降低視頻子系統(tǒng)的工作和待機(jī)功耗，延長(zhǎng)手持式
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附錄 1.8V視頻濾波放大器的電路考慮，給出了采用新的1.8V數(shù)字I/O電壓設(shè)計(jì)視頻電路時(shí)需要解決的特殊問(wèn)題。
當(dāng)視頻濾波放大器采用1.8V電源電壓工作時(shí)，必須采用DirectDrive技術(shù)。采用電壓模式輸出級(jí)的放大器必須至少提供2VP-P擺幅，才能輸出復(fù)合視頻信號(hào)。傳統(tǒng)的放大器采用1.8V單電源供電時(shí)，沒(méi)有足夠的余量產(chǎn)生2VP-P輸出信號(hào)。而采用DirectDrive后，集成反向電荷泵將產(chǎn)生一個(gè)嘈雜的-1.8V電壓；負(fù)電壓線性穩(wěn)壓器將-1.8V電壓穩(wěn)定到-1V，降低了電荷泵噪聲。因此，實(shí)際采用-1V至+1.8V的電壓供電時(shí)，MAX9509剛好有足夠的余量輸出2VP-P視頻信號(hào)。
MAX9509采用低電壓、低IQ的DirectDrive輸出級(jí)，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視頻濾波放大器的PQ。
需要注意的是，在如此低的電壓下電路高速工作，噪聲將大大增加，因?yàn)榇藭r(shí)電路的工作電流要比正常情況低。在MAX9509在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮了噪聲問(wèn)題，該器件具有極佳的峰值信噪比(SNR)，達(dá)到64dB，足以滿足消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品的要求。為了使電視屏幕顯示清晰的圖像，峰值SNR應(yīng)該在40dB左右。
將充滿噪聲的電荷泵與濾波器和放大器放置在同一芯片是主要的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。電荷泵有可能向敏感的視頻信號(hào)上引入開(kāi)關(guān)噪聲。把MAX9509的電荷泵與視頻信號(hào)通路隔離開(kāi)可以有效解決這個(gè)問(wèn)題，得到極低的電荷泵噪聲頻域特性(圖6)，而且從時(shí)域特性也幾乎觀察不到噪聲(圖7)。
圖6. 測(cè)量MAX9509的噪聲和頻率關(guān)系時(shí)，電荷泵的噪聲頻譜非常小。
圖7. 視頻信號(hào)為1VP-P時(shí)，MAX9509輸出隨時(shí)間的變化(底部圖形)，峰值為1.4mVP-P。頂部圖形是電荷泵飛電容的電壓。
消費(fèi)者在屏幕上觀察MAX9509的輸出信號(hào)時(shí)，既不會(huì)看到寬帶噪聲，也不會(huì)看到電荷泵噪聲。
低功耗視頻濾波放大器的發(fā)展方向
雖然低功耗視頻濾波放大器的開(kāi)發(fā)工作已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但I(xiàn)C設(shè)計(jì)人員還有許多工作要做。
例如，視頻負(fù)載檢測(cè)。如果視頻濾波放大器具有負(fù)載電子檢測(cè)功能，并為微控制器系統(tǒng)提供負(fù)載狀態(tài)，只在出現(xiàn)有效的視頻負(fù)載時(shí)開(kāi)啟視頻輸出電路，即可進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的智能化視頻功耗管理。目前，大多通過(guò)機(jī)械插孔檢測(cè)視頻負(fù)載的插入，以開(kāi)啟視頻輸出電路。如果電纜另一端沒(méi)有連接電視或其他監(jiān)視器，這種方法將造成電池能量的浪費(fèi)。視頻負(fù)載電子檢測(cè)的另一個(gè)好處是只需要標(biāo)準(zhǔn)連接器，而不需要帶有機(jī)械插孔檢測(cè)的連接器，與標(biāo)準(zhǔn)連接器相比，這種機(jī)械連接器增加了成本，而且占用更大空間。
便攜式設(shè)備中，低功耗一直是重中之重；考慮到越來(lái)越高的能源成本和全球變暖問(wèn)題，墻上適配器供電的設(shè)備也越來(lái)越注重功耗問(wèn)題。因此，發(fā)展趨勢(shì)是在模擬芯片中集成更加智能的電源管理電路。對(duì)于視頻濾波放大器，不但功耗要低，而且還應(yīng)該具備視頻負(fù)載檢測(cè)、視頻輸入檢測(cè)和控制電路，以便控制相應(yīng)的工作模式。由于視頻芯片一般用于價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)激烈的消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品，最大的難題是如何在增強(qiáng)智能化電源管理的同時(shí)不會(huì)過(guò)多地增加成本。
附錄：1.8V視頻濾波放大器的電路考慮
設(shè)計(jì)低功耗1.8V視頻濾波放大器時(shí)，需要考慮一些特殊因素。設(shè)置偏置電流合理分配電源電流，是最有效的途徑。仔細(xì)布板能夠降低寄生電容，實(shí)現(xiàn)良好的器件匹配。最后，還須認(rèn)真檢查并分析電路中所有支路的電流。這一系列措施有助于降低功耗，降低電路的帶寬需求，只需滿足頻率響應(yīng)和視頻性能的帶寬要求。
通過(guò)仔細(xì)的電路設(shè)計(jì)，并依托Maxim先進(jìn)的BiCMOS工藝，MAX9509的功耗要比上一代產(chǎn)品的功耗低得多。為了在滿足特定應(yīng)用性能要求的同時(shí)達(dá)到最低功耗，我們對(duì)所有上一代視頻設(shè)計(jì)電路進(jìn)行了分析。例如，減少MAX9509電源之間偏置電流的鏡像；盡可能少地使用所產(chǎn)生的負(fù)電源。除此之外，還采用了專(zhuān)有電路來(lái)消除放大器工作在小電流時(shí)的失真。
Maxim先進(jìn)的模擬工藝能夠針對(duì)特定的視頻信號(hào)通道優(yōu)選元件(例如，雙極型和MOS)，從而進(jìn)一步降低MAX9509的功耗。MAX9509的5極點(diǎn)濾波器省去了上一代6極點(diǎn)濾波放大器所需的雙二階濾波器(圖8和圖9)。對(duì)于消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用，5極點(diǎn)和6極點(diǎn)濾波器的濾波性能差異不大，取消雙二階濾波器將使總電源電流降低10%以上。
圖8. 上一代視頻濾波放大器采用6極點(diǎn)濾波器。
圖9. MAX9509只采用5極點(diǎn)濾波器，省去了雙二階濾波器，總電源電流減少10%。
通過(guò)仔細(xì)放置濾波電路和放大電路，在給定的系統(tǒng)參數(shù)下優(yōu)化信號(hào)通道的每一模塊，進(jìn)而降低總電流。例如，MAX9509要獲得8倍增益時(shí)，在濾波器內(nèi)部采用4倍增益的前置放大器。因此，最終得到的視頻放大器只需要2V/V增益(圖9)，從而降低了對(duì)最后一級(jí)視頻放大器的要求，并降低功耗。同時(shí)也降低了兩個(gè)放大器的總功耗，實(shí)現(xiàn)最佳性能。
評(píng)論