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降低视频子系统功耗,延长手持视频设备的电池使用时间(2)

2008年12月23日 ?? 收藏0

  当视频滤波放大器采用1.8V电源电压工作时,必须采用DirectDrive技术。采用电压模式输出级的放大器必须至少提供2VP-P摆幅,才能输出复合视频信号。传统的放大器采用1.8V单电源供电时,没有足够的余量产生2VP-P输出信号。而采用DirectDrive后,集成反向电荷泵将产生一个嘈杂的-1.8V电压;负电压线性稳压器将-1.8V电压稳定到-1V,降低了电荷泵噪声。因此,实际采用-1V至+1.8V的电压供电时,MAX9509刚好有足够的余量输出2VP-P视频信号。

  MAX9509采用低电压、低IQ的DirectDrive输出级,器件平均功耗(表2)大大低于表1中3.3V器件的功耗。更值得注意的是,MAX9509平均功耗低于3.3V视频滤波放大器的PQ。

  需要注意的是,在如此低的电压下电路高速工作,噪声将大大增加,因为此时电路的工作电流要比正常情况低。在MAX9509在设计过程中考虑了噪声问题,该器件具有极佳的峰值信噪比(SNR),达到64dB,足以满足消费类产品的要求。为了使电视屏幕显示清晰的图像,峰值SNR应该在40dB左右。

  将充满噪声的电荷泵与滤波器和放大器放置在同一芯片是主要的设计难点。电荷泵有可能向敏感的视频信号上引入开关噪声。把MAX9509的电荷泵与视频信号通路隔离开可以有效解决这个问题,得到极低的电荷泵噪声频域特性(图6),而且从时域特性也几乎观察不到噪声(图7)。

测量MAX9509的噪声和频率关系时

  图6:测量MAX9509的噪声和频率关系时,电荷泵的噪声频谱非常小。
视频信号为1VP-P时

  图7:视频信号为1VP-P时,MAX9509输出随时间的变化(底部图形),峰值为1.4mVP-P。顶部图形是电荷泵飞电容的电压。

  消费者在屏幕上观察MAX9509的输出信号时,既不会看到宽带噪声,也不会看到电荷泵噪声。

  低功耗视频滤波放大器的发展方向

  虽然低功耗视频滤波放大器的开发工作已经取得了一些进展,但IC设计人员还有许多工作要做。

  例如,视频负载检测。如果视频滤波放大器具有负载电子检测功能,并为微控制器系统提供负载状态,只在出现有效的视频负载时开启视频输出电路,即可进一步增强系统的智能化视频功耗管理。目前,大多通过机械插孔检测视频负载的插入,以开启视频输出电路。如果电缆另一端没有连接电视或其他监视器,这种方法将造成电池能量的浪费。视频负载电子检测的另一个好处是只需要标准连接器,而不需要带有机械插孔检测的连接器,与标准连接器相比,这种机械连接器增加了成本,而且占用更大空间。

  便携式设备中,低功耗一直是重中之重;考虑到越来越高的能源成本和全球变暖问题,墙上适配器供电的设备也越来越注重功耗问题。因此,发展趋势是在模拟芯片中集成更加智能的电源管理电路。对于视频滤波放大器,不但功耗要低,而且还应该具备视频负载检测、视频输入检测和控制电路,以便控制相应的工作模式。由于视频芯片一般用于价格竞争激烈的消费类电子产品,最大的难题是如何在增强智能化电源管理的同时不会过多地增加成本。

  附录:1.8V视频滤波放大器的电路考虑

  设计低功耗1.8V视频滤波放大器时,需要考虑一些特殊因素。设置偏置电流合理分配电源电流,是最有效的途径。仔细布板能够降低寄生电容,实现良好的器件匹配。最后,还须认真检查并分析电路中所有支路的电流。这一系列措施有助于降低功耗,降低电路的带宽需求,只需满足频率响应和视频性能的带宽要求。

  通过仔细的电路设计,并依托Maxim先进的BiCMOS工艺,MAX9509的功耗要比上一代产品的功耗低得多。为了在满足特定应用性能要求的同时达到最低功耗,我们对所有上一代视频设计电路进行了分析。例如,减少MAX9509电源之间偏置电流的镜像;尽可能少地使用所产生的负电源。除此之外,还采用了专有电路来消除放大器工作在小电流时的失真。

  Maxim先进的模拟工艺能够针对特定的视频信号通道优选元件(例如,双极型和MOS),从而进一步降低MAX9509的功耗。MAX9509的5极点滤波器省去了上一代6极点滤波放大器所需的双二阶滤波器(图8和图9)。对于消费类应用,5极点和6极点滤波器的滤波性能差异不大,取消双二阶滤波器将使总电源电流降低10%以上。

上一代视频滤波放大器采用6极点滤波器

  图8:上一代视频滤波放大器采用6极点滤波器。
MAX9509只采用5极点滤波器

  图9:MAX9509只采用5极点滤波器,省去了双二阶滤波器,总电源电流减少10%。

  通过仔细放置滤波电路和放大电路,在给定的系统参数下优化信号通道的每一模块,进而降低总电流。例如,MAX9509要获得8倍增益时,在滤波器内部采用4倍增益的前置放大器。因此,最终得到的视频放大器只需要2V/V增益(图9),从而降低了对最后一级视频放大器的要求,并降低功耗。同时也降低了两个放大器的总功耗,实现最佳性能。


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视频 子系统? 功耗? 手持视频设备?

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