模拟电路设计使HDTV体现出差异性.doc

1、模拟电路设计使 HDTV 体现出差异性随 着 高 清 电 视 (HDTV)显 示 器 技 术 的 成 熟 ， 模 拟 视 频 和 音 频 处 理 的 质 量 将 最 终 使 电 视 机 之间 产 生 差 异 性 。 HDTV 中 的 数 字 处 理 (包 括 图 像 扩 缩 、 解 交 错 和 MPEG 解 调 )继 续 发 挥 着重 要 的 作 用 ， 但 这 些 功 能 将 很 快 变 成 标 准 化 。 HDTV 中 视 频 和 音 频 信 号 的 模 拟 处 理 直 接 影响 用 户 的 “电 视 观 看 体 验 ”， 然 而 HDTV 制 造 商 正 在 快 速 寻 求 其 电 视

2、机 模 拟 电 路 设 计 的 改 进以 提 高 销 量 和 利 润 。 本 文 将 讨 论 HDTV 中 高 性 能 模 拟 信 号 处 理 的 一 些 问 题 和 设 计 考 虑 。 在 液 晶 (LCD)电 视 和 等 离 子 (PDP)电 视 中 ， 平 板 显 示 器 本 身 过 去 在 HDTV 电 视 的 主 要 性 能方 面 一 直 存 在 差 异 。 第 七 代 和 第 八 代 LCD 平 板 显 示 器 开 发 成 本 竟 然 达 到 几 十 亿 美 元 ， 但最 近 在 PDP 显 示 器 方 面 的 加 强 已 经 迫 使 一 些 公 司 形 成 合 资 以 共 享 他

3、 们 的 资 金 资 源 和 技 术 。目 前 ， 几 乎 所 有 的 LCD 电 视 和 PDP 电 视 领 先 制 造 商 都 在 与 其 它 主 要 生 产 显 示 屏 设 计 的电 视 制 造 商 合 资 。 这 已 经 引 起 有 关 LCD 和 PDP 显 示 屏 性 能 的 “公 平 竞 争 ”。 目 前 在 几 种 来自 不 同 电 视 制 造 商 的 具 有 竞 争 力 的 HDTV 型 号 采 用 了 这 些 合 资 企 业 生 产 的 显 示 屏 。 为 支 持 老 设 备 需 要 模 拟 接 口 即 使 在 高 清 晰 度 数 字 广 播 新 兴 阶 段 ， HDTV

4、仍 然 需 要 模 拟 接 口 和 数 字 接 口 。 我 们 需 要 复 合 、分 量 和 RGB 信 号 模 拟 接 口 支 持 老 的 标 准 清 晰 度 (SD)设 备 ， 例 如 录 像 机 (VCR)、 便 携 式 摄像 机 、 DVD 播 放 器 和 个 人 计 算 机 (PC)。 由 于 用 户 期 望 其 SD 电 视 节 目 具 有 与 高 清 晰 度(HD)电 视 节 目 同 样 的 质 量 ， 因 此 必 须 设 计 高 性 能 模 拟 接 口 。 集 成 的 多 格 式 视 频 解 码 器 (例如 ADI 公 司 的 ADV7403)包 含 用 于 复 合 视 频 信

5、 号 的 高 性 能 视 频 解 码 器 以 及 用 于 数 字 分 量 模拟 视 频 和 RGB 的 三 通 道 模 数 转 换 器 (ADC)。 当 设 计 模 拟 接 口 时 ， 重 要 的 是 提 供 干 净 的 低 噪 声 电 源 并 且 从 连 接 器 到 器 件 输 入 端 之 间 采 用短 的 印 制 电 路 板 (PCB)连 线 。 我 们 也 推 荐 使 用 一 种 完 整 接 地 层 的 PCB 设 计 以 最 大 程 度 减小 总 PCB 噪 声 和 反 射 。 缩 短 数 字 输 出 端 (包 括 数 据 和 时 钟 )印 制 线 长 度 有 助 于 减 小 高 频

