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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越來越多的便攜式設(shè)備，例如數(shù)碼相機(jī)、蜂窩電話和便攜式媒體播放器等，都開始逐漸增加復(fù)合視頻輸出的連接功能。這類設(shè)備中，視頻數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)產(chǎn)生復(fù)合視頻信號(hào)，在送至輸出連接器之前必須經(jīng)過視頻濾波和放大。設(shè)計(jì)工程師在選擇視頻濾波器時(shí)已經(jīng)考慮了功耗、總體成本、尺寸以及圖像質(zhì)量等因素，本文介紹了下一代便攜設(shè)備中的其它需求以及如何設(shè)計(jì)新一代視頻濾波器才能滿足這些需求。
越來越多的便攜式設(shè)備，例如數(shù)碼相機(jī)、蜂窩電話和便攜式媒體播放器等，都開始逐漸增加復(fù)合視頻輸出的連接功能。這類設(shè)備中，連接在視頻數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)之后的視頻濾波放大器產(chǎn)生視頻信號(hào)?，F(xiàn)有的3.3V視頻濾波放大器處理視頻信號(hào)時(shí)，功耗為45mW。
電池使用時(shí)間是便攜設(shè)備的關(guān)鍵，首先要考慮降低視頻系統(tǒng)IC的功耗。出于這一考慮，新一代視頻濾波放大器能夠工作在1.8V電壓，功耗僅為12mW—功耗降低了近70%。
能量消耗在哪里?
簡(jiǎn)單地說，每個(gè)電路的功耗包括自身工作的損耗和驅(qū)動(dòng)負(fù)載的損耗。圖1中，電源為電路提供總電流(IT)，其中IQ是運(yùn)算放大器的靜態(tài)電流，IL是負(fù)載電流。
圖1. 單電源運(yùn)算放大器，帶有一個(gè)對(duì)地電阻負(fù)載。
電流和電源電壓相乘得出功率。首先按照以下公式計(jì)算靜態(tài)功耗(PQ)、負(fù)載功耗(PL)以及總功耗(PT)：
PQ = VDD × IQ
PL = VDD × IL
PT = PQ + PL = VDD × (IQ + IL)
為降低實(shí)際消耗的功率，必須同時(shí)減小PQ和PL。減小VDD、IQ和IL都可以達(dá)到這一目的。
通常情況下，IC數(shù)據(jù)資料會(huì)給出IQ或PQ參數(shù)，但很少提到典型信號(hào)和典型負(fù)載條件下的平均功耗。對(duì)于便攜式視頻濾波放大器，由于電路不是處于關(guān)斷狀態(tài)，就是完全開啟，因此，PQ幾乎是無用信息。完全開啟時(shí)，視頻濾波放大器為負(fù)載提供視頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)。沒有視頻負(fù)載時(shí)，為了節(jié)省電池能量，應(yīng)關(guān)斷視頻濾波放大器；如果在沒有視頻負(fù)載時(shí)開啟視頻濾波放大器，會(huì)造成電池能量的浪費(fèi)。
3.3V視頻濾波放大器的功耗
當(dāng)3.3V視頻濾波放大器向負(fù)載提供視頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)，功耗增大，如表1所示。平均功耗定義為視頻濾波放大器以50%平場(chǎng)視頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)150Ω對(duì)地負(fù)載時(shí)的功耗。50%平場(chǎng)信號(hào)作為典型的視頻信號(hào)，在電視上顯示為灰屏(PL取決于圖像內(nèi)容，黑屏?xí)r功耗最低，白屏?xí)r功耗最大)。注意，盡管元件的PQ差別很大，平均功耗卻非常接近。
表1. 各種視頻濾波放大器的平均功耗和靜態(tài)功耗
| Company | Part | Supply Voltage (V) | Average Current (mA) | Average Power (mW) | IQ (mA) | PQ (mW) | Output Style |
| Maxim | MAX9502 | 3.3 | 13.5 | 44.6 | 5.3 | 17.5 | Positive DC bias |
| TI? | OPA360 | 3.3 | 12.2 | 40.1 | 6 | 19.8 | Zero DC bias |
| Maxim | MAX9503 | 3.3 | 13.2 | 43.4 | 12 | 39.6 | DirectDrive? |
將視頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)至視頻負(fù)載造成功耗增大，這在很大程度上取決于視頻放大器的輸出方式。MAX9502輸出視頻信號(hào)采用了正向直流偏置(參見圖2)。維持輸出信號(hào)的正向直流偏置會(huì)使總功耗增大。因此，MAX9502必須供出大約8.7mA的電流(圖2b中以藍(lán)色粗線表示的電壓除以150Ω)。
圖2. MAX9502G應(yīng)用電路，輸入、輸出為50%平場(chǎng)信號(hào)。
圖2a. 50%平場(chǎng)信號(hào)波形，輸入到需要測(cè)試的視頻濾波放大器。
圖2b. MAX9502G的輸出波形，藍(lán)色曲線表示50%平場(chǎng)信號(hào)的近似平均直流電平。
OPA360 (表1)的輸出可以配合SAG網(wǎng)絡(luò)工作，它由兩個(gè)交流耦合電容組成(圖3)。這些電容阻斷了輸出和負(fù)載之間的直流連接。因此，放大器不需要源出或吸入維持輸出偏置的電流，從而降低了功耗。
圖3. 對(duì)于50%的平場(chǎng)信號(hào)，由于電容阻斷了輸出和負(fù)載之間的直流連接，因此，OPA360應(yīng)用電路可有效降低功耗。
圖3a. OPA360輸出波形中的藍(lán)色曲線表示50%平場(chǎng)信號(hào)的近似平均直流電平。
利用Maxim受專利保護(hù)的DirectDrive技術(shù)，MAX9503能夠輸出接近零直流偏置的視頻信號(hào)，無需任何交流耦合電容(參見圖4)。由于片內(nèi)反向電荷泵可產(chǎn)生負(fù)電壓，因此，這一技術(shù)使MAX9503能夠輸出地電平以下的信號(hào)。盡管DirectDrive增大了PQ，但由于PL降低，MAX9503的平均功耗能夠與MAX9502和OPA360保持在同一水平。由于直流偏置接近地電平，MAX9503只需源出較小的電流。
圖4. 50%平場(chǎng)信號(hào)通過MAX9503G應(yīng)用電路。
圖4a. MAX9503G輸出波形中的藍(lán)色曲線表示50%平場(chǎng)信號(hào)的近似直流平均值。
新一代產(chǎn)品：1.8V視頻濾波放大器
MAX9509是Maxim新一代視頻濾波放大器系列的首款器件，大大降低了平均功耗和PQ，如圖5所示。其電源電壓(VDD)由3.3V降到了1.8V，1.8V是移動(dòng)電話正在逐漸使用的數(shù)字I/O電壓；靜態(tài)電源電流(IQ)也由12mA降到了3.1mA (參見表2)。
圖5. MAX9509 1.8V應(yīng)用電路處理50%平場(chǎng)信號(hào)，大大降低了功耗。
圖5a. 50%平場(chǎng)波形輸入到MAX9509；其振幅是圖2a中波形振幅的一半。
圖5b. MAX9509輸出波形中的藍(lán)色曲線表示50%平場(chǎng)信號(hào)的近似直流平均值。
表2. MAX9509的平均功耗和靜態(tài)功耗
| Company | Part | Supply Voltage (V) | Average Current (mA) | Average Power (mW) | IQ (mA) | PQ (mW) |
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