模擬：深入到視頻和多媒體等應用中

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摘要：智能電子設備的普及使模擬解決方案所扮演的角色日益重要，應用在視頻、多媒體、汽車、醫(yī)療和數(shù)碼相機等方面。

關鍵詞：模擬器件；電源管理；視頻；HDTV

隨著現(xiàn)實世界中電子產(chǎn)品數(shù)量的不斷增加，模擬IC的需求將繼續(xù)上升。市場分析公司Databeans估計模擬器件價值比數(shù)字器件價值平均高1.5倍。此外，模擬電子產(chǎn)業(yè)的增長率高過整個半導體市場的30％。

視頻和多媒體應用

迄今，全球已出售了1.05億HDTV(高清晰度電視)設備。市場分析公司InformaTelecoms and Media指出，至2008年底全球僅4％家庭有效地觀看高清電視節(jié)目。然而，這卻意味著從2007年底的1900萬個家庭上升為幾乎4400萬個家庭。市場分析公司Informa預測，到2012年將有1.79億個HD-ready家庭，代表幾乎20％的家庭。在經(jīng)歷了幾次虛假的開始后，HDTV終于為大規(guī)模市場接受。

從模擬視頻接口(如VGA)到數(shù)字視頻接口的轉變正在許多市場發(fā)生，特別是計算機和家電領域。原有的模擬標準被近年來涌現(xiàn)的數(shù)字視頻協(xié)議所替換，例如DVI(數(shù)字視頻接口)和HDMI(高清多媒體接口)。

由于強有力的市場需要所驅使，中國的HDTV家電設備銷售扶搖直上。并且視頻監(jiān)視、軍事監(jiān)視、醫(yī)療成像和電視電話會議系統(tǒng)正在向高清視頻格式轉移。一些工業(yè)攝像機也向1280x720分辨率的高清格式遷移。即使是上一代的便攜式消費設備，如數(shù)碼相機和便攜式的媒體播放裝置，也支持高清晰度格式。

2007年中國的視頻監(jiān)視市場銷售額約為41億美元，比2006年的33億美元增長了24.2％。高清數(shù)字監(jiān)視系統(tǒng)目前主宰了監(jiān)視系統(tǒng)市場，并逐漸替換模擬系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)對模擬器件有不同的要求。

HDTV系統(tǒng)可以被劃分成幾塊：顯示及驅動器、多媒體引擎、解碼單元、音頻和視頻處理調(diào)諧器、接口IC和電源IC。每個模塊的性能決定著系統(tǒng)的整體性能。所有器件的選擇，特別是模擬前端，是保證分辨率、光度、圖像對比高質量以及系統(tǒng)靈活性與易用性的關鍵。器件必須可為不同的視頻輸入和輸出進行編程。他們必須保證低成本和低功耗。例如，為了得到能源之星認證，高清電視設備在待機時功耗必須少于3W。

模擬和混合信號器件在保證高清設備最佳視覺體驗方面扮演著重要角色。其轉換并且調(diào)理視頻信號，以實現(xiàn)HDTV內(nèi)容的可視化、存放和分享。用于高清設備的模擬和混合信號的產(chǎn)品包括多頻帶調(diào)平器、視頻多路器(如Linear的LTl205)、并／串行轉換器、低功率收發(fā)器、視頻編解碼器、緩沖、串行／解串器、開關、圖形保真濾波器(如Maxim的MAX7469和MAX7470)、低抖動PLL、時鐘發(fā)生器(如Cypress、IDT、SiliconLabs和Ⅱ的產(chǎn)品)以及高精密度ADc和DAC。特別是ADC和DAC選擇是改進系統(tǒng)性能和圖像質量的關鍵。高清設備必須兼容模擬和數(shù)字輸入，即支持錄像機、機頂盒、DVD播放器和刻錄器、計算機游戲控制臺和攝影機等視頻源。

傳統(tǒng)上，模擬和數(shù)字信號由兩塊獨立接口芯片處理。在一塊芯片集成兩接口的模擬前端器件可減少項目的復雜性，優(yōu)化空間占用和減少費用。而且這樣的器件可保證更多供應商各類設備的互用性和更多視頻標準的共存。為了獲得更廣的視頻接收，高清設備必須支持10米以上的電纜長度，并且這給具有電纜平衡功能的模擬器件增添了嚴格的要求。

為了提供更好的多媒體體驗，高清也要求優(yōu)秀品質的音頻產(chǎn)品。傳統(tǒng)音頻方案使用AB類音頻放大器。大功耗會引起溫度升高，故需使用大尺寸散熱器，這就阻礙了超薄型電視的發(fā)展。為此，新的高清設備采用D類放大器。

In-Star指出，到2010年全球HDMI設備銷售將逐年增長78％。HDMI標準被400個消費電子設備供應商所采納。除數(shù)字電視外，機頂盒、DVD播放機和刻錄機、50多種PC產(chǎn)品集成HDMI接口，其中包括了HP、戴爾、索尼、宏基、明基等品牌。

