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优化机顶盒音视频接口设计

随着数字高清电视的不断普及,从DVB-C、DVB-S到DVB-T的机顶盒已不断普及到家庭。家庭拥有的机顶盒的功能,也从单一的信号接收和播放功能,到网络连接(IPTV),再到家庭智能中心。电视机越来越多地承担主要的显示功能,机顶盒的海量存储和点播功能越来越普遍。本文将就视频和音频接口设计上的挑战和优化,向读者推荐系列的优化解决方案,从而达到降低设计周期,降低系统成本的最终目的。

视频链路设计的优化

传统的主芯片的模拟输出信号有CVBS(复合视频)或YPbPr(分量视频)。传统设计中,通常在主芯片的DAC输出端会加入电感电容组成的型滤波器。滤波器的主要目的有两种:第一是消除在视频编码器采样过程中,引入的大于Nyquist频率的噪声;第二是提供负载驱动能力。

通常,负载驱动能力可以用一级NPN管实现(传统的分立元件滤波方案只能驱动1路视频负载)。由于通道数达到6个通道(1个CVBS、1组S-Video和1组YPbPr),分立元器件的数目会非常庞大,从而导致PCB板面积变得非常地大。当然,成本也会增加。同时,焊点的增加以及电感和电容的生产良品率,也导致生产成本的增加。再者,电感的一致性问题,将在返修时给维修人员增加故障发现的难度,从而增加了维修成本。

随着视频信号从480i进入720p/1080i,高清视频信号的带宽增加,传统的滤波电路越来越难以保证3路视频通道之间信号的一致性。这时,基于CMOS工艺的集成视频滤波器的优势就非常明显,其主要体现在四个方面:

第一,相比于传统的分立元件滤波方案,集成方案能够提供6阶滤波。比如对于CVBS复合视频信号,基于CMOS工艺的集成滤波芯片DIO2543,可以确保在27MHz采样频率达到50dB的衰减。

第二,ESD保护功能。帝奥微电子公司的DIO2543(三通道标清滤波器)、DIO2563(三通道720p高清滤波器)、DIO2531(单通道CVBS滤波器)和DIO2564A(集成三通道高清YPbPr和单通道CVBS滤波及驱动功能),均提供了高达8kV的HBM(人体模式)的防静电保护,同时,CDM(器件充电模式)达到2kV,可以有效保护量产的质量。特别是在寒冷干燥的冬天,ESD性能越来越成为厂家选择音频和视频产品的首选指标。

第三,带宽可选的灵活性。比如DIO2583可以在480i、480p、1080i和1080p不同的视频模式之间切换,提供不同的带宽,达到重建视频的效果。

最后,当然是成本了。集成视频滤波器带有8kV的ESD保护功能,同时可以驱动双负载(75Ω),带有SYNC电平嵌位功能的视频集成滤波器,有效降低PCB板的大小超过50%以上。同时,用户无需担心生产线上元件的一致性及焊点数目。如果选用DIO2583,则无需担心输出视频从480i升级到720p或者1080p(设计无需改动)。

音频链路的优化设计

基于单电源供电(9V)的语音运放音频驱动方案,是目前大多数机顶盒的解决方案。通过外围的上下电降噪回路来消除破音。由于高压运放本身工艺的限制,往往ESD性能只有1000V以下,在600Ω的负载条件下,总谐波失真(THD)严重。采用基于CMOS设计的运放,可以在提高ESD性能到8kV的同时,大幅降低总谐波失真。

帝奥微电子提供了多种解决方案:DIO2062/DIO2072(5V的高性能运放)、DIO2102和DIO2112H/DIO2113。DIO2062/DIO2072是高性能输入和输出轨对轨运放。这两种器件没有集成上下电去噪电路,但可以免除9V供电电源。这样便能大副降低系统的设计成本,允许系统设计人员无需9V输出的电源模块。DIO2102是5V供电的语音驱动芯片。其内置了上电和下电的去噪电路,输出幅度可达到3V RMS。DIO2112H和DIO2113允许3.3V供电输出幅值达到2V RMS。这二者采用3.3V单电源供电,具有去噪功能。特别是DIO2113的封装大小仅为1.8x1.8mm或3.24mm2,能够极大减小PCB面积——该封装大小是常规运放采用的SOIC-8封装(29.4mm2)的大小的11%。在大幅降低PCB面积的同时,它提供了卓越的THD和ESD性能。

下图是基于音频分析仪(Audio Precision)测试设备的DIO2112H及DIO2113在600欧姆负载下的THD性能(横轴是输出增幅,Y轴为总谐波失真,测试频率为1KHz)。在输出为2V RMS的工况下,其THD小于0.0006%,能够满足广电国标的音频要求。在某些特定的设计中,如果需要3V RMS输出,可以采用基于5V供电的DIO2102设计方案。
 

集成上电和下电噪音去除电路的DIO2112H和DIO2113的谐波失真曲线

本文小结

优化音频和视频接口的解决方案,不但能够帮助降低系统的设计成本,提高系统的可靠性,同时还可降低生产风险和成本,为系统设计早日投入市场极大降低设计周期。未来随着高清机顶盒、IPTV设计以及三网合一的市场发展,越来越多的设计需要一致性、可靠性以及高品质的高清画面。

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