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掌握视频信号的箝位、偏置和交流耦合 本文阐述了视频信号的箝位、偏置和交流耦合，与之对应的适当的信号，双电源和单电源供 电的优缺点，以及为什么某些电路更适合特定的应用。 为什么要对视频信号进行交流耦合？ 如果你还没有问过这个问题，那么你该问一下。如果 其原因是政府命令、用户指定或工业协议，那么你的选择大概是正确的！在不少情况下，是 因为系统采用了单电源供电，使你觉得必须采用交流耦合。也许你还可以选择双电源供电， 因为采用单电源供电意味着要对视频信号进行交流耦合，这将降低视频质量。 因此，在作出进一步的决定之前，先来看一些实际情况。单电源电路由单电源供电，例如数 模转换器(DAC)，DAC 的输出可以进行电平转换(一种直流工作模式)，以确保输出在地电平 以上的动态范围。在具体实施中，常见的错误观点是：运算放大器可以检测地电平以下的信 号，因此，可以在输出中重现该信号。这种观点是不正确的。集成的单电源方案才是真正的 解决方法，但是业界将不得不接受视频输出的DC 失调电平，这与欧洲的SCART 类似 (SCART 是由法国公司Peritel 开发的视听设备互连工业标准) 。 当然，视频信号的交流耦合会带来一个问题。信号的DC 电平在设定图像亮度之后必须重建， 并确保信号落在下一级的线性工作区内。这种操作被称作“偏置”，根据视频信号波形以及偏 置点所需的精度和稳定性，可以采用不同的电路。音频信号等正弦波信号可以使用阻容(RC) 耦合来建立稳定的偏置电压。 不幸的是，S 视频中只有色度信号(C)近似于一个正弦波。亮度(Y) 、复合信号(Cvbs)和RGB 都是复杂波形，从一个参考电平沿着一个方向变化，而在参考电平以下还可以叠加一个同步 波形。这种信号需要一种专门用于视频信号的偏置方法，被称作箝位，因为它将信号的一个 极值“箝位”在基准电压，而另一个极值仍可以变化。经典形式就是二极管箝位，其中二极管 由视频的同步信号激活。不过还有其他的箝位形式。 例如，色差信号(Pb 和Pr)和图形RGB 信号采用“键控箝位”处理更好。该电路用开关替代二 极管，可以采用外部控制，使用外部(定时)信号箝位视频。最后一种偏置方法，被称作“DC 恢复”，在键控箝位中加入了反馈，在模数转换器(ADC)之前改善偏置点精度。 视频信号的交流耦合 当信号采用交流耦合时，耦合电容存贮了(信号)平均值之和，以及信号源与负载之间的DC 电势差。图1 用来说明交流耦合对不同信号偏置点的稳定性的影响。图1 所示是正弦波和 脉冲分别交流耦合到接地电阻负载时的不同之处。 图1. 简单的RC 耦合用于正弦波与脉冲时得到不同的偏置点。 开始时，两种信号都围绕相同电压变化。但是通过电容之后得到了不同的结果。正弦波围绕 半幅值点变化，而脉冲围绕与占空比成函数关系的电压变化。这意味着如果采用了交流耦合， 占空比变化的脉冲将比相同幅值频率的正弦波需要更宽的动态范围。因此，所有用于脉冲信 号的放大器最好采用直流耦合，以保持动态范围。视频信号与脉冲波形类似，也适合采用直 流耦合。 图2 给出了常见的视频信号，以及视频接口处的标准幅值(见EIA 770- 1、2 和3) 。S 视频中 的色度、分量视频中的Pb 和Pr，类似于正弦波围绕基准点变化，如上文所述。而亮度(Y) 、 复合信号与RGB 仅在0V (被称作“黑色”或“消隐”电平)至+700mV 之间正向变化。这里延用 了业界的默许协议，而不是任何标准。请注意这些信号都是复杂波形，具有同步间隔，尽管 该同步间隔可能不被定义或使用。例如，图2 给出了NTSC 和PAL 制式下使用的具有同步 头的RGB。在PC (图形)应用中，同步是单独的信号，不与RGB 叠加。在单电源应用中， 例如DAC 输出，在同步间隔内静态电平可能不同。这将影响偏置方式的选择。例如，若双 电源应用中，同步间隔内色度的静态电平不是0V，那么色度信号将更接近脉冲而不是正弦 波。 图2. 用来说明同步间隔、有效视频、同步头和后沿的RGB (a) 、分量(b)、S 视频(c)与复合 (d)视频信号。 尽管存在这些复杂因素，视频信号仍须交流耦合在电压域变化的点上。通过一个DC 连接与 两路不同的电源相连是危险的，而且通常被安全规程禁止。于是视频设备制造者有隐含的协 议，设备输入端使用交流耦合，而设备的输出使用直流耦合— — 需要下一级重建DC 分量(参 见用于PAL/DVB [SCART]的EN 50049- 1 和用于 NTSC 的SMPTE 256M，均允许DC 输 出电平) 。若无法建立这样的协议，将导致“双重耦合”，即两个耦合电容出现串联，或导致短 路，即没有电容出现。该规