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为3V便携式视频应用而优化的OPA360高速放大器

2020-10-10 16:35:14  173 高速放大器
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特征
•出色的视频性能
•内部增益:6dB
•2极重构滤波器
•弧垂校正
−减小合电容/" target="_blank" class="relatedlink">耦合电容器尺寸
•输入范围包括接地
−直流耦合输入
•集成电平变换器
−直流耦合输出(1)
−不需要输出电容器
•轨对轨输出
•低静态电流:6mA
•关闭电流:5μA(最大)
•单电源:2.7V至3.3V
•SC70-6包装:2.0mm x 2.1mm
(1)、内部电路防止输出饱和,即使在输入视频信号的0V同步提示电平。
应用
•数码相机
•照相手机
•机顶盒视频过滤器
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说明
OPA360高速放大器是为3V便携式视频应用而优化的。它被专门设计为与嵌入视频处理器的数模转换器(DAC)兼容,如德州仪器公司的数字媒体处理器系列等。输入共模范围包括GND,它允许视频DAC直流耦合到OPA360。
输出在接地端接的标准视频负载(150Ω)下在25毫伏和300毫伏到V+之间摆动。内部电平偏移电路防止输出与0V输入饱和,从而防止普通视频电路中的同步脉冲削波。因此,OPA360非常适合视频负载的直流耦合。如果交流耦合是首选,OPA360提供了一个弧垂校正功能,可以显著减小输出耦合电容器的尺寸。
OPA360通过集成凹陷校正、内部增益设置电阻(G=2)和2极视频DAC重建滤波器,针对空间敏感应用进行了优化。
在关机模式下,静态电流降至<5μA,显著降低功耗并延长电池寿命。
OPA360有2毫米x 2.1毫米SC70-6微型封装。

引脚配置

(1)、SC70-6的引脚1通过调整包装标记的方向来确定,如图所示。
典型特性:VS=3.3V
TA=+25°C和RL=150Ω时,除非另有说明。

应用程序信息
OPA360视频放大器针对便携式视频应用进行了优化:
•内部增益设置电阻(G=2)减少视频电路中所需的外部元件的数量。
•采用2极滤波器进行DAC信号重构。
•弧垂校正功能可在不影响性能的情况下减小输出耦合电容器的尺寸。
•OPA360采用内部电平转换电路,避免同步脉冲削波并允许直流耦合输出。
•关机功能可将静态电流降至5μA以下,这对于数码相机(DSC)和照相手机等便携式应用至关重要。
OPA360接口数字媒体处理器(DM320/270,DSC25)。它已经针对数码相机和手机/相机设计的要求进行了优化。
工作电压
OPA360在−40°C至+85°C的温度范围内完全规定为2.7V至3.3V。典型特性中显示了随工作电压或温度显著变化的参数。
电源插脚应使用100nF陶瓷电容器旁路。
输入电压
OPA360系列的输入共模范围从GND扩展到(V+−1.5V)。由于内部增益,有效范围内输出所需的输入电压范围将受到限制。
输入过压保护
所有OPA360引脚均采用与电源相连的内部ESD保护二极管进行静电保护。如果电流被外部限制在10mA,这些二极管将提供输入过驱动保护。
启用/关闭
OPA360具有关闭功能,可禁用输出并将静态电流降低到5μa以下。此功能对于便携式视频应用程序(如数码相机和照相手机)尤其有用,因为这些设备很少与电视或其他视频设备连接。
启用逻辑输入电压参考OPA360 GND引脚。应用于使能引脚的逻辑电平高启用运算放大器。有效逻辑高电平定义为高于GND≥1.6V。有效逻辑低定义为高于GND≤0.8V。如果未连接启用引脚,内部上拉电路将启用放大器。使能引脚电压水平测试有效逻辑高阈值(最小1.6V)和有效逻辑低阈值(最大0.8V)。
内部2极滤波器
OPA360滤波器是一种具有9MHz截止频率的Sallen-Key拓扑结构。这使得视频信号在没有任何可见失真的情况下通过,如图3到图5所示。视频数据采集卡嵌入德州仪器的数字媒体处理器,采样频率为27MHz。在该频率下,衰减通常为21dB,这有效地衰减了采样别名。
滤波器特性随信号源阻抗的不同而有所不同。源阻抗大于500Ω会降低滤波器性能。对于电流输出视频DAC,接地电阻通常用于产生电压输出,然后施加到OPA360输入(见图1)。ti的数字媒体处理器,如DM270或DM320,通常使用一个200Ω的电阻接地来转换电流输出信号。这种200Ω源阻抗不会降低视频性能。

电阻器并联的电容器(图1)产生一个额外的滤波器极,提供额外的阻带衰减。在不影响电容器28mhz频带衰减的情况下,提供了一个约为28pF的陶瓷电容器衰减。
视频表演
行业标准视频测试模式包括:
•不同测试频率的多突发数据包,以检查基本频率响应。
•在不同频率调制的多脉冲脉冲脉冲,用于测试视频基带上振幅和群延迟误差的综合测量
•色度-亮度(CCIR17)-测试振幅、相位和一些失真。
• 50Hz,1/2黑色−1/2白屏测试信号测试放大器所需的最坏情况下的信号摆动。显示了这些测试信号的性能。
图2显示了图3到图13和图16的测试电路。(注:1和2表示波形对应的测量点图中标注为1和2。)

