電路功能與優勢

無屏蔽雙絞線（UTP）——如Category-5e （Cat-5e）——最初設計為傳輸局域網（LAN）流量，現已成為其他許多信號傳輸應用的經濟型解決方案，因為它具有可觀的性能和低成本優勢。這些應用均為傳輸寬帶視頻信號的系統，它們采用4對雙絞線中的3對傳輸紅、綠、藍（RGB）電腦視頻信號或亮度和兩個色差（YPbPr）、高清分量視頻信號。視頻信號消隱間隔中可嵌入所需的水平和垂直同步脈沖，這些脈沖亦可在3對雙絞線中作為共模差分信號傳輸。這些系統經常包含視頻交叉點開關，并用于將小部分視頻信號源分發至許多顯示器（如數字標牌），或將大部分視頻信號源分發至幾個顯示器，如鍵盤-視頻-鼠標（KVM）網絡。

圖1所示的方案通過采用 AD8122 三路接收器/均衡器以克服這些損害，恢復視頻的高頻內容，同時提供平坦的增益。AD8120 三路偏斜補償模擬延遲線，在兩路最先到達的信號 中加入延遲，使得三路接收信號在時間上正確排列。AD8147 三路驅動器提供視頻源信號所需的單端至差分轉換。

圖1. 均衡與延遲補償UTP驅動器和接收器（原理示意圖：未顯示所有引腳、連接和去耦）

圖2. 通過UTP傳輸視頻的系統簡化框圖

電路描述

圖1所示視頻傳輸系統采用RGBHV視頻信號，其中RGB表示紅、綠、藍視頻信號，HV表示獨立水平和垂直同步脈沖信號。因此，總共5路信號通過3對雙絞線電纜傳輸。

視頻系統性能以時序描述最為合適，并且最重要的參數是階躍響應建立時間。視頻顯示的兩個像素之間的傳輸通常是階躍函數，且每一像素持續一段特定的時間。理想情況下，視頻的階躍響應最終值誤差應小至忽略不計（低于滿量程約46dB，或3.5 mV），為像素時間的一小部分（對于60 Hz時的UXGA，約為6ns）。雖然某些頻域性能指標很重要，但最重要的是這些指標如何在時域內影響視頻信號。例如，系統帶寬必須足夠高，以產生上升時間滿足建立時間要求的階躍響應。然而，單有帶寬還不夠，因為振鈴、過沖和響應遲緩，甚至寬系統帶寬具有的短上升時間，都可產生極大的建立誤差。系統簡化框圖見圖2。

驅動器

RGB信號通常源自75Ω單端、源接端電壓源，且需要75Ω負載端。在負載上，正確端接的信號幅度通常在0 mV和700 mV間變化。若要通過UTP傳輸RGB信號，則信號需進行單端模式至平衡（差分）模式的轉換，然后放大2倍以考慮由于UTP源和負載端造成的6 dB損耗。這可通過使用三路差分驅動器輕松實現，如 AD8147。

AD8147 根據以下等式提供額外的特性以編碼TTL邏輯電平、三路輸出共模電壓（VOCM）上的水平和垂直同步脈沖信號：

Red Vocm = K/2（VSYNC - HSYNC）+ VMIDSUPPLY

Green Vocm = K/2（-2VSYNC） + VMIDSUPPLY

Blue Vocm = K/2（VSYNC + HSYNC）+ VMIDSUPPLY

其中：

K表示中間電源電壓（VMIDSUPPLY）時共模脈沖電壓的峰值偏差。VSYNC和HSYNC是單位加權項，對于邏輯1為+1，對于邏輯0為?1。

這種編碼方案產生數值為零的凈交流共模電壓，減少來自電纜的共模電磁輻射。

驅動器評估板包含安裝單端至差分模式轉換和同步脈沖編碼所需的全部信息，包括K的調節。

接收機

UTP電纜的集膚效應產生隨頻率增加的傳輸損耗，導致接收信號呈現圓形且分散，并且簡單電纜電阻導致電纜的扁平阻性損耗。圖3通過對比300米長的UTP全擺幅視頻階躍響應與輸入電纜的階躍信號，展示了這些效應。

圖 3. 300米Cat-5e非均衡電纜的階躍響應

AD8122 是三路均衡器，進行差分至單端模式轉換，針對信號損壞具有高共模抑制和補償。圖4表示均衡器輸出的正確階躍信號，建立至1%誤差所需時間少于70 ns。注意圖4中的時間刻度以納秒為單位。

