视频分配器中提高信号完整性的方法

视频分配器信号完整性分析

　　当把一路输出视频信号提供给多台视频设备使用时，就要考虑使用VGA视频分配器。其实现方式主要有：晶体管放大驱动多路输出和集成芯片视频分配器两种。由于前者电源电压低，电路的动态范围小，且高频衰减较大，只能用在对这两方面要求不高的场合。因此，为使所设计的分配器能够实现高保真传输，本文采用集成芯片作为视频驱动。

　　采用15针VGA母插头作为视频信号输入输出接口，信号经过VGA插头后，分为行、场及R、G、B信号分别输出。行、场信号经过晶体管放大至输出端，R、G、B信号经集成芯片MAX4020视频放大器驱动和终端滤波网络滤波后送至输出端，如图2所示。

　　MAX4020是单位增益放大器，+5V电源驱动，输出电流可达120mA。在VGA 分配器的设计中，信号完整性最突出的问题就是阻抗匹配。理想传输线L被内阻为R₀的数字信号驱动源Vs驱动，传输线的特性阻抗为Z₀，负载阻抗为R_L，如图3所示。如果终端阻抗(B点)跟传输线阻抗(A点)不匹配，就会形成反射，反射回来的电压幅值由负载反射系数ρ_L决定。ρ_L可由下式得出：

ρ_L=(R_L-Z₀)/(R_L+Z₀)

　　从终端反射回的电压到达源端时，可再次反射回负载端，形成二次反射，此时反射电压的幅值由源反射系数ρs决定，ρs可由下式得出：

ρ_s=(R₀-Z₀)/(R₀+Z₀)    

　　由上式可知，只要匹配电路的设计满足源端阻抗R₀等于传输线的特性阻抗Z₀，或者负载阻抗R_L等于传输线的特性阻抗Z₀即可。

　　在实际的电路设计中一般都采用源端阻抗等于负载端阻抗的端接匹配方式 ，在负载端加入一下拉到地的电阻来实现匹配。由于系统负载阻抗为75Ω, 芯片输出电阻为8Ω，因此，只要在源端串连一个67Ω的匹配电阻RTO即可。所插入的串行电阻阻值加上驱动源的输出阻抗应大于等于传输线阻抗(轻微过阻尼)。这种匹配方式使源端反射系数为零，从而抑制了从负载反射回来的信号。其优点在于：每条线只需要一个端接电阻，无需与电源相连接，消耗功率小。实际调试中得到的图像无重影、雪花，但稍有偏暗。　　原因是采用此端接方式，源端匹配电阻在输出电路中分压，从而导致图像显示偏暗。

　　对电路做如图4所示的配置：在反馈端加一个接地电阻RG，从而放大电路的驱动电压。设计当中要注意反馈电阻RF和输入电阻RG的阻值选择要符合系统配置。阻值过大会增加电压噪声，影响放大器的输入容量，从而产生不必要的零极点，降低带宽甚至产生振荡。调试结果：图像显示与输入相同。