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井下救援远距离视频传输系统关键技术研究

西安电子科技大学机电工程学院 王静 沈雪亮?? 2008年10月28日 ?? 收藏0

  相关技术简介

  1 双绞线技术

  双绞线是一种柔性的通信电缆,包含着成对的绝缘铜线,因为它具有抗干扰能力强、传输距离远、布线容易、价格低廉等许多优点,价格便宜,所以被广泛使用。由于双绞线对信号也存在着较大的衰减,所以传输距离远时,信号的频率不能太高,而高速信号如以太网则只能限制在100m 以内。对于视频信号而言,带宽达到6MHz,如果直接在双绞线内传输,也会衰减很大,所以视频信号在双绞线上要实现远距离传输,必须进行放大和补偿,双绞线视频传输设备就是完成这种功能。加上一对双绞线视频收发设备后,可以将图像传输到1~2km。双绞线和双绞线视频传输设备价格都很便宜,不但没有增加系统造价,反而在距离增加时其造价与同轴电缆相比下降了许多。所以,监控系统中用双绞线进行传输具有明显的优势。

表1 MAX435和MAX436的主要性能指标

 MAX435和MAX436的主要性能指标

  2 互导型放大器

  互导型放大器(又称跨导型放大器)的输入信号是电压量,输出信号是电流量,其增益称为互导Gm。互导型放大器是一种电压/电流模式混合电路,由于其内部只有电压——电流变换级和电流传输级,而没有电压传输级,因此没有大摆幅电压信号和密勒倍增效应,从而具有频带宽、高频性能好及大信号转换速度高等特性。互导型放大器的电路结构简单,电源电压和功耗均得到了降低。

  驱动电路采用互导型放大器将单端电压信号转成差分电流信号,通过电流环在双绞线上传输视频信号,接收端再把差分电流信号还原为单端电压信号。

  3 MAX435和MAX436

  在这里互导型放大器采用MAXIM公司的MAX435和MAX436作为双绞线视频信号电路驱动。MAX435和MAX436是一种新型高速、宽带的互导型放大器,其引脚排列如图1所示。它们具有理想差分、高阻抗输入和电流输出等特点。由于这些独特的结构,该芯片能够提供精确增益,不用负反馈就能消除闭环相移。

MAX435与MAX436引脚排列图

图1 MAX435与MAX436引脚排列图

  设计与实现方法

  1 电路设计??

  当传输距离小于1500m时,采用双绞线来传递基带视频信号也能获得很好的效果。和使用传统的同轴电缆相比,用双绞线传输信号时要注意两点:采用平衡(差分)传输以使 共模噪声最小;恰当端接以使反射最小。由于MAX435和MAX436在10MHz时共模抑制比能达到53dB。而且输入输出阻抗又都很高,所以特别适用于这样的应用场合。

  实际电路如图2所示。从图中看出,MAX435和MAX436组成双绞线视频传输电路的驱动器/接收器,只采用一个差分输出的MAX435即可驱动平衡双绞线(其输入信号以地为基准),从而省去了平衡变压器或两个单端输出驱动器。为了实现平衡到单端线路的变换,其接收器电路采用了单端输出的MAX436。IN+到IN-间的100Ω电阻器使线路的终端连接十分合理。互导网络(从Z+到Z-)不仅完成增益调节(+6dB)。而且还起到线路均衡的作用,从而提高接收器的高频增益。

视频双绞线驱动/接收电路

图2 视频双绞线驱动/接收电路

  在图3电路中,可以通过调整R1提高整体增益对欧姆损耗进行补偿来得到合适的亮度,通过调整C1(增添零/极点对以扩展频带)来获得最佳的色彩。由于调整是在接收器端进行的,所以用户可以在接收端一边观察屏幕一边调整R1和Cl,从而得到最佳图像。

  2 测试结果

  图3(a)和图3(b)是从监视器屏幕上看到的调节前、后的视频脉冲波形。试验结果表明,当本电路用165m长的φ0.71mm防盗报警器用双绞线传送NTSC基带视频信号时,3.58MHz色同步信号的衰减约为6dB。虽有失真,但由于监视器对信号衰减具有自动均衡补偿(对色同步信号的衰减补偿可达10dB),故图像质量仍然很好,无明显彩色变淡或水平分辨率变差的现象。但若衰减量进一步增大,则色度和水平分辨率变差、难以看清显示的图文。

(a)调节均衡前的波形(b)调节均衡后的波形(c)在双绞线上加50Hz的共模噪声电压

图3(a)调节均衡前的波形(b)调节均衡后的波形(c)在双绞线上加50Hz的共模噪声电压

  当本电路用长330m的电话双绞线在两幢大楼之间传送NTSC录像机视频信号时。图像质量良好。又故意在两根平衡的绞线上各加上图3(c)所示的50Hz的共模噪声电压进行试验,图像质量未受影响。

  这是由于MAX436对60Hz信号具有60dB的共模抑制比,使这种噪声不致影响图像。如果用不平衡的单端方式来驱动电缆,则效果之差是可以预料的。虽然上述试验只用了NTSC视频信号,但本电路用于载波为4.43MHz的PAL制视频信号仍可取得相似的效果。

  结论

  在许多不要求电缆具有很宽的带宽的场合中,用双绞线代替昂贵的同轴电缆不仅可以降低线路的铺设成本,而且两根绞线感应的差分干扰电流可以互相抵消。只要采用适当的绞线,并在接收端的监视器进行阻抗匹配和自动增益补偿(目前大多数电视监视器都具有此功能),其传送基带(复合)视频信号的距离可远达1500km,而且图像质量并不差,能够保证图像色彩、亮度、轮廓等基本无失真。

  后期加工外壳时,适当考虑防水、抗震、防尘、高温、腐蚀性气体等井下恶劣环境,并达到本质安全型防爆设计要求,则可以将其产品化。

  综上所述,该技术适应井下救援所需要的低成本,快速铺设,使用简单,维护方便等诸多要求。而且此技术还可以在超级市场、机场、学校等单位广泛用于电视监视系统中的单通道视频信号传送。


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井下救援? 视频传输? 双绞线?

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