OPA360的频率响应
频率响应测量评估视频系统在不影响各自振幅的情况下均匀传输不同频率信号分量的能力。图3显示了多脉冲测试模式;图4显示了多脉冲。这些图中的顶部波形显示了完整的测试模式。中间和底部波形是完整波形的关键部分的更详细视图。中间的波形代表来自视频发生器的输入信号;底部的波形是输出到线路的OPA360。
色度与亮度增益不相等(或相对色度电平)是视频信号的色度和亮度分量在不同频率下增益比的变化。常见的测试模式是测试模式ccir17中的脉冲,如图5所示。如图3和图4所示,顶部波形显示完整的测试模式;中间和底部波形是完整波形关键部分的更详细视图,中间波形表示来自视频发生器的输入信号,底部波形是输出到线路的OPA360。


增益误差通常表现为色度信息的衰减或峰值。这在图片中显示为不正确的颜色饱和度。延迟失真会导致颜色模糊或出血,尤其是图片中物体的边缘。它也可能导致锐利发光跃迁的再现性差。
图3至图5中的所有波形均采用OPA360的凹陷校正特性。图3至图5显示,OPA360在整个视频频率范围内不会造成可见失真或增益变化。
内部电平转换
许多嵌入数字媒体处理器(如TI公司的TMS320DM270和新的OMAP2420处理器)中的常见视频DAC都是单电源(无负电源)工作的。通常,这些视频DAC输出的同步脉冲的最低点对应于0V。对于0V输入,普通单电源运算放大器的输出在大于0V的电压下饱和。这种效应会截短同步脉冲的尖端,从而降低视频信号的完整性。OPA360采用内部电平转换电路,以避免削波。输入信号通常移动约60毫伏。这完全在OPA360的线性输出电压范围内,标准150Ω视频负载。图6显示了电平转换器的功能。

当OPA360的输出与视频负载直流耦合时,电平偏移功能尤其有用。然而,当使用凹陷校正时,它也有帮助。偏移有助于将视频信号移近正轨道,因此即使是一个小的33μF耦合电容器,输出也远远超出OPA360的饱和极限。图7显示了OPA360的输出摆幅,在3.0V电源下工作,具有22μF凹陷校正电容器和33μF输出耦合电容器。测试信号是一个50赫兹的信号,用来产生1/2黑1/2白屏。这个视频模式是最难显示的模式之一,因为它是信号摆动的最坏情况信号。这种最坏情况下的信号在正常运行中极不可能出现。任何其他信号都具有较低的摆动范围。请注意,在图7中,视频信号的白色部分和黑色部分都没有被剪裁。

输出摆动至GND(同步脉冲)
图8显示了OPA360的真实输出摆动能力,它将输入同步脉冲的尖端置于一个略负的电压。即使输出同步尖端为8mV,输出也不显示同步脉冲的削波。

弧垂校正
凹陷校正通过两个小的输出耦合电容器提供出色的视频性能。它消除了传统的、大的220μF输出电容器。传统的220μF电路(图9a)在5Hz时产生一个单一的低频极(−3dB频率)。如果这个电容器小得多,在50到100Hz的临界范围内过度的相移会产生场倾斜,这会干扰电视接收机中同步信号的正确恢复。
OPA360弧垂校正电路(图9b,另见图14)在20Hz区域产生振幅响应峰值。这一小部分的峰值(十分之几分贝)在50赫兹到100赫兹的临界范围内提供了相位响应的补偿,大大减少了磁场倾斜。请注意,需要两个明显更小、成本更低的电容器。

为了获得良好的性能,可以使用22μF凹陷校正和47μF耦合电容器。图10和图11显示了带220μF耦合电容器的标准视频电路和带凹陷校正的OPA360的比较。
图10显示,22μF/47μF组合仅导致50Hz、1/2黑色−1/2白色视频信号的倾斜稍大。未观察到视频质量下降。

使用22μF/67μF组合可以实现相当于使用标准220μF耦合电容器实现的场倾斜-见图11。这些电容器值经过优化凹陷校正大于22μF的电容器没有显著改善。较小的弧垂校正电容器将导致更高的倾斜。

电源电压与耦合电容
输出电压摆幅是耦合电容值的函数。弧垂校正电容器的值只会产生较小的影响。耦合电容越小,输出摆幅越大。因此,为了使用非常小的耦合电容器(22μF和33μF)来适应大信号摆幅,可能需要更高的电源电压。
如图7所示,33μF耦合电容器的输出摆幅已经非常接近3V电源的饱和极限。随着时间和温度的变化,电容器的值可能会略有变化,这反过来又会迫使输出达到饱和。图12和图13使用50赫兹、1/2黑1/2白屏测试信号作为最坏情况分析,表明3V电源可与低至47μF的耦合电容器一起使用。

直流耦合输出
由于内部电平偏移,OPA360还可以直流耦合到视频负载。如图15所示,这样就不需要在输出端使用交流耦合电容器。这在主板空间受限的便携式视频应用中尤为重要。
直流耦合输出配置也显示出最佳的视频性能。在不允许倾斜的16号线或不允许使用的电源线中有16号线。在这种模式下,OPA360将在2.5V电压下安全运行信号没有限幅。
直流耦合输出的缺点是它使用了更高的电源电流。


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