RF 調(diào)制器的音視頻信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)

　　調(diào)制器，從簡(jiǎn)單的模擬方案到單芯片合成器，都需要經(jīng)過(guò)調(diào)理的音頻、視頻輸入信號(hào)，如何滿足音視頻輸入信號(hào)的要求是設(shè)計(jì)工程師所面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。本文利用標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器和分立元件提供了一個(gè)低成本解決方案，并給出了電路設(shè)計(jì)方法。

　　盡管我們已經(jīng)步入數(shù)字視頻時(shí)代，但是由于歷史原因，仍然保留了RF 調(diào)制的模擬電視用于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)及安全監(jiān)控應(yīng)用中。調(diào)制器，從簡(jiǎn)單的模擬方案到單芯片合成器，都需要經(jīng)過(guò)調(diào)理的音頻、視頻輸入信號(hào)，如何滿足音視頻輸入信號(hào)的要求是設(shè)計(jì)工程師所面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。盡管這種要求普遍存在，但目前還沒有適當(dāng)?shù)募煞桨?，而是采用分立器件設(shè)計(jì)。主要原因是設(shè)計(jì)難度和標(biāo)準(zhǔn)之間的差異，以及調(diào)制器本身對(duì)信號(hào)電平的不同要求。對(duì)信號(hào)的調(diào)理通常包括：視頻信號(hào)的低通濾波、帶阻濾波以及群延時(shí)補(bǔ)償，音頻信號(hào)的預(yù)加重以及用于調(diào)節(jié)調(diào)制幅度的音、視頻電平控制。

　　基于以上原因，許多有線電視和衛(wèi)星接收機(jī)、VCR、DVD、TV 等并未完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，與基帶復(fù)合信號(hào)(Cvb)相比，調(diào)制信號(hào)的質(zhì)量較差。本文探討了這種應(yīng)用的接口要求，并利用標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器和分立元件提供了一個(gè)低成本解決方案，給出了適合大多數(shù)AV 設(shè)備的后面板輸出。

實(shí)際需求與問(wèn)題

　　ITU 推薦的BT.470-6 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了NTSC、PAL 對(duì)驅(qū)動(dòng)RF 調(diào)制器的視頻信號(hào)群延時(shí)變化和音頻信號(hào)預(yù)加重的要求，但對(duì)其他規(guī)格的要求不夠清晰，本文根據(jù)典型的TV、DVD 或機(jī)頂盒(STB)后面板(圖1 所示，提供基帶和RF 調(diào)制的音頻、視頻輸出)，在表1 和表2 中歸納了這些要求和設(shè)計(jì)規(guī)范。

　　ITU 推薦的BT.470-6 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了NTSC、PAL 對(duì)驅(qū)動(dòng)RF 調(diào)制器的視頻信號(hào)群延時(shí)變化和音頻信號(hào)預(yù)加重的要求，但對(duì)其他規(guī)格的要求不夠清晰，本文根據(jù)典型的TV、DVD 或機(jī)頂盒(STB)后面板(圖1 所示，提供基帶和RF 調(diào)制的音頻、視頻輸出)，在表1 和表2 中歸納了這些要求和設(shè)計(jì)規(guī)范。

　　有些信號(hào)調(diào)理要求取決于信號(hào)源。例如，如果送入調(diào)制器的信號(hào)來(lái)自DAC，這將需要重建濾波器以濾除噪聲、混疊信號(hào)，避免出現(xiàn)帶外調(diào)制。另外，還需要進(jìn)一步的放大處理，以補(bǔ)償后端負(fù)載和DAC 輸出的變化。視頻信號(hào)在伴音副載波附近的帶阻濾波并非一定需要，但在圖3 中的ITU-470 群延時(shí)要求濾波處理，調(diào)制器IC 通常也提出了相應(yīng)的建議。典型的后面板信號(hào)輸出電平高于調(diào)制器的輸入電平，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減。因此，圖1 中的音、視頻信號(hào)接口需要：

