Усилитель очищает от синфазных шумов линию передачи дифференциального видеосигнала RGB

Журнал РАДИОЛОЦМАН, октябрь 2017

Tamara Papalias

EDN

Использование сетевого кабеля категории 5, состоящего из четырех витых пар в прочной внешней оболочке, является распространенным и недорогим способом передачи компонентных видеосигналов. Три из этих пар могут передавать RGB сигналы изображения, а четвертая пара – сигналы аудио, синхронизации или другого назначения. К сожалению, кабели категории 5 не имеют экранов, а потому подвержены влиянию синфазных наводок, создающих одинаковые напряжения в каждом из их проводников. В качестве первой линии защиты от синфазных проблем вы можете сконфигурировать сигналы RGB как дифференциальные, но любая разность напряжений между землями драйверов витых пар и приемников будет приводить к возникновению синфазных сигналов на каждой входной линии.

Напряжения синфазных шумов ухудшают качество видеосигналов. В этой статье показано, как, используя один операционный усилитель, можно минимизировать влияние синфазных сигналов на приемники дифференциальных компонентных видеосигналов. Как видно из схемы подключения вывода земли приемника (в канале красной компоненты) на Рисунке 1, напряжения каждого из дифференциальных сигналов RGB, измеренные относительно земли, отличаются от напряжений на драйверах. Для сохранения качества сигнала и минимизации отражений каждая витая пара, передающая видеосигнал, должна иметь согласующий резистор сопротивлением 100 Ом. Например, резисторы R₃₅ и R₃₇ согласуют линию R+, а R₃₆ и R₃₈ – линию R–. Точно так же согласуются линии каналов G и B. Любое синфазное напряжение на сигнальной паре R выделяется в точке соединения R₃₇ и R₃₈ на резисторе R₃₉.

Рисунок 1.	Схема подавления синфазного напряжения ослабляет наводки на неэкранированный кабель категории 5, передающий дифференциальные видеосигналы.

Чтобы удалить синфазное напряжение, операционный усилитель IC₁ суммирует и инвертирует сигналы всех трех или четырех сигнальных пар. Например, сложение сигналов R+ и R– исключает их дифференциальные составляющие и удваивает синфазное напряжение, вносимое каждой линией. Конденсаторы C₁ и C₂ обеспечивают связь по переменному току входа и выхода, соответственно. Синфазное напряжение смещения с входа IC₁ через согласованную пару 30-килоомных резисторов R₄₂ и R₄₃ поступает на приемную цепь R+ и R-. Согласованность сопротивлений резисторов R₄₂ и R₄₃ дает гарантию, что дифференциальные напряжения на выводах R_OUT+ и R_OUT– будут хорошо сбалансированы по отношению к входному синфазному напряжению. Конденсаторы C₁₁ и C₁₂ предназначены для подъема высокочастотных компонентов дифференциального видеосигнала.

До подавления синфазной составляющей сигналы на выходах схемы R_OUT+ и R_OUT– описываются следующими выражениями:

и

где

V_DIFF – полезный дифференциальный сигнал,
V_CM – синфазный сигнал, измеренный относительно местной земли схемы.

После подавления синфазной составляющей выражения для выходных сигналов будут выглядеть так:

и

где V_CMS – суммированное и инвертированное синфазное напряжение на выходе микросхемы IC₁.

Рисунок 2.	Синфазный сигнал (желтая осциллограмма) оказывает сильное влияние на видеосигнал (розовая осциллограмма).

На Рисунке 2 показан типичный принятый сигнал с размахом 1 В, приходящий по линии R+ (желтая осциллограмма) и сопровождающий его синфазный сигнал с пиковой амплитудой 2 В (розовая осциллограмма). Способность схемы ослаблять синфазные сигналы иллюстрируется Рисунком 3. Несмотря на то, что дифференциальный сигнал (желтый) остается неизменным, синфазный сигнал (розовый) оказывается ослабленным на 80%, или на 14 дБ. Любые рассогласования во временах задержки и уровнях суммированных аналоговых сигналов, вносимые пассивными входными цепями и микросхемой IC₁, соответственно, делают подавление неполным. Также синфазный сигнал не должен превышать максимальное синфазное напряжение, допустимое для микросхемы IC₁. Кроме того, микросхема IC₁ должна в широкой полосе частот сохранять устойчивость при единичном усилении, иметь высокую скорость нарастания и, для наилучшей линейности, быть способной работать при относительно высоких напряжениях питания. Этим критериям соответствует выпускаемый компанией Intersil усилитель ISL55001, который и был выбран для предлагаемой схемы. В качестве разделительных используйте на входах и выходах неполярные конденсаторы емкостью не менее 10 мкФ, чтобы гарантированно пропускать самые низкочастотные синфазные напряжения. Возле выводов питания IC₁ установите блокировочные конденсаторы, емкость которых соответствует рабочим частотам схемы.

Рисунок 3.	Применение схемы подавления Рисунок 1 значительно уменьшает уровень синфазного напряжения в видеосигнале.

Материалы по теме