6、信号 反 射 的 可 能 性 ， 这 种 反 射 作 用 能 破 坏 信 号 的 完 整 性 。 由 于 DVD 电 影 中 记 录 的 模 拟 YUV 信 号 具 有 10 bit 分 辨 率 (可 表 示 十 亿 多 种 不 同 的 颜 色 )，因 此 选 择 使 用 10 bit(或 更 高 )分 辨 率 的 ADC 精 确 再 现 颜 色 的 模 拟 接 口 非 常 重 要 。 例 如 ，ADI 公 司 的 ADV7403 多 格 式 视 频 解 码 器 集 成 了 12 bit， 140 MHz ADC 以 最 大 可 能 改 善图 像 质 量 。 ADV7403 12 bit 多

7、格 式 视 频 解 码 器 框 图音 频 对 HDTV 提 出 更 多 的 挑 战 性 HDTV 中 的 音 频 处 理 具 有 几 个 有 趣 的 设 计 难 题 。 趋 于 窄 小 的 电 视 机 壳 必 然 导 致 在 减 小 放 大器 散 热 所 需 要 的 空 间 的 同 时 减 小 扬 声 器 的 尺 寸 。 由 于 HDTV 通 常 用 作 家 庭 影 院 ， 因 此 电视 机 里 的 音 频 电 路 必 须 支 持 最 新 的 环 绕 立 体 声 和 低 音 增 强 算 法 。 HDTV 必 须 完 成 这 些 SD音 频 方 面 的 重 大 改 进 同 时 达 到 低 成 本

8、 和 早 日 投 放 市 场 的 宏 伟 目 标 。 阴 极 射 线 管 (CRT)显 示器 SD 电 视 只 能 再 现 立 体 声 (2.0 音 频 )并 且 拥 有 易 于 放 置 适 当 尺 寸 扬 声 器 的 宽 大 的 电 视 机壳 。 采 用 LCD 或 等 离 子 显 示 器 的 HDTV 具 有 窄 小 的 电 视 机 壳 ， 只 能 采 用 较 小 尺 寸 的 扬 声器 ， 因 而 限 制 了 声 学 性 能 。 HDTV 电 视 节 目 采 用 环 绕 立 体 声 (5.1 音 频 )播 放 ， 因 此 音 频 设计 工 程 师 必 须 设 计 出 高 品 质 音 响 产

9、 品 ， 以 使 HDTV 在 这 些 限 制 条 件 下 工 作 的 同 时 仍 然 能够 满 足 严 格 的 成 本 要 求 。 目 前 ， 设 计 工 程 师 使 用 可 编 程 音 频 处 理 器 能 够 开 发 一 种 单 扬 声 器音 频 平 台 ， 能 够 将 它 整 合 到 可 以 使 用 各 种 尺 寸 的 扬 声 器 的 不 同 型 号 HDTV 产 品 。 设 计 工程 师 利 用 最 新 的 心 理 声 学 研 究 成 果 已 经 开 发 出 新 的 音 频 处 理 器 算 法 ， 这 种 算 法 在 HDTV中 使 用 两 个 或 三 个 扬 声 器 为 听 众 提

10、供 声 音 是 来 自 完 整 多 扬 声 器 环 绕 立 体 声 系 统 的 体 验 。 ADAV400 可 编 程 音 频 处 理 器 框 图为 了 适 当 支 持 流 行 的 第 三 方 虚 拟 环 绕 和 环 绕 立 体 声 算 法 ， 音 频 处 理 器 必 须 包 含 音 频 编 解 码器 和 具 有 优 良 模 拟 性 能 的 数 模 转 换 器 (DAC)。 例 如 ， ADI 公 司 采 用 有 源 均 衡 技 术 的ADAV400(用 于 补 偿 窄 小 扬 声 器 )支 持 流 行 的 第 三 方 算 法 和 产 生 丰 满 、 浑 厚 声 音 所 需 的 模拟 性 能

11、。 图 形 化 软 件 工 具 (例 如 SigmaStudio)允 许 完 全 控 制 整 个 声 音 环 境 。 扩 展 的 音 频 算 法 库最 后 ， D 类 音 频 放 大 器 可 以 最 大 程 度 减 小 散 热 片 以 及 其 它 外 部 器 件 的 尺 寸 ， 从 而 使 它 们 适合 于 新 型 HDTV 产 品 的 狭 小 空 间 。 CRT 电 视 中 使 用 大 的 显 象 管 为 音 频 设 计 工 程 师 留 下 了宽 大 的 机 箱 空 间 ， 从 而 允 许 CRT 电 视 音 频 设 计 工 程 师 使 用 AB 类 放 大 器 ， 这 类 放 大 器 效率