圖4. 300米Cat-5e電纜均衡階躍響應（注意時間單位為ns）

對于頻域而言，圖5表示長度為100英尺至1000英尺的Cat-5e電纜的頻率響應，長度以100英尺遞增，限帶效應和扁平損耗極為明顯。

圖5. 針對不同電纜長度的非均衡Cat-5e電纜頻率響應

有關 AD8122 如何有效恢復接收信號的高頻內容以及扁平損 耗可通過對比圖6中 AD8122輸出的均衡頻率響應和圖5中的非均衡頻率響應而看出。對于1000英尺（300米）長的電纜，60 MHz時超過50 dB的非均衡損耗經AD8122均衡器優化后為3 dB。

圖6. 針對不同電纜長度的均衡Cat-5e電纜頻率響應

針對最后一個損害， AD8120 三路延遲線糾正了3對雙絞線之間的時間偏斜并提供2的增益以驅動通過雙端接75Ω電纜傳輸至顯示器的視頻信號。

接收器評估板包括 AD8122 和 AD8120以及所需的全部支持電路，包括5個電位計以調節高升頻值、平坦增益和3條延遲線。此外，還提供針對AD8120的可選串行控制的串行接口。

結束語

視頻分配系統中遠端的圖像質量很重要。圖像質量由階躍響應至3.5 mV的建立時間最終值所決定，當該值超過像素時間的某一部分時，圖像質量便開始受影響。圖7表示未采用均衡或偏斜校正時，通過300米（1000英尺）Cat-5e電纜接收圖像的極端例子。圖7中的黑色拖尾極為嚴重，階躍響應遲緩，且由于時間偏斜導致色彩失調。完全校正后的圖像見圖8。

圖7. 通過300米Cat-5e電纜傳輸，非均衡、無偏斜校正圖像

圖8. 通過300米Cat-5e電纜傳輸，經均衡與偏斜校正后的圖像

發射器和接收器評估板的實物照片對應顯示在圖9與圖10中。

圖9. EVAL-CN0275-TX-EBZ發射器評估板

圖10. EVAL-CN0275-RX-EBZ接收器評估板

常見變化

成本更低的 AD8124 三路均衡器在僅需驅動最高200米的 UTP系統中可替換 AD8122。AD8124與AD8122引腳不兼容，且控制功能也有所不同。

驅動器除了 AD8147，還有很多選擇。 AD8146 提供和 AD8147 相同的功能，但不集成專門的共模同步電路。AD8146 通常用在那些將垂直和水平同步脈沖放置在視頻信號消隱間隔中的系統，而非將脈沖置于共模電壓上的系統。 AD8148 與 AD8147 規格相同，只不過它的固定增益為4而非2，并且可配置用于預加重，以驅動最高為100英尺的UTP。對于要求功耗更低的系統， AD8133 和 AD8134可提供與AD8146和AD8147對應相同的功能，且消耗更低的功耗，但它們的帶寬較低。最后，對于可使用5 V電源、成本最低的系統，AD8141和AD8142 CMOS驅動器也許是最佳的選擇。

UTP的安裝各不相同，可能覆蓋較廣的區域、通過多個配線架，并且時而沒有接地參考。這些情況可能導致與本地接收器接地參考有關的接收共模電壓的劇烈波動。在均衡器前端放置一個具有寬共模范圍的平坦增益差分接收器，如AD8143，則可在這些情況下提供最高21 V的輸入共模范圍。

AD8122 和AD8124均同時支持同軸電纜與UTP電纜。AD8122可引腳綁定為任一模式，且AD8124利用VPOLE控制以修改它的頻率響應，支持任一電纜類型。

電路評估與測試

ADI公司提供完整的系統級即插即用驅動器和接收器評估板，包含所需的全部視頻圖像陣列（VGA）電路和RJ-45連接器。提供帶有旋鈕的電位計以控制均衡和偏斜校正。一個簡單的視頻源即可提供最好的測試配置，例如一臺電腦和一臺高質量顯示器。若電腦和顯示器支持最高UXGA/60Hz的分辨率則更佳。

設備要求

需要以下設備：

一個UXGA視頻源（筆記本電腦）

EVAL-CN0275-TX-EBZ發射器評估板

EVAL-CN0275-RX-EBZ接收器評估板

±5 V電源（兩個：一個用于發射器評估板，另一個用于接收器評估板）

Cat-5e電纜，100英尺至1000英尺，增量為100英尺（Stellar Labs U5E-24-CMR-665，MCM Electronics #24-10510）

一臺UXGA視頻顯示器

測試

測試設置的簡化框圖見圖11。連接設備后，即可使用標準視頻進行端到端的測試。

圖11. 通過UTP傳輸視頻的自動調整測試配置功能框圖