實現(xiàn)集成的雙SCART音頻/視頻交叉點和驅(qū)動器
[導(dǎo)讀]雙SCART芯片開關(guān)陣列芯片MAX4397提供將音頻和視頻信號發(fā)送到具有兩個SCART連接器的歐洲機頂盒所需的集成功能。在越來越短的設(shè)計時間和不斷增加的價格壓力下，該芯片方案有助于設(shè)計工程師開發(fā)更具競爭力的機頂盒產(chǎn)品。
雙SCART芯片開關(guān)陣列芯片MAX4397提供將音頻和視頻信號發(fā)送到具有兩個SCART連接器的歐洲機頂盒所需的集成功能。在越來越短的設(shè)計時間和不斷增加的價格壓力下，該芯片方案有助于設(shè)計工程師開發(fā)更具競爭力的機頂盒產(chǎn)品。
SCART線纜在歐洲用來連接兩個多媒體電子設(shè)備。SCART連接器包含21個引腳，其中包括雙向音頻和視頻線(見圖1)。引腳21實際上是SCART連接器的地屏蔽。不少機頂盒具有兩個SCART連接器，一個用于連接電視，另外一個用于連接錄像機(VCR)。為了在機頂盒、VCR和電視之間發(fā)送音頻和視頻信號，需要一個復(fù)雜的音頻/視頻交叉點電路。很多設(shè)計工程師使用分立器件-電感、電容、模擬開關(guān)、邏輯門和視頻放大器來創(chuàng)建這種音頻/視頻交叉點電路。這種分立器件方案存在以下一些缺點：
圖1：公的SCART連接器焊接面。
1. 占用很多的電路板面積；
2. 需要很多微處理器的通用輸入和輸出(GPIO)引腳，
3. 會延長設(shè)計時間；
4. 由于電路復(fù)雜，因此可靠性較低。
在過去，設(shè)計工程師創(chuàng)建分立的方案是因為他們認為分立方案比集成方案更便宜。如今像MAX4397雙SCART芯片這樣的集成方案其價格已可與分立方案匹敵，并可使設(shè)計時間縮短，減少器件和電路板面積。
MAX4397是一種面向歐洲機頂盒市場的低成本、高集成度的雙SCART音頻和視頻開關(guān)矩陣。圖2顯示了簡化的系統(tǒng)框圖。在I2C控制下，將音頻和視頻信號在MPEG解碼器芯片的視頻編碼器模塊和兩個外部SCART連接器之間傳輸，滿足EN50049-1、IEC933-1、Canal+和BSkyB標(biāo)準(zhǔn)。視頻編碼器只能發(fā)送單向視頻信號到MAX4397，而TV和VCR SCART連接器是雙向的。MAX4397工作在標(biāo)準(zhǔn)的5V和12V電源條件下，支持慢的和快的切換信號。
圖2：MAX4397系統(tǒng)簡圖及與外圍電路連接示意。
視頻部分
視頻部分由輸入調(diào)理、重構(gòu)濾波器、一個開關(guān)矩陣、一個Y/C混合器和輸出緩沖器組成。視頻電路由5V電源供電。圖3顯示了視頻部分的功能框圖。
1. 輸入調(diào)理
所有的輸入視頻是通過外部0.1uF電容進行交流耦合的。有兩種不同的輸入電路，分別是偏置電路和鉗位電路。鉗位電路設(shè)定復(fù)合視頻(CVBS)和亮度信號的同步脈沖頂部電平在大約1.2V。因為RGB分量視頻信號不具有同步脈沖，輸入鉗位電路將RGB信號設(shè)定在它們的空電平上。偏置電路用來設(shè)定色度信號在大約1.9V。視頻輸入可以接受色度或者紅色視頻信號，通過I2C接口來選擇偏置或者鉗位電路。
圖3：MAX4397視頻部分功能框圖。
2. 重構(gòu)濾波器
