無(wú)屏蔽雙絞線(UTP)——如Category-5e (Cat-5e)——最初設(shè)計(jì)為傳輸局域網(wǎng)(LAN)信號(hào) ，現(xiàn)已成為其他許多信號(hào)傳輸應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)型解決方案，因?yàn)樗哂锌捎^的性能和低成本優(yōu)勢(shì)。 這些應(yīng)用均為傳輸寬帶視頻信號(hào)的系統(tǒng)，它們采用4對(duì)雙絞線中的3對(duì)傳輸紅、綠、藍(lán)(RGB)電腦視頻信號(hào)或亮度和兩個(gè)色差(YPbPr)、高清分量視頻信號(hào)。 視頻信號(hào)消隱間隔中可嵌入所需的水平和垂直同步脈沖，這些脈沖亦可在3對(duì)雙絞線中作為共模差分信號(hào)傳輸。這些系統(tǒng)經(jīng)常包含視頻交叉點(diǎn)開關(guān)，并用于將來(lái)自少量信號(hào)源的視頻信號(hào)分發(fā)至許多顯示器（如數(shù)字標(biāo)牌應(yīng)用），或?qū)?lái)自大量信號(hào)源的視頻信號(hào)分發(fā)至幾個(gè)顯示器，如鍵盤-視頻-鼠標(biāo)(KVM)網(wǎng)絡(luò)。

 

通過(guò)UTP電纜傳輸?shù)男盘?hào)主要受三個(gè)損害的影響，這些損害會(huì)導(dǎo)致視頻質(zhì)量下降

 

● 集膚效應(yīng)造成非線性帶寬損失，導(dǎo)致信號(hào)消散和高頻信號(hào)內(nèi)容丟失。 該損害導(dǎo)致圖像銳度下降并出現(xiàn)暗條紋。

 

● 阻性損耗帶來(lái)低頻平坦性降低，造成圖像對(duì)比度下降。

 

● 為了減少線對(duì)間的串?dāng)_，每一組線對(duì)都采用了雙絞結(jié)構(gòu)，但是對(duì)絞率（走線長(zhǎng)度）的不同會(huì)導(dǎo)致4對(duì)雙絞線之間存在延遲偏差。 由于收到的3路信號(hào)在時(shí)間上存在對(duì)齊誤差，延遲偏差導(dǎo)致收到的圖像出現(xiàn)色彩誤差。

 

圖1所示的解決方案通過(guò)采用AD8122三通道接收器/均衡器恢復(fù)視頻信號(hào)的高頻內(nèi)容，同時(shí)提供平坦增益，從而克服了這些損害。AD8120三路偏斜補(bǔ)償模擬延遲線會(huì)在兩路最先到達(dá)的信號(hào)中加入延遲，使得三路收到的信號(hào)在時(shí)間上正確對(duì)齊。 AD8147三通道驅(qū)動(dòng)器提供視頻源信號(hào)所需的單端至差分轉(zhuǎn)換。

圖1. 均衡與延遲補(bǔ)償U(kuò)TP驅(qū)動(dòng)器和接收器（原理示意圖： 未顯示所有引腳、連接和去耦）

 

 

圖1所示的視頻傳輸系統(tǒng)采用RGBHV視頻信號(hào)，其中RGB表示紅、綠、藍(lán)視頻信號(hào)，HV表示獨(dú)立水平和垂直同步脈沖信號(hào)。因此，總共5路信號(hào)通過(guò)3對(duì)雙絞線電纜傳輸。

 

視頻系統(tǒng)性能以時(shí)域描述最為合適，并且最重要的指標(biāo)是階躍響應(yīng)建立時(shí)間。 視頻顯示中兩個(gè)像素之間的轉(zhuǎn)換通常是階躍函數(shù)，且每個(gè)像素持續(xù)一段特定的時(shí)間。 理想情況下，視頻的階躍響應(yīng)應(yīng)該在像素時(shí)間的一小部分（對(duì)于60 Hz時(shí)的UXGA，約為6 ns）內(nèi)完成建立，并且相對(duì)于最終值的誤差應(yīng)小至忽略不計(jì)（低于滿量程約46 dB，或3.5 mV）。 雖然某些頻域性能指標(biāo)很重要，但最重要的是這些指標(biāo)在時(shí)域內(nèi)對(duì)視頻信號(hào)有何影響。 例如，系統(tǒng)帶寬必須足夠高，以產(chǎn)生上升時(shí)間短到滿足建立時(shí)間規(guī)格要求的階躍響應(yīng)。 然而，單有帶寬還不夠，因?yàn)檎疋?、過(guò)沖和響應(yīng)遲緩，甚至寬系統(tǒng)帶寬具有的短上升時(shí)間，都可產(chǎn)生顯著的建立誤差。 系統(tǒng)簡(jiǎn)化框圖見圖2。

