魯棒的視頻接收器 輸入具有電池短路保護(hù)功能

評(píng)估和設(shè)計(jì)支持

電路評(píng)估板

CN-0263 電路評(píng)估板(EVAL-CN0263-EB1Z)

設(shè)計(jì)和集成文件

原理圖、布局文件、物料清單

電路功能與優(yōu)勢(shì)

圖1. 魯棒的差分視頻接收器，采用ADA4830-1和ADV7180(未顯示所有連接和去耦)

圖1所示電路提供了極為魯棒的解決方案，集成過(guò)壓(電池短路[STB])保護(hù)，可在惡劣環(huán)境下接收CVBS視頻信號(hào)。它采用低成本、低功耗、單極性、差分接收器ADA4830-1 ，可在ADV7180完成數(shù)字化前將全差分或偽差分(地參考單端)視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)。

ADA4830-1用于消除共模噪聲和相位噪聲，噪聲是由于輸入視頻信號(hào)源與接收電路之間存在地電位差造成的。更重要的是，ADA4830-1和ADV7180 的組合提供了可在惡劣汽車環(huán)境下工作的非常魯棒的輸入特性，還可保護(hù)與檢測(cè)電池短路事件，并符合汽車制造商嚴(yán)格的要求。

該魯棒的接收器電路使用ADA4830-1和ADV7180 ，符合傳統(tǒng)、經(jīng)驗(yàn)證的隔離/獨(dú)立式低壓集成電路架構(gòu)，例如來(lái)自外部并使用放大器電路進(jìn)行信號(hào)調(diào)理和保護(hù)的ADV7180 。

ADA4830-1(單通道)是一款單芯片高速差動(dòng)放大器，集成最高18 V的輸入過(guò)壓(電池短路)保護(hù)功能，提供寬輸入共模電壓范圍和出色的ESD魯棒性。它設(shè)計(jì)用作差分或偽差分CVBS及其它高速視頻信號(hào)的接收器，適合在惡劣的高噪聲環(huán)境下工作，如汽車信息娛樂(lè)和視覺(jué)系統(tǒng)等。

ADA4830-1兼具高速和精密特性，可以精確再現(xiàn)CVBS視頻信號(hào)，同時(shí)抑制不需要的共模誤差電壓。

憑借STB保護(hù)/檢測(cè)、魯棒的ESD耐受性和寬輸入共模電壓范圍，ADA4830-1可用作后視攝像頭和后座娛樂(lè)等系統(tǒng)內(nèi)的汽車模擬視頻接收器。

ADV7180和ADA4830-1完全符合汽車應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，非常適合汽車應(yīng)用中的信息娛樂(lè)系統(tǒng)和視覺(jué)安全系統(tǒng)。ADV7180和ADA4830-1提供非常小的LFCSP封裝，適合空間受限的應(yīng)用。

電路描述

ADA4830-1是一款單芯片高速差動(dòng)放大器，專為汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)以傳統(tǒng)4 電阻差動(dòng)放大器為基礎(chǔ)，經(jīng)優(yōu)化以避免增強(qiáng)該標(biāo)準(zhǔn)放大器應(yīng)用電路時(shí)容易犯的錯(cuò)誤。

當(dāng)檢測(cè)到輸入過(guò)壓條件時(shí)，集成到ADA4830-1 的電池短路保護(hù)功能利用快速開關(guān)電路，將內(nèi)部電壓節(jié)點(diǎn)箝位并保持在安全電平。這種保護(hù)使得ADA4830-1 的輸入可以直接連接到遠(yuǎn)程視頻源，如后視攝像頭等，而不需要昂貴的串聯(lián)大電容。

像ADV7180等大多數(shù)視頻解碼器都建立在極低的電壓處理上，因此輸入電壓范圍有限。ADA4830-1 的信號(hào)增益為0.5V/V ，設(shè)計(jì)用于將視頻信號(hào)保持在視頻解碼器允許的輸入范圍內(nèi)，通常為1 V p-p或更低。