對于標(biāo)準(zhǔn)清晰度模擬視頻，視頻編碼器DAC的采樣頻率通常為27MHz。來自視頻DAC的視頻信號需要進行低通濾波以抑制27MHz的倍頻圖像信號。在分立方案中，3極LC低通濾波器放置在每個視頻DAC之后，用來消除這些圖像信號。圖4顯示每個DAC輸出的一般配置。所有DAC需要總計超過12個LC器件。MAX4397集成了6個4階Butterworth低通濾波器，這些濾波器具有6MHz帶寬和在27MHz頻率下-50dB的典型衰減。采用MAX4397，設(shè)計工程師不再需要外部LC低通濾波器，因而可節(jié)省電路板空間。圖5顯示了MAX4397的大信號頻率響應(yīng)。增益在6MHz之后快速滾降，大大衰減了高頻噪聲，提高了視頻質(zhì)量。
3. 慢速切換和快速切換
MAX4397支持IEC 933-1、Amendment1以及用于選擇顯示器(電視)寬高比的三級慢速切換。在兼容I2C的控制下，MAX4397設(shè)定慢速切換輸出電壓電平。慢速切換輸出也可以被設(shè)定在一個邏輯電平或者高阻抗。TV SCART連接和VCR SCART連接各有一個雙向的低速切換引腳。
圖4：傳統(tǒng)的L-C重構(gòu)濾波器。
視頻編碼器和VCR使用RGB分量視頻信號和快速切換信號來插入一個屏幕顯示(OSD)，通常是文本。
MAX4397支持來自VCR或者MPEG視頻編碼器的RGB輸入，以及只輸出到電視的RGB。RGB格式的紅色視頻信號和S-VHS格式的色度視頻信號共享同一SCART連接引腳。因此，RGB和S視頻信號不能同時出現(xiàn)。快速切換信號還可以通過I2C接口被設(shè)定到一個恒定的高或者低輸出信號。
4. 輸出部分
輸出視頻驅(qū)動器除了電視RGB輸出以外，還具有6dB增益，這個增益可以通過編程設(shè)定在5dB到7dB之間，步進幅度為1dB。所有的視頻輸出是直流耦合的。每個輸出可以驅(qū)動150歐姆的負載到地。視頻輸出不應(yīng)該是交流耦合的，因為視頻驅(qū)動器的輸出級不能吸收電流。視頻輸出內(nèi)部偏置到鉗位電路選擇的輸入電壓1V。針對這個偏置選擇輸入，視頻輸出內(nèi)部偏置到大約2.2V.
MAX4397包括一個片上混頻器用來在S視頻(Y和C)出現(xiàn)時產(chǎn)生復(fù)合視頻(CVBS)。電路將Y和C信號相加來獲得CVBS分量。最后的復(fù)合視頻信號可以發(fā)送到RF_CVBS_OUT輸出引腳。一個+6dB輸出緩沖器驅(qū)動RF_CVBS_OUT。
圖5：大信號頻率響應(yīng)。
音頻部分
音頻部分具有一個輸入緩沖器、一個開關(guān)矩陣、音量或者增益控制電路和輸出驅(qū)動器。音頻電路由5V和12V電源供電。圖6顯示了MAX4397S的音頻功能框圖。
1. 音頻輸入
MAX4397具有兩個版本，區(qū)別在于立體聲音頻DAC輸出是單端的或者是差分的。MAX4397S具有一個單端音頻輸入，而MAX4397D具有差分的音頻編碼器輸入。
此音頻模塊具有來自立體聲音頻DAC、TV SCART連接器和VCR SCART連接器的三個立體聲輸入對。每個輸入在內(nèi)部偏置在大約0.23*V12，除了DC偏置在外部固定的MAX4397D的輸入外。MAX4397D的編碼器音頻輸入共模輸入電壓范圍在1.2V到4.3V內(nèi)。如果來自音頻DAC的輸入音頻信號不在共模電壓范圍內(nèi)，在編碼器的音頻輸入處需要一個外部交流耦合偏置網(wǎng)絡(luò)來將信號設(shè)定在
1.2V到4.3V之間。
圖6：MAX4397音頻部分功能框圖。
2. 輸出部分
電視SCART連接器和VCR SCART連接器都具有立體聲左右輸出聲道。音頻輸出偏置在V12的一半電壓，必須進行交流耦合。每個音頻輸出都能將兩個具有10k歐姆負載的音頻線驅(qū)動到3Vrms。電視左右聲道混合的非立體聲輸出驅(qū)動外部RF調(diào)制器。
