)減小反射的可能性。

使用高性能模擬器件設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)HDTV中發(fā)揮著重要作用，因?yàn)樵趫D像和聲音質(zhì)量方面超越了相近解決方案。用戶期望在下一代HDTV裝置中具有以下所有的功能：生動(dòng)的畫(huà)面、洪亮的聲音以及合理的價(jià)格。使用最新模擬接口和HDMI接口、D類音頻放大器和可編程音頻處理器設(shè)計(jì)的HDTV將滿足用戶對(duì)功能和性能的期望。請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注你所青睞的零售電子產(chǎn)品商場(chǎng)并且留意所有的最新壁掛顯示HDTV裝置。您將看到并且聽(tīng)到高性能模擬設(shè)計(jì)能夠帶給您的電視觀看體驗(yàn)與眾不同!