差分信号Word版.doc

真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正1 简介 简介 简介 简介 无屏蔽双绞线(UTP)，比如超五类线 (Cat-5e)，最初主要设计用于局域网(LAN)传输，因为其具有良好的性能和较低的成本，现已成为其他许多信号传输应用的经济型解决方案标准的 Cat-5e 线缆中有 4 对双绞线，在宽带视频信号的传输系统中，可以采用 4 对双绞线中的 3对来传输 RGB(红、绿、蓝)的电脑视频信号或YPbPr(亮度和两个色差)的高清分量视频信号所需的水平和垂直同步脉冲可以在视频信号消隐间隔中嵌入，也可以在 3对双绞线中作为差分信号的共模来传输 目前，模拟宽频带视频信号主要有RGB信号和高清分量视频信号(YPbPr)量大类这些信号在使用标准的四对差分对的 UTP 传输线来进行长距离传输时会产生信号质量下降的问题一方面是由于传输的“表皮效应”而产生的非线性的带宽限制，从而导致信号弥散和信号的高频成分丢失这会使图像的锐度降低，并产生拖尾现象另外，由于电缆阻抗损耗引起的低频信号衰减会降低图像的对比度还有，由于双绞线扭曲率的不一致会导致三路差分对的传输线长度的不同，从而使三路接收信号的延时不一致，造成图像出现颜色误差。

为了解决以上几个问题，ADI 公司提出了基于 UTP 视频传输的自动补偿系统的参考设计，可以针对这些问题来自动进行EQ 补偿和Skew补偿 2 2 硬件设计 硬件设计 硬件设计 硬件设计 本参考设计整体系统分为两个部分：发送端（Driver Board）和接收端 （Receiver Board）视频信号通过 VGA 接口进入发送端，将单端的 RGB 信号调理为差分信号，并将行/场同步信号调制为信号的共模，然后通过UTP（Unshielded Twisted Pair）线来进行长距离传输（通常使用非交叉式网线 Cat-5e 即可）接收端需要将差分信号转化为单端信号，同时提取行/场同步信号由于长距离的传输会产生信号衰减和RGB信号不同步的问题，所以在接收端还需要进行 EQ补偿和 Skew补偿 如图 1 所示的系统框图，系统使用 AD8146/7/8(本参考设计中使用 AD8147)，AD8122/3/4(本参考设计中使用 AD8122)和AD8120等主要器件，其功能及性能指标如下： AD8147 三路驱动器提供视频源信号所需的单端至差分转换 带宽： 600MHz@2Vp-p 压摆率： 3000V/us 增益： G=2 片内共模同步编码 AD8122 三路接收器/均衡器用以恢复视频信号的高频成分，同时提供平坦的增益。

可用于 Cat-5e或VGA 传输线的均衡补偿 1. 60 MHz均衡带宽（300米UTP 电缆） 2. 120 MHz均衡带宽（150米 UTP 电缆） 三个频率响应调整引脚 1. 高频尖峰调整 (VPEAK) 2. 输出低通滤波器截止频率调整(VFILTER) 3. 宽带平坦增益调整(VGAIN) 压摆率：1000 V/µs 差分或单端的输入 高 CMRR和PSRR 直流输出失调调整(VOFFSET) 两个具有迟滞特性的片内比较器，可用于共模同步信号的提取3 AD8120 三路偏斜补偿模拟延迟线，可以在先到达的信号中加入适当的延迟，使得三路接收信号在时间上具有一致的传播延迟 校正非屏蔽双绞线(UTP)电缆的延迟偏斜 每个通道可以延迟最多 50 ns 高速 1. 带宽：200 MHz（VOUT = 1.4 Vp-p，0 ns延迟） 2. 带宽：150 MHz（VOUT = 1.4 Vp-p，50 ns延迟） 出色的通道间匹配性 独立的红、绿、蓝延迟控制 数字和模拟延迟控制； 1. 6 位 SPI总线 2. I2C 总线 3. 模拟电压控制 低输出失调 1. ±30 mV（折合到输入端） 2. 无需外部失调校正电路 2.1 发送端 发送端 发送端 发送端（ （（ （Driver Board） ）） ） 发送端的实物图如图 2 所示。

图 2. 发送端实物图 2.1.1 功能 功能 功能 功能 a) 接收VGA 信号并在 RGB信号(R，G，B，Vsync/Hsync)中添加TP(Test Pulse)脉冲（TP 信号用于接收板的 EQ和 skew补偿） b) 将单端的视频RGB信号转化为差分信号c) 为减少传输线数量，将 Hsync和 Vsync信号以共模信号的形式添加(encode)到 R，G，B信号中 2.1.2 主要器件 主要器件 主要器件 主要器件 发送端的主要器件包括：AD8147，ADG779，ADA4860-1，PIC18F24J10(MCU) 2.1.3 详细说明 详细说明 详细说明 详细说明 a) 发送端采用+/-5V 供电 b) 通过 MCU 的RB0（IO pin）接口检测 Vsync信号，当检测到Vsync信号后，经过25us 后，由 RB1（IO pin）输出一个宽度 3us, 幅度 3.3v 的 TP 脉冲由于 Vsync和 TP 信号是不同的时钟源的，所以Vsync和 TP 信号是异步的关系 注：图 3 为 VGA 信号的时序图，其中所添加的 Test Pulse 在橙色线所示的行场消隐期位置，故不会对视频信号有任何影响。