采用I2C接口，電視輸出音頻路徑具有從-56dB到+6dB的音量控制，調(diào)節(jié)步進大小為2dB，而VCR輸出音頻路徑具有從-6dB到+6dB范圍的音量控制，調(diào)節(jié)步進大小為6dB。電視的聲道采用了過零檢測(ZCD)電路，在任意時刻音頻信號切換時會產(chǎn)生信號電平突變，ZCD電路使這種電平突變引起的“咔嗒”噪聲最小化。采用分立器件方案，則很難實現(xiàn)良好的音量控制。
SCART線纜在歐洲用來連接兩個多媒體電子設(shè)備。SCART連接器包含21個引腳，其中包括雙向音頻和視頻線(見圖1)。引腳21實際上是SCART連接器的地屏蔽。不少機頂盒具有兩個SCART連接器，一個用于連接電視，另外一個用于連接錄像機(VCR)。為了在機頂盒、VCR和電視之間發(fā)送音頻和視頻信號，需要一個復(fù)雜的音頻/視頻交叉點電路。很多設(shè)計工程師使用分立器件-電感、電容、模擬開關(guān)、邏輯門和視頻放大器來創(chuàng)建這種音頻/視頻交叉點電路。這種分立器件方案存在以下一些缺點：
圖1：公的SCART連接器焊接面。
1. 占用很多的電路板面積；
2. 需要很多微處理器的通用輸入和輸出(GPIO)引腳，
3. 會延長設(shè)計時間；
4. 由于電路復(fù)雜，因此可靠性較低。
在過去，設(shè)計工程師創(chuàng)建分立的方案是因為他們認為分立方案比集成方案更便宜。如今像MAX4397雙SCART芯片這樣的集成方案其價格已可與分立方案匹敵，并可使設(shè)計時間縮短，減少器件和電路板面積。
MAX4397是一種面向歐洲機頂盒市場的低成本、高集成度的雙SCART音頻和視頻開關(guān)矩陣。圖2顯示了簡化的系統(tǒng)框圖。在I2C控制下，將音頻和視頻信號在MPEG解碼器芯片的視頻編碼器模塊和兩個外部SCART連接器之間傳輸，滿足EN50049-1、IEC933-1、Canal+和BSkyB標(biāo)準(zhǔn)。視頻編碼器只能發(fā)送單向視頻信號到MAX4397，而TV和VCR SCART連接器是雙向的。MAX4397工作在標(biāo)準(zhǔn)的5V和12V電源條件下，支持慢的和快的切換信號。
圖2：MAX4397系統(tǒng)簡圖及與外圍電路連接示意。
視頻部分
視頻部分由輸入調(diào)理、重構(gòu)濾波器、一個開關(guān)矩陣、一個Y/C混合器和輸出緩沖器組成。視頻電路由5V電源供電。圖3顯示了視頻部分的功能框圖。
1. 輸入調(diào)理
所有的輸入視頻是通過外部0.1uF電容進行交流耦合的。有兩種不同的輸入電路，分別是偏置電路和鉗位電路。鉗位電路設(shè)定復(fù)合視頻(CVBS)和亮度信號的同步脈沖頂部電平在大約1.2V。因為RGB分量視頻信號不具有同步脈沖，輸入鉗位電路將RGB信號設(shè)定在它們的空電平上。偏置電路用來設(shè)定色度信號在大約1.9V。視頻輸入可以接受色度或者紅色視頻信號，通過I2C接口來選擇偏置或者鉗位電路。
圖3：MAX4397視頻部分功能框圖。
2. 重構(gòu)濾波器
對于標(biāo)準(zhǔn)清晰度模擬視頻，視頻編碼器DAC的采樣頻率通常為27MHz。來自視頻DAC的視頻信號需要進行低通濾波以抑制27MHz的倍頻圖像信號。在分立方案中，3極LC低通濾波器放置在每個視頻DAC之后，用來消除這些圖像信號。圖4顯示每個DAC輸出的一般配置。所有DAC需要總計超過12個LC器件。MAX4397集成了6個4階Butterworth低通濾波器，這些濾波器具有6MHz帶寬和在27MHz頻率下-50dB的典型衰減。采用MAX4397，設(shè)計工程師不再需要外部LC低通濾波器，因而可節(jié)省電路板空間。圖5顯示了MAX4397的大信號頻率響應(yīng)。增益在6MHz之后快速滾降，大大衰減了高頻噪聲，提高了視頻質(zhì)量。
3. 慢速切換和快速切換
