無屏蔽雙絞線(UTP)——如Category-5e (Cat-5e)——最初設計為傳輸局域網(wǎng)(LAN)信號 ，現(xiàn)已成為其他許多信號傳輸應用的經(jīng)濟型解決方案，因為它具有可觀的性能和低成本優(yōu)勢。 這些應用均為傳輸寬帶視頻信號的系統(tǒng)，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(tǒng)經(jīng)常包含視頻交叉點開關，并用于將來自少量信號源的視頻信號分發(fā)至許多顯示器（如數(shù)字標牌應用），或?qū)碜源罅啃盘栐吹囊曨l信號分發(fā)至幾個顯示器，如鍵盤-視頻-鼠標(KVM)網(wǎng)絡。

 

通過UTP電纜傳輸?shù)男盘栔饕苋齻€損害的影響，這些損害會導致視頻質(zhì)量下降

 

● 集膚效應造成非線性帶寬損失，導致信號消散和高頻信號內(nèi)容丟失。 該損害導致圖像銳度下降并出現(xiàn)暗條紋。

 

● 阻性損耗帶來低頻平坦性降低，造成圖像對比度下降。

 

● 為了減少線對間的串擾，每一組線對都采用了雙絞結(jié)構(gòu)，但是對絞率（走線長度）的不同會導致4對雙絞線之間存在延遲偏差。 由于收到的3路信號在時間上存在對齊誤差，延遲偏差導致收到的圖像出現(xiàn)色彩誤差。

 

圖1所示的解決方案通過采用AD8122三通道接收器/均衡器恢復視頻信號的高頻內(nèi)容，同時提供平坦增益，從而克服了這些損害。AD8120三路偏斜補償模擬延遲線會在兩路最先到達的信號中加入延遲，使得三路收到的信號在時間上正確對齊。 AD8147三通道驅(qū)動器提供視頻源信號所需的單端至差分轉(zhuǎn)換。

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

 

 

圖1所示的視頻傳輸系統(tǒng)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(tǒng)性能以時域描述最為合適，并且最重要的指標是階躍響應建立時間。 視頻顯示中兩個像素之間的轉(zhuǎn)換通常是階躍函數(shù)，且每個像素持續(xù)一段特定的時間。 理想情況下，視頻的階躍響應應該在像素時間的一小部分（對于60 Hz時的UXGA，約為6 ns）內(nèi)完成建立，并且相對于最終值的誤差應小至忽略不計（低于滿量程約46 dB，或3.5 mV）。 雖然某些頻域性能指標很重要，但最重要的是這些指標在時域內(nèi)對視頻信號有何影響。 例如，系統(tǒng)帶寬必須足夠高，以產(chǎn)生上升時間短到滿足建立時間規(guī)格要求的階躍響應。 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(tǒng)帶寬具有的短上升時間，都可產(chǎn)生顯著的建立誤差。 系統(tǒng)簡化框圖見圖2。

圖2. 通過UTP傳輸視頻的系統(tǒng)簡化框圖 

 

RGB信號通常源自75 Ω單端、源接端電壓源，且需要75 Ω負載端接。 在負載上，正確端接的信號幅度通常在0 mV和700 mV間變化。 為了通過UTP傳輸RGB信號，信號會從單端模式轉(zhuǎn)換為平衡（差分）模式，然后放大2倍以考慮因UTP源和負載端接造成的6 dB損耗。 這可通過使用三通道差分驅(qū)動器輕松實現(xiàn)，如AD8147。

 

AD8147根據(jù)以下公式提供額外的特性，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：

其中：

 

K表示共模脈沖電壓與中間電源電壓(VMIDSUPPLY)的峰值偏差。

 

VSYNC和HSYNC是單位加權(quán)項，對于邏輯1為+1，對于邏輯0為-1。這種編碼方案產(chǎn)生總交流公模電壓為零的信號，從而最大程度地減少來自電纜的共模電磁輻射。

 

驅(qū)動器評估板包含實施單端至差分模式轉(zhuǎn)換和同步脈沖編碼所需的全部功能，包括K的調(diào)節(jié)。

 

 

UTP電纜的集膚效應產(chǎn)生隨頻率增加而增加的傳輸損耗，導致收到的信號壓擺率損失并且產(chǎn)生抖動，并且簡單電纜電阻導致了電纜對各個頻段信號均勻的產(chǎn)生了衰減。 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 

 

AD8122三通道均衡器執(zhí)行差分至單端模式轉(zhuǎn)換，針對這些信號損害提供高共模抑制和補償。圖4顯示了均衡器輸出端校正后的階躍信號，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顯示了長度為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，限帶效應和平坦損耗極為明顯。

圖5. 不同電纜長度時的非均衡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(nèi)容以及平坦損耗可通過對比圖6中AD8122輸出的經(jīng)過均衡頻率響應處理的信號和圖5中的未經(jīng)過處理的信號而看出。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(jīng)AD8122均衡器優(yōu)化后為3 dB。

圖6. 不同電纜長度時的均衡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對信號進行了2倍放大，用以驅(qū)動雙端接75 Ω的視頻信號傳輸系統(tǒng)。

 

接收器評估板包括AD8122和AD8120以及所需的全部配套電路，包括5個電位計用于手動調(diào)節(jié)高頻增強、平坦增益和3路延時。 此外，還提供針對AD8120的可選串行控制接口。

 

視頻分配系統(tǒng)中遠端的圖像質(zhì)量很重要。 圖像質(zhì)量由建立至與最終值相差3.5 mV所需的階躍響應時間決定，當該值超過像素時間的某一小部分時，圖像質(zhì)量便開始受影響。 圖7顯示了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，而且時間偏斜導致色彩失真。 完全校正后的圖像見圖8。

圖7. 未對通過300米Cat-5e電纜傳輸?shù)膱D像應用均衡和偏斜校正時

圖8. 對通過300米Cat-5e電纜傳輸?shù)膱D像應用均衡與偏斜校正后

 

發(fā)射器和接收器評估板的實物照片分別顯示在圖9與圖10中。

圖9. EVAL-CN0275-TX-EBZ發(fā)射器評估板 

圖10. EVAL-CN0275-RX-EBZ接收器評估板

 

 

成本更低的AD8124三通道均衡器在僅需驅(qū)動最高200米的UTP系統(tǒng)中可替換AD8122。AD8124與AD8122引腳不兼容，且控制功能也有所不同。

 

驅(qū)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(tǒng)，而非將脈沖置于共模電壓上的系統(tǒng)。AD8148與AD8147規(guī)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(qū)動最高為100英尺的UTP線纜。對于要求功耗更低的系統(tǒng)，AD8133和AD8134可提供與AD8146和AD8147對應相同的功能，并且功耗更低，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(tǒng)，AD8141和AD8142 CMOS驅(qū)動器也許是最佳的選擇。

 

UTP線纜的架設通常很復雜，可能覆蓋較廣的區(qū)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可使用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。

 

ADI公司提供完整的系統(tǒng)級即插即用驅(qū)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用例，例如一臺電腦和一臺高質(zhì)量顯示器。若電腦和顯示器支持最高UXGA/60 Hz的分辨率則更佳。

 

 

 

● 一個UXGA視頻源（筆記本電腦）

 

● EVAL-CN0275-TX-EBZ發(fā)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(fā)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(diào)整測試配置功能框圖