視頻濾波器的選擇方法

集成式視頻濾波器在開始問世時(shí)價(jià)格非常昂貴，是一種主要面向視頻廣播應(yīng)用、性能極高的元件，后來才逐漸發(fā)展為適用于機(jī)頂盒等成本敏感的消費(fèi)電子方案。首款主流集成式視頻濾波器于1990年代初期面世，首先用在定向廣播衛(wèi)星機(jī)頂盒(direct broadcast satellite set-top box)和有線機(jī)頂盒中。那么，視頻濾波器的作用是什么?其一，是可以作為視頻處理器輸出端上數(shù)模轉(zhuǎn)換器之后的重建濾波器;其二是在機(jī)頂盒和DVD設(shè)備中用作視頻處理器輸入端上的抗混疊濾波器(anti-aliasing filter)。

　　以往，視頻濾波器的選擇十分容易，只需考慮輸出數(shù)量既可：一般復(fù)合視頻(CVBS)采用一個(gè)濾波器，S-video采用兩個(gè)濾波器，DVD播放器采用三分量視頻輸出方案，分別標(biāo)注為Y、Pb和 Pr，這些已經(jīng)成為視頻設(shè)備背面的標(biāo)準(zhǔn)配置。這樣一來，視頻設(shè)備用戶和設(shè)計(jì)人員必需考慮到的模擬輸出數(shù)目總和多達(dá)6個(gè)(即CVBS 、S-video (Y，C)、分量視頻(Y，Pb，Pr))。

　　不過，隨著更高清晰度視頻的出現(xiàn)，并因成本不斷降低而為消費(fèi)者所接受，形勢(shì)開始改觀。480、720和1080 (以及其它非美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)視頻)這些數(shù)字的后面開始出現(xiàn)字母“i”或“p”，這種奇怪的數(shù)字/字母組合也成為視頻領(lǐng)域中不斷增加的術(shù)語(yǔ)之一。那么它們代表什么意思呢?480i、1080p等數(shù)字/字母組合是指視頻掃描的顯示行數(shù)，以及是采用隔行掃描(i)還是逐行掃描顯示(p)。隔行意味著各行交替掃描顯示，逐行則是各行按序連續(xù)掃描顯示。

　　隔行掃描是從舊有CRT屏幕設(shè)計(jì)承傳下來的技術(shù)，其目的是使玻璃面板上的熒光粉層(phosphors)發(fā)光，讓頂部淡出，同時(shí)底部替代，從而使熒光粉層在圖像完成之前不會(huì)消隱。熒光粉發(fā)光時(shí)間必需很長(zhǎng)，這樣才能不影響下一幀圖像。逐行則是像素相繼發(fā)光，這種掃描方式的空間分辨率更高，視覺效果更好。顯然，對(duì)于只想觀看視頻，并無意成為視頻工程專家的消費(fèi)者來說，這一切太過復(fù)雜。因此，為了便于理解，同時(shí)便于銷售，需要?jiǎng)?chuàng)造一套簡(jiǎn)短易懂的術(shù)語(yǔ)。于是，在術(shù)語(yǔ)“清晰度”下面就形成了多種數(shù)字/字母組合類別，主要用來描述圖像的細(xì)節(jié)表現(xiàn)能力：清晰度越高，圖像質(zhì)量越好，因?yàn)楦嗟男袛?shù)意味著有更多的像素，使得圖像的色彩和細(xì)節(jié)層次更加鮮明逼真。

　　關(guān)于信號(hào)的命名和清晰度類別的分類，可以洋洋灑灑寫成一篇厚厚的專題論文，而且可能在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都會(huì)成為視頻工程師的熱門討論話題。鑒于討論實(shí)際視頻濾波器目的，這里粗略劃分如下：480p以下是標(biāo)準(zhǔn)清晰度(SD)，480p是增強(qiáng)清晰度(ED)，720p 和 1080i 則為高清晰度(HD)。為方便起見，這里只討論美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。此外，在使用高清(HD)這個(gè)術(shù)語(yǔ)時(shí)，許多視頻設(shè)備供應(yīng)商開始有所寬松。為了更加精確規(guī)范，各視頻行業(yè)協(xié)會(huì)提出了HD ready、HD ready 1080p 和 Full HD等術(shù)語(yǔ)，但此舉成敗參半，甚至或許造成更多混亂。為此，視頻濾波器制造商決定采用術(shù)語(yǔ)SD、ED、HD和 1080p HD，根據(jù)濾波器的截止頻率(對(duì)于低通濾波器，則為通帶)對(duì)濾波器進(jìn)行分類：SD 濾波器截止頻率在8MHz左右，ED 在 20 MHz左右，HD 在30MHz左右，而1080p 截止頻率在 65 到70MHz之間。利用截止頻率來分類就非常直接明了。