MAX4397支持IEC 933-1、Amendment1以及用于選擇顯示器(電視)寬高比的三級慢速切換。在兼容I2C的控制下，MAX4397設(shè)定慢速切換輸出電壓電平。慢速切換輸出也可以被設(shè)定在一個邏輯電平或者高阻抗。TV SCART連接和VCR SCART連接各有一個雙向的低速切換引腳。
圖4：傳統(tǒng)的L-C重構(gòu)濾波器。
視頻編碼器和VCR使用RGB分量視頻信號和快速切換信號來插入一個屏幕顯示(OSD)，通常是文本。
MAX4397支持來自VCR或者MPEG視頻編碼器的RGB輸入，以及只輸出到電視的RGB。RGB格式的紅色視頻信號和S-VHS格式的色度視頻信號共享同一SCART連接引腳。因此，RGB和S視頻信號不能同時出現(xiàn)。快速切換信號還可以通過I2C接口被設(shè)定到一個恒定的高或者低輸出信號。
4. 輸出部分
輸出視頻驅(qū)動器除了電視RGB輸出以外，還具有6dB增益，這個增益可以通過編程設(shè)定在5dB到7dB之間，步進幅度為1dB。所有的視頻輸出是直流耦合的。每個輸出可以驅(qū)動150歐姆的負載到地。視頻輸出不應(yīng)該是交流耦合的，因為視頻驅(qū)動器的輸出級不能吸收電流。視頻輸出內(nèi)部偏置到鉗位電路選擇的輸入電壓1V。針對這個偏置選擇輸入，視頻輸出內(nèi)部偏置到大約2.2V.
MAX4397包括一個片上混頻器用來在S視頻(Y和C)出現(xiàn)時產(chǎn)生復(fù)合視頻(CVBS)。電路將Y和C信號相加來獲得CVBS分量。最后的復(fù)合視頻信號可以發(fā)送到RF_CVBS_OUT輸出引腳。一個+6dB輸出緩沖器驅(qū)動RF_CVBS_OUT。
圖5：大信號頻率響應(yīng)。
音頻部分
音頻部分具有一個輸入緩沖器、一個開關(guān)矩陣、音量或者增益控制電路和輸出驅(qū)動器。音頻電路由5V和12V電源供電。圖6顯示了MAX4397S的音頻功能框圖。
1. 音頻輸入
MAX4397具有兩個版本，區(qū)別在于立體聲音頻DAC輸出是單端的或者是差分的。MAX4397S具有一個單端音頻輸入，而MAX4397D具有差分的音頻編碼器輸入。
此音頻模塊具有來自立體聲音頻DAC、TV SCART連接器和VCR SCART連接器的三個立體聲輸入對。每個輸入在內(nèi)部偏置在大約0.23*V12，除了DC偏置在外部固定的MAX4397D的輸入外。MAX4397D的編碼器音頻輸入共模輸入電壓范圍在1.2V到4.3V內(nèi)。如果來自音頻DAC的輸入音頻信號不在共模電壓范圍內(nèi)，在編碼器的音頻輸入處需要一個外部交流耦合偏置網(wǎng)絡(luò)來將信號設(shè)定在
1.2V到4.3V之間。
圖6：MAX4397音頻部分功能框圖。
2. 輸出部分
電視SCART連接器和VCR SCART連接器都具有立體聲左右輸出聲道。音頻輸出偏置在V12的一半電壓，必須進行交流耦合。每個音頻輸出都能將兩個具有10k歐姆負載的音頻線驅(qū)動到3Vrms。電視左右聲道混合的非立體聲輸出驅(qū)動外部RF調(diào)制器。
采用I2C接口，電視輸出音頻路徑具有從-56dB到+6dB的音量控制，調(diào)節(jié)步進大小為2dB，而VCR輸出音頻路徑具有從-6dB到+6dB范圍的音量控制，調(diào)節(jié)步進大小為6dB。電視的聲道采用了過零檢測(ZCD)電路，在任意時刻音頻信號切換時會產(chǎn)生信號電平突變，ZCD電路使這種電平突變引起的“咔嗒”噪聲最小化。采用分立器件方案，則很難實現(xiàn)良好的音量控制。
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