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如果看不见,为什么还要测量?

2016-10-09来源: elecfans关键字:差动增益  测量
  多数人认为肉眼无法观察到视讯中的差动增益(DG)与差动相位(DP)参数,──由于振幅太小,加上萤幕亮度变化往住遮蔽掉误差的影响,所以一般无法观察到DG和DP,既然如此,为何还要测量这些看不见的参数呢?

  DG和DP测试用于在检测非常微小的误差,以免这些误差影响到视觉效果。这可确保视讯讯号从讯号源到最终目标经过数百次放大器后仍能保持较高的影像品质。对于放大器、类比/数位转换器(ADC)和数位/类比转换器(DAC),可以利用一些简单的方法评估其DG和DP性能,并在几个测试点或接近电源轨的位置评估性能。再次强调,此处检测的是非常小的误差,以确保每一级讯号完整性。为了更加瞭解DG、DP误差的影响,我们首先检视DG、DP误差对于放大器、ADC与DAC的影响。

  简单来说,我们可以把DG或DP视讯误差的影响视为从较亮的环境移动到较暗环境时的肤色变化。对于採用副载波的电视系统,例如NTSC(北美和日本),DG的变化会直接影响饱和度或色泽的亮丽程度,如同电视机的色度控制。DP误差则会改变色调(使得影像偏绿或偏紫),如同电视机的色彩控制。

  再者,在类似于PAL(欧洲和中国)规格的副载波电视系统中,DG将直接影响到DP在二阶饱和度的结果。最后,对于高解析(HD)和元件系统而言,DG和通道增益的差别将导致色度变化。虽然美国的NTSC系统并非透过空中无线播送的方式,但工业与安全视讯监控系统仍然受传统技术主导。

  为什么需要DG和DP规格?

  我们可以从电视节目的製作过程来看,多工摄影讯号经过切换后,透过特殊设备传送、录影、播放和编辑,最终製成节目。频道节目可能透过微波、光纤或卫星系统远距离传输,最终转换成空中广播电视讯号。有线系统、DVD或卫星系统能够将电视节目传送至每个家庭,让我们可以在家中观赏。在整个处理过程中,视讯讯号可能要经过数百个放大器,每个放大器都会在视讯讯号中产生少量的DG和DP,为了保持视讯讯号的完整性,工程师必须设计高度灵敏的检测讯号。

  所有的放大器都具有一定的非线性振幅响应特性,利用负反馈可以帮助降低非线性。DG和DP是真正强调线性度并考虑到频率响应特性的测量。NTSC和PAL电视系统在副载波中传递彩色资讯(分别为3.58MHz和4.43MHz)。差动增益被定义为低频视讯电平或亮度产生变化时,对应高频副载波的幅度变化。在NTSC视讯波形中(图1所示),3.58MHz副载波叠加在频率较低的亮度讯号上,具有5级亮度。为了清晰起见,副载波用一个幅度较大的正弦波表示。实际上,在一行中包含了两百多个副载波週期。

  

  图1:视讯的DG和DP。(白、黑、每个梯级的副载波、参考彩色脉衝、平行同步、一条平行线)

  差动相位定义为在NTSC和PAL讯号中,低频视讯讯号电平或亮度变化时所引起的高频副载波相位变化。色调或色彩色显示受制于视讯讯号同步脉衝以及出现在有效视讯影像段副载波之间的相位关係。为了正确显示色彩资讯,必须保证精确控制相位。

  放大器、ADC和DAC具有一个最佳工作点,在此点时的放大器具有最佳线性度,并满足最高规格指标或标準。最佳工作点通常位于电源轨的中心位置(图2),当然,IC设计人员也可以把它放在所需的其它位置。放大器在最佳工作点时具有最佳反馈控制与最佳线性度。这意味着讯号向电源轨方向偏离时,线性度变差。

  

  图2: 放大器的DG和DP接近电源轨。(正电源轨、负电源轨、未失真正弦波、最佳工作点、在电源轨中间、接近电源轨时顶点讯号开始压缩、在电源轨产生硬性剪波)

  在低频讯号上叠加一个高频正弦波,可以检测放大器的整个工作範围。例如,MAX4389放大器在副载波电视系统中能够提供低至0.015% (典型值)的DG和0.015°(典型值)的DP。但是,该DG指标还适用于更宽频带的电视讯号以及非视讯应用,如果我们需要一个10MHz的讯号,可以在MAX4389作用一个7MHz的正弦波并改变直流偏置,对放大器进行测试评估。如果需要作业于30MHz的频宽,则需作用一个22MHz的正弦波。

  典型情况下,选择一个频率在2/3到3/4系统频宽的高频正弦讯号,正弦波讯号偏置在直流电源电压的中点(图2),则可获得最佳响应。当直流电压改变时,正弦讯号将向电源的一侧偏移,正弦波幅度将产生变化。通常,在接近电源轨时,高频响应将会降低,电晶体的工作电流减少。极端条件下,放大器会超出电流範围、停止作业或钳位。ADC和DAC也会遇到类似问题。

  随着晶片复杂度的提高,它们不再是一个简单的放大器,电路中可能出现较大的DG和DP误差。这种高度复杂的电路中可能包含多工开关、六个极点的Sallen-Key滤波器(具有叁路或更多的放大器)、视讯缓衝放大器等。MAX7428即为一款这样的电路,典型DG误差保持在0.2%,DP误差仅为0.2°。

  放大器测试从DG测试开始,而视讯讯号则必须再增加DP以提高测试灵敏度,在多级串联的情况下依然保持讯号完整性。ADC、DAC等其它产品中同样採用DG测试。对于需要较宽频的应用,可透过改变DG测试讯号来满足频宽的要求。DG测量是一种通用的测试方法,用于评估不同元件在整个电源电压範围内的线性度。测量不可见的DG非常有用,它的作用如同一个显微镜,可对讯号完整性进行更密切的检测,以确保在经过一长串类比电路后仍保持较好的讯号品质。

关键字:差动增益  测量

编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/article_2016100917620.html
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