輸入共模電壓范圍

在一個(gè)具有0.5 V/V增益的標(biāo)準(zhǔn)4 電阻差動(dòng)放大器中，輸入共模(CM)范圍是內(nèi)核放大器CM范圍的三倍。ADA4830-1的輸入共模被擴(kuò)展至超過(guò)地電壓±8.5 V(5 V 電源) 。這種極寬的共模電壓范圍可讓ADA4830-1和ADV7180在很大的共模偏置和噪聲下工作，而對(duì)圖像質(zhì)量不產(chǎn)生任何不利影響。

線路診斷

圖1所示的ADA4830-1/ ADV7180組合通過(guò)連接ADA4830-1上的STB輸出至ADV7180 的其中一個(gè)GPIO端口而具有電池短路線路診斷功能。在電池短路事件發(fā)生期間，STB輸出為邏輯低電平信號(hào)。ADV7180讀取該低電平并產(chǎn)生一個(gè)可被系統(tǒng)微控制器讀取的中斷。電池短路輸出標(biāo)志(STB引腳)功能與電池短路保護(hù)無(wú)關(guān)。它的作用是表示每個(gè)輸出的過(guò)壓狀態(tài)。由于是被動(dòng)提供保護(hù)，因此始終有效；標(biāo)志僅表示目前是否發(fā)生故障而已。

輸入ESD保護(hù)

保護(hù)ADA4830-1輸入的架構(gòu)采用了雙向非對(duì)稱閉鎖電壓的全新技術(shù)。它不受電池短路影響，并且具有超過(guò)8 kV HBM等級(jí)的ESD魯棒性。對(duì)于高達(dá)15kV的額外ESD保護(hù)，推薦使用外部瞬態(tài)抑制器。

共模噪聲抑制

ADA4830-1集成的片內(nèi)電阻內(nèi)部匹配良好，增加了寬頻率范圍的共模抑制(CMR)性能。圖2表示ADA4830-1 CMR 與頻率的關(guān)系，低頻時(shí)的典型值為65 dB ，可在共模噪聲較大的情況下恢復(fù)視頻信號(hào)。

圖2. 不同輸入共模電壓下的CMR與頻率響應(yīng)的關(guān)系

共模誤差，無(wú)論是直流偏置還是交流信號(hào)，都會(huì)降低視頻圖像質(zhì)量。圖3和圖4顯示白色背景下的單個(gè)巨大黑色條紋。圖3表示500 kHz 、1 V p-p共模噪聲信號(hào)對(duì)視頻圖像質(zhì)量的影響。圖4表示加入了ADA4830-1輸入級(jí)以去除共模噪聲的增強(qiáng)視頻圖像質(zhì)量。

圖3. 加入1 V p-p、500 kHz共模噪聲、旁路ADA4830-1后，視頻顯示的黑色條紋

圖4. ADA4830-1抑制1 V p-p、500 kHz共模噪聲后，視頻顯示的黑色條紋

ADV7180 自動(dòng)檢測(cè)與全球NSTC 、PAL和SECAM標(biāo)準(zhǔn)兼容的標(biāo)準(zhǔn)模擬基帶電視信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為與8位ITU-R.656接口標(biāo)準(zhǔn)兼容的4:2:2分量視頻數(shù)據(jù)。針對(duì)具有真8位數(shù)據(jù)分辨率的消費(fèi)電子應(yīng)用，精確的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換可以提供專業(yè)品質(zhì)的視頻性能。三個(gè)模擬視頻輸入通道接受標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合視頻信號(hào)、S-視頻信號(hào)或分量視頻信號(hào)，支持較寬范圍的消費(fèi)視頻源。自動(dòng)增益控制(AGC)和箝位復(fù)位電路使輸入視頻信號(hào)峰峰值范圍可達(dá)到1.0 V。