12、 低 并 且 通 常 需 要 尺 寸 很 大 的 散 热 片 。 设 计 工 程 师 通 过 使 用 ADI 公 司 AD1991(在 全 功 率下 具 有 85 的 效 率 )等 高 效 的 D 类 音 频 放 大 器 能 够 使 其 音 频 放 大 电 路 适 合 其 窄 小 的 空 间 ，无 需 折 衷 音 频 质 量 或 功 率 输 出 。 HDMI 是 观 看 最 新 高 清 晰 度 DVD 的 接 口 高 清 晰 度 多 媒 体 接 口 (HDMI)迅 速 成 为 连 接 HDTV 和 机 顶 盒 、 DVD 播 放 器 或 录 像 机 、 音 频和 视 频 (A/V)接 收 器

13、和 个 人 媒 体 播 放 器 的 首 选 数 字 接 口 。 由 于 预 计 从 模 拟 接 口 (复 合 、 分 量和 RGB 信 号 )向 数 字 接 口 (例 如 HDMI)过 渡 需 要 花 费 几 年 的 时 间 ， 因 此 HDTV 对 这 两 种 接口 提 供 支 持 是 非 常 必 要 的 。 双 接 口 产 品 (例 如 ADI 公 司 的 AD9380)是 支 持 老 设 备 模 拟 接 口和 未 来 HDMI 接 口 的 一 种 节 省 成 本 的 解 决 方 案 。 AD9380 8 bit 双 模 拟 接 口 和 HDMI 显 示 器 接 口 框 图HDMI 接 口

14、 以 吉 赫 兹 数 据 速 率 工 作 ， 因 此 系 统 设 计 工 程 师 必 须 采 用 高 速 模 拟 设 计 技 术 。 为了 满 足 HDMI 兼 容 性 测 试 规 范 的 要 求 ， 必 精 心 控 制 HDMI 连 接 器 与 接 收 器 输 入 端 之 间 的PCB 印 制 线 以 便 使 差 分 输 入 电 容 小 于 限 定 值 。 HDMI 连 接 器 与 器 件 输 入 端 之 间 的 PCB 印制 线 长 度 应 该 尽 可 能 短 以 保 持 TMDS 信 号 的 完 整 性 。 我 们 推 荐 使 用 适 合 任 何 具 有 HDMI接 口 的 PCB 板

15、的 一 个 接 地 层 。 使 用 多 个 接 地 层 可 能 有 害 ， 因 为 小 的 独 立 的 接 地 层 会 产 生长 的 接 地 环 路 。 用 于 数 字 输 出 的 印 制 线 也 应 该 尽 可 能 短 ， 因 为 短 的 印 制 通 常 会 减 小 反 射 的可 能 性 。 使 用 高 性 能 模 拟 器 件 设 计 在 设 计 HDTV 中 发 挥 着 重 要 作 用 ， 因 为 在 图 像 和 声 音 质 量 方 面超 越 了 相 近 解 决 方 案 。 用 户 期 望 在 下 一 代 HDTV 装 置 中 具 有 以 下 所 有 的 功 能 ： 生 动 的 画面 、 洪 亮 的 声 音 以 及 合 理 的 价 格 。 使 用 最 新 模 拟 接 口 和 HDMI 接 口 、 D 类 音 频 放 大 器 和可 编 程 音 频 处 理 器 设 计 的 HDTV 将 满 足 用 户 对 功 能 和 性 能 的 期 望 。 请 继 续 关 注 你 所 青 睐的 零 售 电 子 产 品 商 场 并 且 留 意 所 有 的 最 新 壁 挂 显 示 HDTV 装 置 。 您 将 看 到 并 且 听 到 高 性能 模 拟 设 计 能 够 带 给 您 的 电 视 观 看 体 验 与 众 不 同 ！