圖2. 通過(guò)UTP傳輸視頻的系統(tǒng)簡(jiǎn)化框圖 

 

RGB信號(hào)通常源自75 Ω單端、源接端電壓源，且需要75 Ω負(fù)載端接。 在負(fù)載上，正確端接的信號(hào)幅度通常在0 mV和700 mV間變化。 為了通過(guò)UTP傳輸RGB信號(hào)，信號(hào)會(huì)從單端模式轉(zhuǎn)換為平衡（差分）模式，然后放大2倍以考慮因UTP源和負(fù)載端接造成的6 dB損耗。 這可通過(guò)使用三通道差分驅(qū)動(dòng)器輕松實(shí)現(xiàn)，如AD8147。

 

AD8147根據(jù)以下公式提供額外的特性，以編碼TTL邏輯電平、三路輸出共模電壓(VOCM)上的水平和垂直同步脈沖信號(hào)：

其中：

 

K表示共模脈沖電壓與中間電源電壓(VMIDSUPPLY)的峰值偏差。

 

VSYNC和HSYNC是單位加權(quán)項(xiàng)，對(duì)于邏輯1為+1，對(duì)于邏輯0為-1。這種編碼方案產(chǎn)生總交流公模電壓為零的信號(hào)，從而最大程度地減少來(lái)自電纜的共模電磁輻射。

 

驅(qū)動(dòng)器評(píng)估板包含實(shí)施單端至差分模式轉(zhuǎn)換和同步脈沖編碼所需的全部功能，包括K的調(diào)節(jié)。

 

 

UTP電纜的集膚效應(yīng)產(chǎn)生隨頻率增加而增加的傳輸損耗，導(dǎo)致收到的信號(hào)壓擺率損失并且產(chǎn)生抖動(dòng)，并且簡(jiǎn)單電纜電阻導(dǎo)致了電纜對(duì)各個(gè)頻段信號(hào)均勻的產(chǎn)生了衰減。 圖3通過(guò)對(duì)比300米長(zhǎng)的UTP全擺幅視頻階躍響應(yīng)與輸入電纜的階躍信號(hào)，展示了這些效應(yīng)。

圖3. 300米Cat-5e非均衡電纜的階躍響應(yīng) 

 

AD8122三通道均衡器執(zhí)行差分至單端模式轉(zhuǎn)換，針對(duì)這些信號(hào)損害提供高共模抑制和補(bǔ)償。圖4顯示了均衡器輸出端校正后的階躍信號(hào)，建立至1%誤差所需時(shí)間少于70 ns。 注意，圖4中的時(shí)間刻度以納秒為單位。

圖4. 300米Cat-5e電纜均衡階躍響應(yīng)（注意時(shí)間單位為ns）

對(duì)于頻域而言，圖5顯示了長(zhǎng)度為100英尺至1000英尺的Cat-5e電纜的頻率響應(yīng)，長(zhǎng)度以100英尺遞增，限帶效應(yīng)和平坦損耗極為明顯。

圖5. 不同電纜長(zhǎng)度時(shí)的非均衡Cat-5e電纜頻率響應(yīng) 

 

有關(guān)AD8122如何有效恢復(fù)接收信號(hào)的高頻內(nèi)容以及平坦損耗可通過(guò)對(duì)比圖6中AD8122輸出的經(jīng)過(guò)均衡頻率響應(yīng)處理的信號(hào)和圖5中的未經(jīng)過(guò)處理的信號(hào)而看出。對(duì)于1000英尺（300米）長(zhǎng)的電纜，60 MHz時(shí)超過(guò)50 dB的非均衡損耗經(jīng)AD8122均衡器優(yōu)化后為3 dB。

圖6. 不同電纜長(zhǎng)度時(shí)的均衡Cat-5e電纜頻率響應(yīng) 

 

針對(duì)最后一個(gè)損害，AD8120三路延遲線糾正了3對(duì)雙絞線之間的時(shí)間偏斜并對(duì)信號(hào)進(jìn)行了2倍放大，用以驅(qū)動(dòng)雙端接75 Ω的視頻信號(hào)傳輸系統(tǒng)。

 

接收器評(píng)估板包括AD8122和AD8120以及所需的全部配套電路，包括5個(gè)電位計(jì)用于手動(dòng)調(diào)節(jié)高頻增強(qiáng)、平坦增益和3路延時(shí)。 此外，還提供針對(duì)AD8120的可選串行控制接口。

 