图 3. VGA信号时序示意图 c) 如图 4所示，拨码开关 S2用于调整TP 脉冲与Vsync的相位关系，一共可设置1024个位置，间隔步长为 2us，如图 5所示 图 4. 设置TP 脉冲的位置图 5. TP 脉冲与Vsync的相位关系 d) 如图 6 所示，ADG779 和 ADA4860 用于将脉宽 3us，幅度 3.3V 的 TP 脉冲转化为脉宽 3us，幅度-0.8V 的脉冲，然后分三路输入到 AD8147 内部差分放大器的反向端 图 6. TP 脉冲的调理 e) AD8147 内部具有硬件的共模同步编码功能，如图7所示，可以将Hsync和 Vsync信号根据公式一以共模信号的形式添加到 R，G，B信号中2.2 接收端 接收端 接收端 接收端（ （（ （Receiver Board） ）） ） 接收端的实物图如图 8 所示 图 8 接收端实物图 2.2.1 功能 功能 功能 功能 a) 将接收的差分的 RGB 信号转化为单端信号，并提取行/场同步信号 b) 使用高速ADC采集G 信号中的 TP（Test Pulse）脉冲，并进行 EQ均衡补偿 c) 通过计算R、G、B信号中的 TP 脉冲的相位关系来进行 skew延时补偿。

2.2.2 主要器件 主要器件 主要器件 主要器件 接收端主要器件包括： AD8122， AD8120， AD9280， STM32F103C4T(MCU)其中AD9280是一款 8 位、32 MSPS采样率的模数转换器（ADC），采用单电源供电，内置一个片内采样保持放大器和基准电压源 2.2.3 详细说明 详细说明 详细说明 详细说明 a) 接收端采用+/-5V 供电 b) AD8122 将RGB 差分信号转化为单端信号，同时从差分信号中提取 R、G、B各信号的共模电压，并根据公式二提取出 Vsync和Hsync信号 8 公式二： Red Vocm = K/2(VSYNC - HSYNC) Green Vocm = K/2(-2VSYNC) Blue Vocm = K/2(VSYNC + HSYNC) 其中 VSYNC和 HSYNC的取值为±1（+1 表示高电平，-1表示低电平）；常数 K 为 被编码的 Sync信号的峰值 由于AD8122 片上集成有2 个迟滞比较器，所以此过程可以由如图 9所示的硬件来完成 图 9 Hsync/Vsync同步信号的提取 c) AD8122 用于 EQ 均衡补偿。

由于在长距离传输过程中，信号的衰减情况可以通过传输线的阶越响应来考量，如图 10 所示所以，在接收端检测接收到的 TP 信号即可代表整体视频信号的衰减情况本设计中使用 AD9280 高速 ADC 对 Green 信号中的 TP 脉冲进行采样，硬件设计如图11 所示 注：由于STM32 包含有片上 ADC，其采样率最大为1MHZ，此处同时将Green信号连接至 MCU 的ADC 输入做为备用 图 10 300米长Cat-5e传输线的典型阶越响应9 图 11 用于 EQ均衡补偿的高速采样电路 AD8122 提供VPEAK, VFILTER, VOFFSET 和VGAIN 的控制电平，其中VPEAK用于高频尖峰的调整；VFILTER 用于调整低通滤波器的截止频率；VGAIN 用于整个宽频带的增益调整；VOFFSET 用于调整输出信号的直流失调（在本设计中将其设置为 0V）由 MCU的timer3的产生三路PWM信号输出，并通过低通滤波转换为电压，来控制VPEAK, VFILTER和 VGAIN 三个信号（在本设计中VPEAK和 VFILTER 使用同一个控制信号） 图 12 EQ 补偿信号d) AD8122 的输出做为 AD8120 的输入用于 RGB 信号延时的补偿。

当已知各信号的延时关系后，以图 13 为例，可通过 I2C 进行控制，对延时进行补偿 图 13 延时补偿时序举例 本设计中，由于在发送端 RGB 信号之间保持同步并将 TP 同时加入到R、G、B 信号中，经过长距离传输后，R、G、B各信号之间的延时即等于其中TP 之间的相位差三路 RGB连接至 MCU的 IO 中断接口，分别在 TP 的上升沿产生中断，从而计算出各TP 的相位关系AD8120 外围电路连接如图 14所示 图 14 AD8120 外围电路 / 。