Apple在其AppleTV機頂盒中使用HDMI接口，2007年3月上市。新HD-DVD和藍光格式以及游戲機，如PlayStation3，使用了新的接口。

支持HDMI的模擬和混合信號器件

ADI不斷拓寬其產(chǎn)品線，主要通過增加AD8196和AD8197高性能多路器，以及可將來自高分辨率輸入和傳統(tǒng)發(fā)射器的高質視頻數(shù)字化的AD9387低功率小型化的發(fā)射機，還有雙端口AD9388接收器。這些設備符合HDMI1.3標準，并優(yōu)化圖像質量和能源效率。Fairchild的高帶寬FSHDMl04符合HDMI1.3標準，具有超低功率，最大靜態(tài)電流只有1uA。可以用于雙接口系統(tǒng)，并且可連接二個視頻源，例如DVD播放器、計算機游戲控制臺和機頂盒。該產(chǎn)品允許增加其他HDMI設備到現(xiàn)有的項目，而無需昂貴的更新費用，因而減少系統(tǒng)復雜性。與之相反，傳統(tǒng)項目要求單獨的接收器以增加HDMI鏈接。

Intersil的ISLSl002數(shù)字轉換器將來自HDTV調(diào)頻器、DVD播放器、機頂盒、PC產(chǎn)生的RGB信號及具有DVI和HDMI接口的工作站的模擬YPbPr視頻數(shù)字化，結合了易用性和高清晰性能。ISL51002支持3速至165MSPS，在60Hz下分辨率達1080p／UXGA。目標應用包括平板電視、PCLCD顯示器、視頻和圖表處理系統(tǒng)。

NS推出了電纜均衡器DSl6EV5110，可允許延長電纜至40m，以支持最新的DVI和HDMI標準，使用常用低成本CAT5／5e／6。該器件經(jīng)優(yōu)化以在0.25Gbit／s和1.65Gbit／s之間的數(shù)據(jù)速率運行，可廣泛用于視頻系統(tǒng)，包括液晶或等離子HDTV設備、LCD投影儀和醫(yī)療儀器。

夏普推出用于HDTV的新NIM DVB-S和DVB-T調(diào)諧器，比市面?zhèn)鹘y(tǒng)產(chǎn)品薄30％。這對下一代衛(wèi)星接收機、電視及錄像機的開發(fā)極為重要。

TI的ATSC(先進電視系統(tǒng)委員會)TVP9900解調(diào)器提供一種便宜的前端方案，而無需犧牲圖像質量。該器件集成了高速10位A／D轉換器、數(shù)字過濾器和sigma-deltaD／A轉換器。

汽車、醫(yī)療、數(shù)碼相機應用

在汽車應用中，模擬器件是保證系統(tǒng)安全和可靠性的根本，實現(xiàn)馬達的有效控制和支持多媒體功能。到2010年末，汽車中15％的電子產(chǎn)品將為模擬或混合信號類電子產(chǎn)品。Disp~aySearch預計，到2008年，將有大約2200萬輛汽車具有顯示器。其中約有890萬為導航系統(tǒng)，850萬為娛樂平板屏幕，280萬為儀表板顯示，以及150萬為平視顯示?？梢韵嘈?，具有遠程ECU(電子控制單元)和顯示技術的應用將成為汽車電子的發(fā)展趨勢。在這樣的概念下，顯示器將用于使司機和乘客更舒適地觀看。其連接方案可使用串行／解串器(SezDes)芯片，如NS的DSg0UR241／124器件。這樣可使接線數(shù)目顯著減少，使電纜更細。新的芯片組有促進系統(tǒng)設計的特點：這些包括前重點信號調(diào)理以補償衰減和其他損失機制，并可實現(xiàn)長電纜驅動。

高質量模擬器件是保證提供良好用戶體驗的、可行的醫(yī)學電子產(chǎn)品的關鍵。醫(yī)療數(shù)字成像要求高質量圖像和分享圖像的可能性。用于醫(yī)療數(shù)字成像的模擬和混合信號器件市場價值約15億美元。

為實現(xiàn)適宜的信號鏈以讀取溫度、脈搏、血糖或其他生物參數(shù)，需要高精度，低噪聲儀器放大器(如TI的1NA326器件)。

在上一代多媒體便攜終端中，模擬器件保證了聲音和圖像的質量，改進他們的實用性，并且允許以快速和靈活的方式下載和分享內(nèi)容。集成于數(shù)碼相機的模擬以裝置的價值可以超過15美元。在數(shù)字電視或高清電視(HDTV)中的模擬裝置數(shù)量在3年內(nèi)將翻番。

NS推出了業(yè)界首個三速(3G／HD／SD)串行數(shù)字接口(SDI)，雙通道串行／解串收發(fā)器。具有高抖動性并集二條收發(fā)通道于單一芯片。LMH4345(圖3)使工程師減少多通道廣播視頻設備中線路板空間、系統(tǒng)費用和能耗。新的NSSDI并／串行轉換器支持270Mbit／s、1.485Gbit／s和2.97Gbit／s數(shù)據(jù)速率。LMH4345芯片內(nèi)含兩個接收器，其中的時鐘及數(shù)據(jù)提取電路可以自動檢測輸入串行數(shù)據(jù)的傳輸速率，提取時鐘信號，以及將有關數(shù)據(jù)解串，轉為5位的LVDS數(shù)據(jù)流，從而簡化LMH4345芯片與主FPGA之間的聯(lián)系。