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均衡和預(yù)加重允許使用30米Cat-5 UTP電纜

星星科技指導(dǎo)員 ? 來源:ADI ? 作者:Charly El-Khoury ? 2023-02-01 11:48 ? 次閱讀

在過去幾年中,由于其可觀的性能和低成本,5 類 (Cat-5) 非屏蔽雙絞線 (UTP) 電纜的使用有所增加。這種類型的電纜目前用于鍵盤-視頻-鼠標(biāo) (KVM) 網(wǎng)絡(luò),四根雙絞線中有三根傳輸紅色、綠色和藍(lán)色 (RGB) 視頻信號(hào)。隨著高清電視 (HDTV) 越來越受歡迎,當(dāng)需要長(zhǎng)達(dá) 30 米的長(zhǎng)距離連接時(shí),這種類型的電纜可以提供一種廉價(jià)的解決方案。

由于 Cat-5 UTP 電纜是為經(jīng)濟(jì)用途而設(shè)計(jì)的,因此其性能會(huì)隨著距離的延長(zhǎng)而迅速下降。本文介紹了兩種解決方案,當(dāng)使用長(zhǎng)達(dá) 30 m 的電纜和 HDTV 1080p 信號(hào)時(shí),可以減少傳輸損耗,這需要大約 75 MHz 的視頻帶寬。

圖1顯示了30米電纜的幅度響應(yīng)與頻率的關(guān)系。75 MHz時(shí)的損耗約為6 dB,因此必須在發(fā)射前或接收后施加6 dB的高頻增益。

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圖 1:電纜衰減與頻率的關(guān)系(30 米)

表 1 列出了最新的 HDTV 標(biāo)準(zhǔn)和要求。高清藍(lán)光播放器使用 1080p 16:9 高清電視。所需的確切視頻帶寬尚未定義,但 75 MHz 應(yīng)該足以捕獲體驗(yàn)。

表 1:常見視頻分辨率和帶寬

視頻標(biāo)準(zhǔn) 水平分辨率 垂直分辨率 幀速率 像素率 估計(jì)視頻帶寬
像素/行 線條/框架 赫茲 兆/秒 兆赫
720p,16:9 高清電視 1280 720 60 57.6 30
1080i,16:9 高清電視 1920 1080 30 64.8 32
1080p,16:9 高清電視 1920 1080 24/30 51.8/64.8 32
1080p,16:9 高清電視 1920 1080 60 130 75

預(yù)加重

圖2所示電路使用帶預(yù)加重功能的AD8148驅(qū)動(dòng)板,通過30 m Cat-5 UTP電纜補(bǔ)償高頻衰減。在接收器端,AD8145板(設(shè)置為增益為2)在沒有均衡的情況下使用。

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圖2:帶預(yù)加重功能的AD8148

圖3所示為預(yù)加重電路。AD8148差分放大器在內(nèi)部設(shè)置為增益4 (12 dB);RC網(wǎng)絡(luò)控制總增益,從低頻增益2開始,在較高頻率下緩慢增加到增益4,如圖4所示。

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圖3:預(yù)加重電路

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圖4:預(yù)加重增益與頻率的關(guān)系

一般的想法是使用驅(qū)動(dòng)器的預(yù)加重來抵消電纜在高頻下的衰減。將接收器添加到電纜輸出不會(huì)影響帶寬,前提是接收器的平坦帶寬超過100 MHz,AD8145設(shè)置為增益為2時(shí)也是如此。圖5顯示,在6 MHz時(shí),1 dB時(shí)的增益平坦到100 dB以內(nèi),證明Cat-5電纜可以傳輸1080p HDTV。

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圖 5:預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)和電纜增益與頻率的關(guān)系

該電路的性能針對(duì) 10 m、20 m 和 30 m 電纜長(zhǎng)度進(jìn)行了測(cè)試。但是,如果需要較短(< 5 m)的電纜,則可以在沒有預(yù)加重的情況下使用驅(qū)動(dòng)器,因?yàn)樗鼘⒛軌蛱幚磔^短的距離。

均衡器

圖6所示電路使用不帶預(yù)加重的AD8148板和帶均衡功能的AD8143接收器板。想法是一樣的;長(zhǎng)電纜的高頻衰減必須通過提高更高頻率的信號(hào)增益來抵消。AD8148驅(qū)動(dòng)器的增益設(shè)置為4,AD8143接收器的增益設(shè)置為低頻時(shí)為1,高頻時(shí)的增益設(shè)置為2。

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圖6:具有均衡功能的AD8143

圖7所示為均衡器電路,該電路將低頻增益設(shè)置為1,將高頻增益設(shè)置為2,如圖8所示。小于2 MHz時(shí),增益為0.5 dB,在6 MHz時(shí)達(dá)到約50 dB。

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圖7:均衡電路

添加 30 m 電纜后,幅度保持在 1 dB 以內(nèi),最高可達(dá) 80 MHz,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出 1080p 高清電視所需的幅度。圖9顯示了2 MHz時(shí)的峰值約為40 dB。這將使高頻信號(hào)稍微變亮,但其效果在屏幕上并不明顯。

為了考慮輸入和輸出端接,需要增益4。AD8143的增益設(shè)置為1,因此驅(qū)動(dòng)器必須處理4的增益,并且仍然具有超過100 MHz的平坦頻帶。增益為4時(shí),AD8148驅(qū)動(dòng)器可提供約500 MHz的平坦響應(yīng),從而支持1080p HDTV應(yīng)用中的接收器。

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圖 8:不帶電纜的均衡器幅度響應(yīng)

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圖 9:使用 30 m 電纜的均衡器幅度響應(yīng)

結(jié)論

隨著對(duì)更好圖像的需求,對(duì)可以支持高清的廉價(jià)電纜的需求正在上升。Cat-5 UTP 電纜正在成為最佳的替代解決方案。針對(duì)長(zhǎng)距離需求提出的兩種解決方案,只需使用AD8148驅(qū)動(dòng)器以及AD8145或AD8143接收器,即可輕松轉(zhuǎn)換為更短的電纜。在所有情況下,所提出的解決方案始終保持從驅(qū)動(dòng)器輸入到接收器輸出的單位增益,所有內(nèi)部增益補(bǔ)償輸入和輸出端接損耗。這些獨(dú)立的解決方案允許使用廉價(jià)的Cat-5電纜進(jìn)行高清傳輸,取代當(dāng)今市場(chǎng)上更昂貴的電纜。

審核編輯:郭婷

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