印刷電路板(PCB)布局考量

在任何注重精度的電路中，必須仔細(xì)考慮電路板上的電源和接地回路布局。PCB應(yīng)盡可能隔離數(shù)字部分和模擬部分。本PCB采用4層板堆疊而成，具有較大面積的接地層和電源層多邊形。有關(guān)布局和接地的詳細(xì)論述，請(qǐng)參見(jiàn)MT-031指南；有關(guān)去耦技術(shù)的信息，請(qǐng)參見(jiàn)MT-101指南。

通過(guò)10 μF和0.1 μF電容對(duì)ADV7180的電源進(jìn)行去耦。此外，采用0.1 μF和22 μF 電容對(duì)ADA4830-1進(jìn)行去耦，以適當(dāng)抑制噪聲并減小紋波。這些電容應(yīng)盡可能靠近相應(yīng)器件，以確保0.1 μF 電容具有低ESR值。對(duì)于所有高頻去耦，建議使用陶瓷電容。

確保電源走線盡可能寬，以提供低阻抗路徑，并減小電源線路上的毛刺效應(yīng)。通過(guò)數(shù)字地將時(shí)鐘及其它快速開關(guān)數(shù)字信號(hào)屏蔽起來(lái)，使之不影響電路板的其它器件。

常見(jiàn)變化

若需要多個(gè)通道，則ADA4830-1 提供2通道版本，即ADA4830-2 。

電路評(píng)估與測(cè)試

該電路使用EVAL-CN0263-EB1Z 電路板，其中包含要評(píng)估的電路，如本筆記所述。電路板還包括ADV7391視頻編碼器，可用于重建輸入視頻信號(hào)。若需有關(guān)輸出電路的介紹，請(qǐng)參考CN-0264 電路筆記。Cypress USB微控制器用于配置EVAL-CN0263-EB1Z板并向/從該板加載軟件。

設(shè)備要求

需要以下設(shè)備：

• 帶USB端口的Windows® XP 、Windows Vista®(32位)或Windows® 7(32位)PC。

• Astrodesign VG-828可編程視頻信號(hào)發(fā)生器。

• 用作單通道和共模誤差電壓的視頻源。本電路筆記中的測(cè)試采用AD8137差分放大器，它將單端視頻從VG-828轉(zhuǎn)換為差分視頻，并為AD8137 的VOCM 輸入施加500kHz 、1 V p-p共模信號(hào)。加入共模電壓情況下的輸出差分信號(hào)施加于評(píng)估板的輸入端。

• Hewlett-Packard 3314A 函數(shù)發(fā)生器。

• Agilent E3631A 電源。

• EVAL-CN0263-EB1Z 電路板。

• CN-0263評(píng)估軟件。

• 電源：7.5 V或7.5 V壁式電源適配器。

• 視頻顯示器，用于觀察EVAL-CN0263-EB1Z 電路板的模擬視頻輸出。

開始使用

將CN-0263評(píng)估軟件光盤放入PC ，加載評(píng)估軟件。打開我的電腦，找到包含評(píng)估軟件光盤的驅(qū)動(dòng)器，打開Readme文件。按照Readme文件中的說(shuō)明安裝和使用評(píng)估軟件。

功能框圖

電路框圖參見(jiàn)本電路筆記的圖1，電路原理圖參見(jiàn)EVAL-CN0263-EB1Z-SCH.pdf文件。此文件位于CN0263設(shè)計(jì)支持包中。

設(shè)置

在斷電情況下，將一個(gè)7.5 V 電源連接到電路板上的+7.5 V和GND引腳。如果有7.5 V壁式電源適配器，可將其連接到板上的管式連接器，代替7.5 V 電源。將USB 電纜連接到PC上的USB端口。此時(shí)請(qǐng)勿將該USB 電纜連接到板上的微型USB連接器。

測(cè)試

為連接到EVAL-CN0263-EB1Z 電路板的7.5 V 電源(或壁式電源適配器)通電。啟動(dòng)評(píng)估軟件，并通過(guò)USB 電纜將PC連接到PCB上的微型USB連接器。

有關(guān)如何使用評(píng)估軟件來(lái)捕捉數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱CN-0263評(píng)估軟件的Readme文件。