 
1.用于音頻和視頻輸出的低通重建濾波器(假設(shè)這些信號(hào)源自DAC 輸出)。

2. 伴音副載波帶阻濾波器或陷波器：濾波器以伴音副載波為中心頻率，這會(huì)在陷波頻率附近產(chǎn)生較大的群延時(shí)變化 (正是由于這個(gè)原因，NTSC 和PAL 均將伴音副載波置于視頻信號(hào)的最小-3dB 帶寬以上，以便能夠?qū)崿F(xiàn)補(bǔ)償)。

3. 群延時(shí)補(bǔ)償：以符合ITU-470 圖3 中的波形要求，由具體標(biāo)準(zhǔn)決定。

4. 左、右聲道混音：用于單聲道音頻設(shè)備，只有在將立體聲輸出到單聲道調(diào)制器時(shí)才需要。

5. 音頻預(yù)加重：由具體標(biāo)準(zhǔn)決定(表1)。

6. 可調(diào)節(jié)的音頻、視頻信號(hào)幅度：設(shè)置調(diào)制度，由具體標(biāo)準(zhǔn)和所使用的調(diào)制器芯片決定。

濾波器設(shè)計(jì)

　　首先需要設(shè)計(jì)的是低通重建濾波器，以消除音、視頻信號(hào)的混疊輸出和帶內(nèi)噪聲。利用有源濾波器可以將DAC 輸出提升到標(biāo)準(zhǔn)電平，驅(qū)動(dòng)后面板以及RF 調(diào)制器。

　　對(duì)于音頻信號(hào)，需要采用22-24kHz-3dB 頻率和足夠增益的低通濾波器(LPF)為后面板提供2V RMS 的輸出。由于音頻信號(hào)被高度過(guò)采樣，只需一階無(wú)源RC 濾波即可，第二級(jí)RC 濾波器實(shí)際用于音頻調(diào)制，而非信號(hào)重建。圖2 所示電路利用MAX4494 實(shí)現(xiàn)這一功能，驅(qū)動(dòng)后面板輸出和RF 調(diào)制器的音頻輸入。

　　對(duì)視頻信號(hào)的處理要困難一些，它沒有經(jīng)過(guò)高度的過(guò)采樣處理，至少需要一個(gè)三極(three-pole) 重建濾波器，如果處理過(guò)程引入了較大的群延時(shí)變化，還必須進(jìn)行補(bǔ)償、提高增益，以補(bǔ)償DAC 輸出的變化和后端損失。最好采用有源濾波方案，圖3 所示電路是為NTSC 或PAL 制式提供的一個(gè)參考方案，圖中采用了MAX4380，利用R8 可以調(diào)節(jié)群延時(shí)，為后面板和RF 調(diào)制器的視頻輸入提供驅(qū)動(dòng)。對(duì)于多路輸出，如復(fù)合視頻和S 視頻，可以采用相同的方案，利用三運(yùn)放或四運(yùn)放的MAX4382 或MAX4383 構(gòu)建該濾波電路。

音頻調(diào)制器信號(hào)調(diào)理

　　音頻調(diào)制器信號(hào)調(diào)理的第一步是將左、右立體聲聲道的信號(hào)求和，轉(zhuǎn)換成單聲道信號(hào)，并降低信號(hào)的幅度。然后，由帶有預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)的緩沖器增強(qiáng)高頻信號(hào)。圖4 是一種低成本的解決方案，采用T 型電阻網(wǎng)絡(luò)和連接到地的可變電阻，左、右聲道信號(hào)通過(guò)R1 和R2 進(jìn)入R3、R4 求和，R3 用于調(diào)節(jié)電平，R4 設(shè)置最大衰減量。預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)是由MAX4494 周圍的R7、R8、R9 和C1 構(gòu)成的超前-滯后網(wǎng)絡(luò)。時(shí)間常數(shù)為：T=2