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视频放大器滤波器模拟要求和实施 　　模拟滤波 　　 　　为什么模拟视频要使用过滤技术呢?如前所述，将模拟视频信号与数字视频信号相互转换是很常见的。对显示器和DVD刻录机等接收设备来说，这就需要使用模数转换器(ADC)。对机顶盒和DVD播放器来说，就需要使用数模转换器(DAC)。ADC和DAC提供的画质都取决于采样频率。 　　为了保持较好的图像质量，经数据转换的图像必须经过滤波(见图1)。这时我们就要在信号路径上放置模拟滤波器。用滤波器来消除DAC图形(即重构滤波器)。 　　 　　消除DAC和ADC图形可提高画质。不过，我们应采用哪种滤波器类型呢?需要多少极点呢?最适合视频信号的截止频率、平坦度和群延迟是什么呢?如果问10位工程师这个问题，我们可能会得到10个不同的答案。 　　比较好的做法是，尽可能保持带通的平坦度，以及大部分衰减靠近数据转换器的采样频率。如果只考虑这个要求，我们??以采用椭圆滤波器或契比雪夫滤波器等类型。如果只关心电平平坦度和衰减，那么这些滤波器会比较理想，使任何系统都能满足SMPTE滤波器的特性要求。不过，我们不能忘记群延迟，因为SMPTE标准还包括群延迟方面的限制，系统应努力满足上述两种要求，而不是只满足一种要求。 　　因此，我们必须在电平平坦度、截止频率、衰减和群延迟差异间取得平衡，以获得合适的视频滤波器。大家一致认为，巴特沃思滤波器对消费类电子视频来说是一种较好的平衡型滤波器，电平响应实现了最大的平坦度，衰减率适当，群延迟也不错。它虽说不上是最理想的，但通常对系统而言已经足够好了。 　　 　　滤波器示例 　　THS73x3系列是集成滤波器／放大器，采用功能改进型五阶巴特沃思滤波器结构，略微降低了Q或峰值因数，以最小化群延迟差异。其缺点在于，平坦度不像真巴特沃思滤波器那么理想，但衰减性基本相同。 　　我们选择了五个极点而不是四个或六个，这是因为奇数阶滤波器有真正的实极点，而不是像偶数阶滤波器那样都提供复极点。有人可能认为实极点没什么关系，不过实际经验证明，实极点对有源滤波器系统会非常有用，特?是在采用Sallen-Key架构时。Sallen-Key系统中有高频路径通过，能较方便地通过放大器带宽限制以外的高频。系统中的实极点可将高频信号通过旁路接地，不受放大器带宽限制的影响。因此，这有助于确保滤波器保持高频。 　　　 　　为了显示群延迟和电平平坦度的影响，我们模拟了一个五极的O.5dB契比雪夫滤波器，截止频率(在-0.5dB以下时)为10MHz。此外，我们还模拟了五阶功能改进型巴特沃思滤波器，截止频率(以－3dB以下时)为8.5MHz。从图2中可以看出每个滤波器的电平响应，与预期一样，契比雪夫滤波器的纹波为0.5，不过平坦度为10MHz，大大超过巴特沃思滤波器的平坦度。此外，在27MHz的临界点上，契比雪夫滤波器的衰减率较高，达到了56dB的衰减率。在27MHz上，巴特沃思滤波器只实现了46dB的衰减率。事实上，这对视频系统而言已经足够了。 　　使用有源滤波器时要牢记，滤波器的Q越高，放大器的带宽就越高。如果使用贝塞尔或巴特沃思滤波器乃至更高阶的版本，我们要把各级的Q保持相对较低。设计支持椭圆或契比雪夫响应的滤波器，其Q值较高，需要较高带宽的放大器才能适当实施。否则，放大器对滤波器就会造成影响，从而改变我们所需的响应。我们可通过修改组件值来实现上述目标，不过放大器之间的差异会因此变得更大。 　　　　 　　无源滤波器和有源滤波器的比较 　　 　　无源滤波器因为其成本较低，所以在目前比较常见。不过，在PCB电路板面积、占用、额外组件数量、组装时间、带通信号损失、对电感器造成电磁干扰以及容限方面，它又存在一些缺点。电感器和电容通常会存在±10％个体差异，特别是低成本组件的差异会更大一些。 　　在集成有源滤波器设计中(比如7HS73x3所采用的单位增益Sallen-Key滤波器)，平坦度和峰值的差异可以得到严格的控制。我们对单位增益Sallen-Key滤波器进行敏感度分析。可以看出，只要电阻间和电容间与单位增益的匹配比较严格，那么只有截止频率会有所差异，Q不会出现差异。如果Q出现差异，那么就会导致较大的群延迟差异，这是我们所不愿看到的。只要采用高质量电容和电阻，在假定放大器的自然带宽大大高于滤波器的截止频率情况下，有源滤波器的可控特性就必将大大优于无源滤波器。此外，有源滤波器占用的PCB电路板面积也要小很多，只需采购一个组件，这样就大大减少了组件数量。 　　 　　多极无源滤波器还有一个重要特点，就是其截止频率不能轻易地被修改，若想修改就要花费大量工作，成本也很高。设计支持可选滤波器的有源滤波器就非常容易实施。对于不必改变滤波器频率的CVBS和S-Video系统来说，这一