作者：Robert Demattei，Jurica Ivisic，Maxim公司

對于近距離視頻傳輸系統(tǒng)，采用單端信號即可提供較高的圖像質(zhì)量。但是，當(dāng)傳輸距離達(dá)到數(shù)百米時(shí)，發(fā)送器與接收器之間的地電位差以及注入電纜的噪聲將對單端視頻信號傳輸系統(tǒng)造成很大干擾，這些噪聲疊加到單端信號上時(shí)，將造成視頻信號的嚴(yán)重失真，這一現(xiàn)象在工作環(huán)境比較惡劣的汽車及工業(yè)環(huán)境下尤其嚴(yán)重。

差分視頻傳輸系統(tǒng)相對而言具有較強(qiáng)的抗干擾能力，因?yàn)檫@些噪聲以共模形式作用在兩條差分信號線上。因此，在長距離信號傳輸系統(tǒng)中，差分線對比傳統(tǒng)的單端方式具有獨(dú)特的優(yōu)勢，具有更高的噪聲抑制能力，能夠在視頻傳輸系統(tǒng)（特別是在惡劣的工作環(huán)境下）中提供更高的圖像質(zhì)量。

差分視頻傳輸?shù)娜秉c(diǎn)是成本較高，因?yàn)椴罘中盘杺鬏斖ǔ２捎脙r(jià)格昂貴的差分同軸電纜。工業(yè)應(yīng)用中，圖像信號的傳輸距離通常達(dá)到數(shù)百米，除非是一些必要場合，否則鋪設(shè)專用的差分同軸電纜將受到成本的限制。由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及，CAT5電纜比最普通的同軸電纜也要便宜許多，而且許多場合都已鋪設(shè)了這種電纜，利用這種電纜可大大降低成本。使用CAT5電纜傳輸視頻信號時(shí)，需要考慮兩個(gè)參數(shù)。首先，CAT5電纜有四對雙絞線，如果使用一對以上的雙絞線同時(shí)承載視頻信號，通道之間將會引入一定的串?dāng)_。如果差分驅(qū)動(dòng)器的共模均衡（CMB）和接收器的共模抑制比（CMRR）在視頻帶寬（0Hz～5MHz）內(nèi)能夠達(dá)到30dB甚至更高，則可將串?dāng)_信號降到可接受的水平，能夠保持完好的圖像質(zhì)量。使用CAT5的第二個(gè)問題是高頻衰減，其衰減幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于視頻同軸電纜。當(dāng)圖像傳輸距離超過10英尺時(shí)，需要設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)中增加電纜均衡電路，均衡器用于補(bǔ)償損耗，提高高頻增益以補(bǔ)償CAT5電纜的衰減。

由于差分線對本身能夠抑制串?dāng)_，本文將以NTSC多脈沖群信號為例，主要討論均衡問題。圖1為該信號在電視上的顯示圖像，圖2為同一信號在示波器上的顯示波形。

圖1，電視顯示圖像：沒有失真的NTSC多脈沖群

圖1所示圖像與圖2波形完全對應(yīng)，由六組寬度逐漸減小的白色正弦波條紋組成。如果圖像沒有失真，每個(gè)豎條會有清晰的白色區(qū)域和黑色區(qū)域。如果通過遠(yuǎn)距離CAT5電纜傳輸造成相位和帶寬失真時(shí)，逐漸變窄的白色豎條將發(fā)生變化，中間可能出現(xiàn)其它顏色或變得不清晰。圖3所示為電纜擴(kuò)展到150米（500英尺）時(shí)的圖像傳輸結(jié)果，六個(gè)頻率下的Vpps幅度不一致，白色脈沖的邊沿變得平滑，不再陡峭。圖像比較模糊，對比度降低，而且較窄的豎條組失真更嚴(yán)重。