　　那么，所有這些視頻清晰度和視頻濾波器的選擇又有什么關(guān)系呢?理解這些新的清晰度標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上揭示出視頻濾波器的選擇必須考慮兩方面因素：設(shè)計(jì)人員必需同時(shí)考慮到通道數(shù)目和清晰度。另外，有兩種方法可實(shí)現(xiàn)集成電路濾波：一種是采用濾波器IC組合，另一種是使用能夠處理所有不同通道和清晰度的單個(gè)濾波器IC。那設(shè)計(jì)人員應(yīng)該如何抉擇呢?方法之一是設(shè)法找到多種能夠滿足各項(xiàng)要求的濾波器。例如，飛兆半導(dǎo)體公司就能夠提供滿足不同要求的廣泛的濾波器組合。

　　開始選擇時(shí)，可以參考一下本文的例圖，圖1中所示為飛兆半導(dǎo)體適用于不同通道/清晰度組合的濾波器。圖中一個(gè)軸代表通道數(shù)量，另一個(gè)軸代表清晰度類型，這可以幫助設(shè)計(jì)人員更容易地選出合適的濾波器。濾波器選擇只是一個(gè)開始，接下來還有其它問題需要處理。但這是一個(gè)很好的開端。

　　只要通道數(shù)目和清晰度得以確定，設(shè)計(jì)人員就應(yīng)該開始考慮產(chǎn)品選擇的其它關(guān)鍵因素，比如ESD保護(hù)、待機(jī)功耗要求、電壓軌要求和封裝類型，尤其是在移動(dòng)視頻應(yīng)用快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)下，器件大小也至關(guān)重要。

　　至于ESD，機(jī)頂盒制造商對(duì)于分立式濾波，已經(jīng)有標(biāo)準(zhǔn)化BAV99保護(hù)二極管。但另一方面，集成式視頻濾波器不僅可以省去大量的分立式濾波元件，也可以降低二極管使用數(shù)量。對(duì)特定產(chǎn)品，集成式濾波器能夠提供高達(dá)12KV的ESD保護(hù)。ESD保護(hù)確實(shí)是一個(gè)一個(gè)值得注意的問題，為了避免昂貴的TV核心處理芯片受到損害，設(shè)計(jì)人員不應(yīng)該把毫無保護(hù)的視頻輸出產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

　　還有一個(gè)日益受到關(guān)注的問題，就是降低待機(jī)功耗。待機(jī)功耗有時(shí)被稱為“功率吸血鬼” (vampire power)，它已成為一個(gè)主要的環(huán)境問題。例如，美國(guó)加州最近頒布了有關(guān)降低LCD TV待機(jī)功耗的法規(guī)，其要求這類產(chǎn)品必須符合“能源之星(Energy Star)”標(biāo)準(zhǔn)。飛兆半導(dǎo)體將提供帶有關(guān)斷模式的濾波器，以更好地滿足能源之星的要求。

　　WLCSP 和 MicroPak MLP等針對(duì)移動(dòng)產(chǎn)品的封裝，現(xiàn)在也開始用于視頻濾波器。對(duì)移動(dòng)應(yīng)用產(chǎn)品而言，尺寸至關(guān)重要，故而這些小型封裝特別有用。事實(shí)上，它們的尺寸已經(jīng)小到足以輕松穿過鹽瓶蓋上的小篩眼。

　　對(duì)于視頻濾波器，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該堅(jiān)持謹(jǐn)慎認(rèn)真的設(shè)計(jì)原則。比如，應(yīng)該確保連線盡量短，并且靠近實(shí)際輸出端口，以減少電路板寄生效應(yīng)。這個(gè)概念在飛兆半導(dǎo)體的“應(yīng)用說明AV-6041：視頻濾波器/驅(qū)動(dòng)器的PCB 版圖考慮事項(xiàng)”中有更詳細(xì)的解釋。

　　只要了解到有哪些產(chǎn)品可用，以及哪些是重要考慮事項(xiàng)，其實(shí)選擇適當(dāng)?shù)臑V波器已經(jīng)變得相當(dāng)容易。飛兆半導(dǎo)體公司總是非常樂意為工程師提供其所需的各種協(xié)助。畢竟，幫助客戶成功就意味著視頻濾波器供應(yīng)商自身的成功，而且視頻工程師也喜愛探討視頻這個(gè)話題。在您規(guī)劃下一個(gè)設(shè)計(jì)時(shí)，飛兆半導(dǎo)體公司非常樂意為您提供及時(shí)和詳盡的支持。