双绞线长距离传输视频信号的驱动和接收器的工作原理及性能参数

双绞线长距离传输视频信号的驱动和接收器的工作原理及性能参数

1概述：

在监控系统中常常要把视频信号进行一定距离的传送，有时往往会利用电话线（双绞线）来传，但是在双绞线上传送视频信号，信号跌落很大，而且微分增益、微分相位失真很大，给图像带来严重失真，特别是彩色图像，所以研制一定长距离的双绞线传输视频信号的驱动和接收电路很有用处。

2工作原理

2．1驱动器原理和作用

驱动器作用：这节电路分为两部分，第一部分由T1和T2组成，主要把从75Ω电缆来的单端信号转换成双端信号，供驱动电路放大；第二部分由T3和T4组成，把平衡视频信号进一步放大驱动（见图1（b））

驱动器原理：T1作用是反向放大，T2作用是跟随放大，这样在其输出形成平衡输出；R3和R5为匹配本节输出和下一节电路的输入用；本节增益为一。T3和T4实际上是个双跟随器；R3，R5是前后级匹配电阻，调R6可调节本级增益，R8，R10是与双绞线匹配电阻。

2．2接收器原理和作用

接收器原理和作用：T5把经过长距离双绞线传输后的视频信号进行平衡放大和进行双端-单端的转换（平衡-不平衡转换）；补偿网络根据双绞线长度不同而进行不同的补偿，T6把已放大了的视频信号进行整型和缓冲放大输出。

R11，R15为输入匹配电阻，R13调节T5的增益；R16起到前后级匹配作用，R17调节T6

的增益，T5，T6的增益都均为1左右（见1（C））。

3元器件的采用

3．1双绞线驱动器的运算放大器的选用

本线路采用了Elantec公司的差分线驱动运算放大器作为驱动电路和接收电路，其-3dB带宽为63MHZ，正负电源供电，其微分增益误差（DG）为0。17%，微分相位误差（DP）为0。06°。而驱动器和接收器的双端的转换采用了Elantec公司的电流反馈运算放大器（CFA），其中相输入阻抗高（2MΩ）,0.1Db AV=2时的带宽为50MHZ,-3dB Av=1时的带宽为250MHZ.DG为0.01%,DP为0.01°(AV=1时).

3.2电流反馈放大器的原理

(1) CFA的工作原理

CFA的工作原理如图2所示,同相输入端具有很高的输入阻抗,其输入信号通过互补射极跟随器Q1和Q2,直接缓冲输出到反相输入端,由于发射极电阻很小,所以反相输入端电阻很小,仅为10～100Ω.Q1和Q2的集电极驱动电流镜Q3和Q4该电流镜把反相输入的电流传输给高阻节点T(S),该高阻节点特性用RT和CP来表示，假设给CFA同相输入端加一个

阶跃进信号，Q1立即把相应的电流输出给外部反馈电阻，产生一个误差电流I，Q3同时把I加到高阻节点上，高阻节点电压等于I乘以等效阻抗Rt//Zc，可见CFA的开环增益T（S）是一个阻抗，而不是VFA（电压反馈放大器）中无量纲的开环增益A（S），所以CFA也可称为互阻放大器。

因为误差电流I不受输入极偏置电流限制，所以以理想CFA的SR不受限制，可以非常高。电流镜从电源上取得电流供给高阻节点。负反馈环路迫使输出达到某个电压值，该电压值使反向输入的误差电流为0.CFA的等效模型和相应的波特图如图3图4图所示，

输入缓冲单元的输出抗阻为RO，输入误差电流为1，动用负反馈原理列出节点方程，

可得：

Vout= 1+R2/R1

Vin 1+jωCPP2(1+ RO/R1 + RO/R2 )

在闭环-3dB带宽fd处满足2fdCP R2 (1+ RO/R1 + RO/R2 )=1.当RO<< R1,RO<< R2时,由上式可得:

fd = 1 CP R2

2

上式表明CFA由内部极点电容CP和外部反馈电阻R2决定,而与增益设置电阻R1无关,由于fd 和R2成反比，所以制造商常把CFA的R2优化成某个特定值。R2大于此值，带宽会降低，R2小于此值，CFA会由于高频寄生极点而产生振荡，工作不稳定，

（2）CFA的基本特性

（a） 由于CFA的转换速率不受限制，所以在同样的制造工艺、同样的静态电流条件下，CFA能比VFA获得更高的全功率带宽（FPBW），CFA的全功率带宽和小信号带宽近似相等。