圖2，通過1米CAT5電纜后，沒有出現(xiàn)失真的NTSC多脈沖群信號

圖3，經(jīng)過150米CAT5電纜傳輸后的NTSC多脈沖群信號

從圖4可以清楚地看出NTSC多脈沖群信號Vpp隨CAT5電纜的衰減情況，信號衰減將顯著影響圖像質(zhì)量。對于傳輸距離只有1米的CAT5電纜，圖1和圖2所示波形接近于理想狀況，測試中的六個(gè)頻率下保持完全一致的Vpps，白色豎條具有清晰的邊沿，豎條之間的灰色區(qū)域也非常清晰。

圖4，視頻信號Vpp在不同CAT5電纜長度下的衰減

可以從多家供應(yīng)商獲得線驅(qū)動(dòng)器-接收器對，本文采用了Maxim的MAX9546和MAX9547，由此說明對收發(fā)器增加均衡網(wǎng)絡(luò)后的視頻傳輸效果。圖5為差分收發(fā)器的信號傳輸架構(gòu)，基本均衡電路跨接在電阻Zt兩端，均衡電路對增益的提升可以使上述頻點(diǎn)下的信號幅度恢復(fù)到正常值。當(dāng)然，不同廠商提供的電纜可能具有不同的衰減，需要對具體的均衡網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整，以獲得最好的圖像質(zhì)量。

圖5，MAX9546和MAX9547構(gòu)成的視頻傳輸電路，均衡網(wǎng)絡(luò)連接在MAX9547的Zt+和Zt-端

典型均衡網(wǎng)絡(luò)如圖6所示，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)分支通過設(shè)置電阻、電容調(diào)整相應(yīng)頻率處的增益。下表列出了對于150米、300米和450米（分別對應(yīng)于500、1000、1500英尺）傳輸?shù)难a(bǔ)償元件值。選擇電容C1、C2、C3設(shè)置頻率時(shí)，電阻R1、R2和R3也會影響頻響特性。利用增益電阻R4和R5調(diào)節(jié)整體的補(bǔ)償增益，R5設(shè)置為75Ω時(shí)，增益為2V/V。

圖6，均衡網(wǎng)絡(luò)

圖7所示是用示波器測試得到的增加補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)后，150米（500英尺）視頻傳輸?shù)慕Y(jié)果，圖像信號采用的是與圖5a相同的波形。比較圖7和圖2所示結(jié)果可以看出，均衡網(wǎng)絡(luò)可以補(bǔ)償147米CAT5電纜的衰減。

圖7，增加均衡網(wǎng)絡(luò)后，經(jīng)過150米傳輸后的NTSC多脈沖群信號

傳輸距離更遠(yuǎn)時(shí)，可以利用高增益器件（例如MAX4444、MAX4145）進(jìn)行均衡，進(jìn)一步補(bǔ)償圖像衰減。使用高增益器件和額外的均衡可能在視頻信號中引入過高的噪聲，對于圖像質(zhì)量要求不是很高的應(yīng)用，該方案可以在長距離視頻傳輸中提供可以接受的圖像質(zhì)量。

結(jié)論

CAT5電纜非常通用，而且很多建筑內(nèi)已預(yù)先鋪設(shè)了這種電纜，利用這種電纜傳輸視頻信號，能夠獲得廉價(jià)的視頻監(jiān)控方案。為了均衡CAT5電纜的信號傳輸，需要高品質(zhì)、低成本的差分發(fā)送器和接收器（如MAX9546-MAX9547）。差分傳輸具有較好的CMB和CMRR特性，能夠解決CAT5電纜的串?dāng)_問題。考慮到CAT5電纜的損耗，需要對視頻信號進(jìn)行均衡補(bǔ)償。而過度均衡又會增大視頻信號的背景噪聲。對于傳輸距離在450米（1500英尺）以內(nèi)的應(yīng)用，MAX9546和MAX9547提供了一個(gè)低成本的視頻傳輸方案，可利用CAT5電纜進(jìn)行傳輸。對于傳輸距離更遠(yuǎn)，但對圖像質(zhì)量要求不是太高的應(yīng)用，同樣可以采用這種方案實(shí)現(xiàn)有效的視頻傳輸。

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