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高速電流反饋型放大器如何驅(qū)動并均衡最長100米的VGA電纜

發(fā)布時間:2020-02-06 來源:Charly El-Khoury 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】在課堂、演講廳和會議室,PC通過VGA電纜連接到投影儀,以傳輸紅綠藍(lán)(RGB)視頻信號。平均電纜長度取決于房間大小和天花板高度,但多數(shù)電纜不超過100米。本文介紹集成電荷泵的三通道高速電流反饋型運算放大器ADA4858-31(見附錄)如何能驅(qū)動并均衡最長達(dá)100米的VGA電纜。這種解決方案用在PC與電纜之間,便于使用,成本低廉,易于實施,只需幾個無源組件,并從USB端口獲得3.3V至5V單電源。
 
驅(qū)動和均衡45米VGA電纜
 
圖1顯示一個基于ADA4858-3放大器的VGA電纜均衡器的一個通道。完整的RGB均衡器需要三個通道。150?負(fù)載電阻代表75?端接電纜及其阻抗匹配驅(qū)動電阻。
 
http://m.bswap.cn/art/artinfo/id/80037576
圖1. 45米VGA電纜均衡器原理圖(單通道)
 
圖2顯示45米VGA電纜、均衡器和均衡器/電纜組合的大信號頻率響應(yīng)性能。除了阻抗匹配電纜驅(qū)動固有的6dB衰減之外,VGA電纜還有0.6dB損耗(頻率低于1 MHz時)或8dB損耗(頻率為100 MHz時)。為恢復(fù)信號強度,均衡器必須提供6.6dB增益(低頻時)或14dB增益(100 MHz時),以便將原始信號提升6 dB,從而滿足RGB視頻應(yīng)用的需要。從不均衡時的1.6 MHz帶寬達(dá)到均衡時的160 MHz帶寬,電纜/均衡器組合顯示1dB平坦度改善100倍。
 
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圖2. 大信號頻率響應(yīng)(45米VGA電纜)
 
均衡還能改善瞬態(tài)響應(yīng)性能,如圖3所示。高頻和低頻得到恢復(fù),提供更清晰的圖像,消除了電纜所引起的拖尾效應(yīng)。
 
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圖3. 均衡前后的瞬態(tài)響應(yīng)(45米VGA電纜)
 
該電路的傳遞函數(shù)如公式1所示。幅度通過公式2計算。
 
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驅(qū)動和均衡105米VGA電纜
 
圖4顯示驅(qū)動105米電纜的原理圖。選擇此長度的原因是它接近ADA4858-3的最大均衡能力。該原理圖與圖1相似,不同之處是增加了 RZCZ反饋網(wǎng)絡(luò),它產(chǎn)生一個極點,以便降低高頻時的RF 值。
 
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圖4. 105米VGA電纜均衡器原理圖(單通道)
 
圖5顯示105米電纜、相應(yīng)的均衡器和二者組合的大信號頻率響應(yīng)性能。均衡前電纜的−3dB帶寬約為2 MHz,均衡后約為90 MHz;−1dB帶寬從0.7 kHz提高到75 MHz。
 
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圖5. 大信號頻率響應(yīng)(105米VGA電纜)
 
圖6顯示瞬態(tài)響應(yīng)性能。高頻和低頻均得到恢復(fù)。通過更多調(diào)整,可以實現(xiàn)更好的平坦度(1 MHz至10 MHz)和更高的輸入信號保真度。
 
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圖6. 均衡前后的瞬態(tài)響應(yīng)(105米VGA電纜)
 
圖7顯示所有三個通道(R、G、B)的原理圖,包括獨立解決方案所需的全部器件。通過一個小型USB端口為整個系統(tǒng)供電。R4、R5和R6均匹配電纜的特征阻抗。
 
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圖7. 顯示所有三個均衡通道的完整電路板原理圖
 
結(jié)論
 
本文說明如何利用三通道視頻驅(qū)動器ADA4858-3驅(qū)動并均衡用于傳輸RGB視頻的最長100米VGA電纜。文中給出了采用45米和105米電纜的兩個示例,但該解決方案經(jīng)過調(diào)整,可支持各種長度的電纜。這種解決方案便于使用,成本低廉,易于實施,只需ADA4858-3、幾個無源器件和3.3V至5V單電源,電源可以從USB端口獲得。
 
附錄
 
ADA4858-3是一款三通道電流反饋型運算放大器,總靜態(tài)電流僅為42mA,其中包括電荷泵耗用的電流。為進一步降低功耗,還提供省電特性,當(dāng)放大器不用時,總電源電流可降至2.5 mA。由于有電荷泵,該器件不需要負(fù)電源;在省電模式下,電荷泵仍能為外部器件供電。ADA4858-3具有寬輸入共模電壓范圍;以5 V電源供電時,輸入范圍為地以下1.8 V至正供電軌以下1.2 V。600 MHz帶寬和600 V/μs壓擺率使該放大器非常適合許多高速應(yīng)用,高達(dá)85 MHz的0.1 dB平坦度(G = 2,150 ?負(fù)載)則使它成為專業(yè)和消費電子視頻應(yīng)用的絕佳選擇。此外,電流反饋型放大器不存在電壓反饋型放大器的增益帶寬限制。
 
片內(nèi)電荷泵產(chǎn)生一個負(fù)電源,其電壓取決于正電源電壓。采用5V正電源時,電荷泵產(chǎn)生−3V負(fù)電源并提供150mA輸出電流;采用3.3V正電源時,電荷泵產(chǎn)生−2V負(fù)電源并提供45mA輸出電流。外部電容C1和C2應(yīng)為1 μF至4 μF的電容,具有低ESR和低ESL特性,并且應(yīng)盡可能靠近ADA4858-3放置。C1連在C1_a與C1_b之間,C2連在CPO與地之間。
 
 
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圖A. 功能框圖
 
 
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