視頻分配系統(tǒng)中遠(yuǎn)端的圖像質(zhì)量很重要。 圖像質(zhì)量由建立至與最終值相差3.5 mV所需的階躍響應(yīng)時(shí)間決定，當(dāng)該值超過(guò)像素時(shí)間的某一小部分時(shí)，圖像質(zhì)量便開始受影響。 圖7顯示了未采用均衡或偏斜校正時(shí)，通過(guò)300米（1000英尺）Cat-5e電纜接收?qǐng)D像的極端例子。 圖7中的黑色拖尾極為嚴(yán)重，階躍響應(yīng)遲緩，而且時(shí)間偏斜導(dǎo)致色彩失真。 完全校正后的圖像見圖8。

圖7. 未對(duì)通過(guò)300米Cat-5e電纜傳輸?shù)膱D像應(yīng)用均衡和偏斜校正時(shí)

圖8. 對(duì)通過(guò)300米Cat-5e電纜傳輸?shù)膱D像應(yīng)用均衡與偏斜校正后

 

發(fā)射器和接收器評(píng)估板的實(shí)物照片分別顯示在圖9與圖10中。

圖9. EVAL-CN0275-TX-EBZ發(fā)射器評(píng)估板 

圖10. EVAL-CN0275-RX-EBZ接收器評(píng)估板

 

 

成本更低的AD8124三通道均衡器在僅需驅(qū)動(dòng)最高200米的UTP系統(tǒng)中可替換AD8122。AD8124與AD8122引腳不兼容，且控制功能也有所不同。

 

驅(qū)動(dòng)器除了AD8147，還有很多選擇。AD8146提供和AD8147相同的功能，但不集成專門的共模同步電路。AD8146通常用在那些將垂直和水平同步脈沖放置在視頻信號(hào)消隱間隔中的系統(tǒng)，而非將脈沖置于共模電壓上的系統(tǒng)。AD8148與AD8147規(guī)格相同，只不過(guò)它的固定增益為4而非2，并且可配置用于預(yù)加重，以驅(qū)動(dòng)最高為100英尺的UTP線纜。對(duì)于要求功耗更低的系統(tǒng)，AD8133和AD8134可提供與AD8146和AD8147對(duì)應(yīng)相同的功能，并且功耗更低，但它們的帶寬較低。最后，對(duì)于可使用5 V電源、成本最低的系統(tǒng)，AD8141和AD8142 CMOS驅(qū)動(dòng)器也許是最佳的選擇。

 

UTP線纜的架設(shè)通常很復(fù)雜，可能覆蓋較廣的區(qū)域、通過(guò)多個(gè)配線架，并且時(shí)而沒(méi)有接地參考。 這些情況可能導(dǎo)致與本地接收器接地參考有關(guān)的接收共模電壓的劇烈波動(dòng)。 在均衡器前端放置一個(gè)具有寬共模范圍的平坦增益差分接收器，如AD8143，則可在這些情況下提供最高21 V的輸入共模范圍。

 

AD8122和AD8124均同時(shí)支持同軸電纜與UTP電纜。AD8122可使用引腳綁定為任一模式，且AD8124利用VPOLE控制以修改它的頻率響應(yīng)，支持任一電纜類型。

 

ADI公司提供完整的系統(tǒng)級(jí)即插即用驅(qū)動(dòng)器和接收器評(píng)估板，包含所需的全部視頻圖像陣列(VGA)電路和RJ-45連接器。提供帶有旋鈕的電位計(jì)以控制均衡和偏斜校正。一個(gè)簡(jiǎn)單的視頻源即可提供最好的測(cè)試用例，例如一臺(tái)電腦和一臺(tái)高質(zhì)量顯示器。若電腦和顯示器支持最高UXGA/60 Hz的分辨率則更佳。

 

 

 

● 一個(gè)UXGA視頻源（筆記本電腦）

 

● EVAL-CN0275-TX-EBZ發(fā)射器評(píng)估板

 

● EVAL-CN0275-RX-EBZ接收器評(píng)估板

 

● ±5 V電源（兩個(gè)： 一個(gè)用于發(fā)射器評(píng)估板，另一個(gè)用于接收器評(píng)估板）

 

● Cat-5e電纜，100英尺至1000英尺，增量為100英尺（Stellar Labs U5E-24-CMR-665，MCM Electronics #24-10510）

 

● 一臺(tái)UXGA視頻顯示器

 

 

測(cè)試設(shè)置的簡(jiǎn)化框圖見圖11。連接設(shè)備后，即可使用標(biāo)準(zhǔn)視頻進(jìn)行端到端的測(cè)試。

圖11. 通過(guò)UTP傳輸視頻的自動(dòng)調(diào)整測(cè)試配置功能框圖