（b） 由于CFA的反相输入电阻非常小，所以它对反想输入端杂散电容的敏感和度比CFA小很多。把CFA接成反相工作方式（如I/V转换器）会很有利。

（c） CFA的闭环带宽由内部极点电容和外部反馈电阻决定，与增益无关。而CFA具有恒定的增益带宽积，增益增加，带宽下降。CFA带宽与增益无关的物性使它特另适用于

可编程增益应用场合。

3．3差分线接收器和视频运算放大器

接收器采用差分线接收器作信号的平衡放大，用视频运算放大器作接受器的输出放大。其—3dB带宽为150MHZ，输入差分信号最小可低到±V；视频运算放大器。

4线性失真

4．1幅频特性

(1) 多波群测试

一般测量系统的幅频物性方法采用多波群信号来观察最为直接，由于双绞线间的阻抗为ZO≈100Ω，标准交互电容大约为14PF/ft,在4MHz的的衰减为4.1Db/100m,在采用多波群信号测量时，在4.8MHZ处幅度略有下降(见图5).

(2) 绞合线的回波和K指数

根据网络理论,可实现网的幅频特性K(ω)为ω的偶函数,相频特性φ(ω)为ω的奇函数,即 K(—ω)=K（ω），φ（—ω）= －φ（ω）。 余弦状的幅频特性与相频物性为

K（ω）=a+b cos nπω ω

φ（ω）=ωto.

式中，n为正整数，ωc为截止角频率，a,b为常数，则在通带内频率特性可以表示为

K（ω）=K（ω ）e-jφ(ω)

=（a+ b ejnπω/ωC+b ejnπω/ωC ）e-jωto (1.1)

2 2

─若以ri(t)表示信号ei(t)经传输系数为1、相频特性为ωto、截止角频率为ωC，为理想低通后的响应，则经传输系数为（1.1）所示网络后的响应为

r(t)=ari(t)+b ri(t+nπ)+bri(t—nπ).(1.2)

2 ωC 2 ωC

若ei(t)的频谱不超过 ωC，则ri(t)=ri(t-to).式（1.2）表明输出信号中除了有一个延迟to的主波外,另有两个同极性的回波,一个超前nπ/ωC,另一个滞后nπ/ωC,对2T脉冲来说,fc=fu,而

n = n = n = nT

ωυ

2f 2f

即两个回波分别距主波±nT，在1km绞合线传输视频信号的接收波形中也可以看到类似回波，只是其余弦的系数b的幅度和a相比较小，大约b=a/11,即回波的幅度为主波的3%～4%左右，所以2T信号的脉冲响应（KP）为 3%～4%；用副载波填充的10T正弦平方脉冲去测时发现亮度-色增益有一定的不均匀性；我们知道亮度-色增益不均匀性△G～2（VL-VA）×100%。从波形中可以看出Vb=0.Va=1/ 7V.所以△G=-2/7×100%.=28.5%.而由于V1=0 所以亮度-色延时不均匀性为0，在图像上也可以看到10T波中窜入亮度，而彩色却没有错位，所以图像质量尚可以，只是彩色上的亮度稍微亮了些，可以用亮度控制旋

钮来改善。

5非线性失真

（1） 亮度的非线性幅度失真，一般用阶梯波经过一微分电路来进行测量，其失真系数：

Dm = Amnx -Amnm × 100%

从波形上看五节阶梯的微分幅度完全一致，因此Dm=0

（2） 色度信号非线性失真

（a） 微分增益（DG）

DG的测量常用阶梯波叠加副载波的测试信号来测量，经过带通滤波器的副载波波形如图6：

实测：Amax=1.02V,ABL=1.0V,Amin=0.98V.

所以 DGP= |Amax-ABL| ×100%

ABL

= | 1.02-1.0 | ×100%

1.0

=2%

DGn= Amin-ABL ×100%

ABL

=0.98-1.0×100%

1. 0

=2%

DGPP= Aman-Amin ×100%

ABL

=1.02-0.98×100%

1. 0

=4%

(b)微分相位（DP）

测量DP用的测试信号与测量DG用的测试信号相同，但必须带彩色同步信号，测出以黑电平出副载波相位作基准的副载波最大相移，即

DPP=|φmax-φBL|.

DPn=|φmin-φBL|.

DPPP=|φmax-φmin|.

在实际测量中当测试信号为NTSC行时测出的DP值为2.6°,当测试信号为PAL行时测出的DP值为2.4°。同于PAL制的逐行倒相作用中，DP主要造成色饱和度失真，这可以用其他办法进行补偿。

为了保证视频信号的高频部分经过双绞线能较好的恢复，在驱动器中和接收器中分别加入了高频预提升和补偿，其补偿特性曲线和衰减特性曲线的相互作用可见图7。可以根据传输线的不同具体长度进行不同程度的补偿。