视频设备现正朝着口袋尺寸的设计发展。移动电话、玩具、PDA和MP3播放器都在努力寻找机会，将电视和电影变成人们随身的娱乐节目。

本文将讨论便携式产品中的防护问题、重建滤波器的重要性、视频同轴电缆驱动电路，以及如何以消费电子产品可接受的价格，在占位尺寸为1 x 1.5 mm的表面贴装封装中实现这种电路。

视频设备现正朝着口袋尺寸的设计发展。传统的OTA (无线) 电视如今已可利用摄像机拍摄，然后在数字化领域进行记录和编辑。该电视通过卫星网络发送到本地基站，添加当地的新闻和广告内容。发送出来的信号通过OTA方式送到电视机，电视机将接收的信号转换成用户能看到的视频图像。

人们收看所谓传统的电视节目是通过电缆、卫星、IPTV和DVD传送的。但DVD如何“传送”呢？用专业术语说，将视频从一个地方转移到另一个地方便叫做“传播”。DVD光盘是数字传播媒介。其录制过程包括几个步骤，如对视频进行过滤以满足Nyquist定律的要求。贝尔实验室 (Bell Labs) 的研究员Harry Nyquist曾提出一个现已得到证实的假设定律。Nyquist定律认为：视频信息的速度快过时钟频率的两倍时必须予以抑制，以防止输出信号出现摩尔纹失真。过滤后，视频被压缩并录制成母碟。母碟将被复制，成为人们所购买的DVD光盘。DVD播放机会“接收”视频并将其显示出来。光盘的数字视频回播信号包含一些扰人的伪像，因此必须去掉，并且利用重建低通滤波器使视频更加流畅。

“Television”(电视)英文意义是“远距离观看”，而“新型电视机”则尺寸小到可放在我们的口袋中。视频世界正随着移动电话、玩具、视频游戏、PDA和MP3播放器而迅速发展，务求将电视和电影变成人们随身的娱乐。这的确是“前所未有的视频”。便携式设备无疑是主流和日常必备。在移动环境收看视频后，消费者希望回到家中也能在电视机上播放这些视频。因此，驱动视频电缆的电路非常重要。

然而，视频质量的波动却很大。同样的移动设备可以在客厅的电视机上播放，但卧室的电视却不行。为什么会这样？当中的差别在哪里？

视频失真主要有三大类型：1) 摩尔纹；2) 图像边带抖动；及3) 干扰频带。大多数失真都是以上两种或三种现象的混合，本文将分别讨论这三种视频失真的后果和原因。
虽然视频失真是个值得关注的问题，但移动设备所面对的灾难性的问题，却是拿着便携式设备走过客厅的地毯就可能诱发致命的损坏。罪魁祸首就是静电释放 (ESD)。还记得儿时玩过的小把戏吗？将气球在猫的身上摩擦几下，就可将气球粘在墙上，又或摩擦梳子使头发竖起来。现在，我们走过地毯时也会产生扰人的静电火花。这种火花对集成电路来说是致命的影响。旧时的半导体工艺对ESD的承受能力较高，但便携式设备中超高密度的系统级芯片 (SoC) 却特别易受ESD的破坏。随着越来越多的电路和“电脑”被封装到越来越小的SoC芯片中，ESD的破坏性也越来越大。虽然，1英寸 (2.54cm) 或更长的静电火花在我们看来只是件不愉快的小事，但对导体间距以微米 (百万分之一米) 计的IC来说，这样静电火花便如同一道闪电。举例说，一小粒盐的尺寸大约为60微米，而我们肉眼能看见的粒子尺寸最小为40微米。这样，我们就能理解为什么IC设计人员一想到闪电从“电脑”中划过就感到战栗。那么，怎样才能避免便携式设备遭受ESD破坏呢？答案是在便携式设备中的连接器和SoC之间采用较大的IC保护器件。

在讨论视频失真前，先制定一些基础规矩。要获得最好的画面质量，别忽视一些基本的东西，而且在传输通道上的每个环节都得倍加小心。这不仅包括正确的Nyquist滤波，还有清洁良好的电源和接地。人们通常都会假设拥有良好的电源和接地，但如果视频信号在传送通道的任何地方受到污染，以后就无法恢复。飞兆半导体提供有数以万计的不同部件，用于实现清洁良好的电源和接地。包括：AC/DC 和 DC/DC功率开关控制器、LDO调压器、电池充电器、开关、逻辑电路、二极管、晶体管、运算放大器、RF放大器及接口器件。所有这些都是基本的东西，却不能够忽略，正如在建造房屋时不能够忽视牢固地基的兴建。飞兆半导体还提供有助于延长电池寿命的先进功率负载管理产品IntelliMAXTM，以及能节省线材和降低RFI (射频干扰) 的信号串行和解串处理器件Micro SerDesTM(但这并不是本文的重点所在)。

那么，本文的重点在哪？说得有趣点，是在调味瓶子里：即飞兆半导体超小型便携式视频滤波驱动IC FMS6151。该芯片尺寸很小，只有1 x 1.5 x 0.5mm。实际上，它小得要用放大镜才看得清楚。仔细看会发现表面上有6个金点，即芯片的接脚连接端。

FMS6151在睡眠状态时只消耗0.25 A的电流，在工作时能承受12kV的ESD电压。它采用滤波器来重建视频信号，并将信号通过75 的同轴电缆传送到电视机。但为何需要滤波呢？这需要稍作解释。

滤波可以清除视频中带宽以外的噪声成分。噪声之于视频类似杂草之于农夫：都该铲除。即使是一朵美丽的玫瑰，如生长在麦田里也是农夫眼中的杂草。这种视频杂草或垃圾也是种类繁多且五彩缤纷。前面提到过几种视频失真：摩尔纹、图像边带抖动和干扰频带。图1所示为视频重建滤波器的作用。可见左上角有模拟电压纹，底部的负脉冲为行同步信号，中间部分为视频信号。顶部的放大圈显示的是模数(A/D) 转换器的采样点。在每个采样点，滤波器记录对应的采样数字值，且不同采样时刻间的电位差别可以忽略。图下部的放大圈所示为数模 (D/A) 转换器的输出，由一系列小台阶构成。这些台阶的过渡极陡，且边沿有扰动。台阶面代表采样点间的维持电压，必须通过重建滤波器进行平滑处理，这样输出信号才能接近持续变化的模拟输入信号。

图1右上角给出了D/A转换器的输出频谱。所需的视频在0到5 MHz之间。Nyquist的限制为采样频率的一半。那些“台阶”的高频杂讯集中在27MHz附近。

图1 （略）

图1底部所示为使用重建滤波器滤掉杂波的效果及图像信号频带。当说到用滤波器滤掉视频信号中的某些东西，实际上是指将视频失真减少到肉眼看不见的水平。

砖墙式滤波器有理论上完美的通频带 (让所有好东西通过)，同时能将抑止频带彻底滤掉 (拒绝所有坏东西)，而且通频带和抑止频带间的过渡瞬间完成。这种砖墙式滤波器纯粹是理论性的，实际上无法实现。类似砖墙式滤波器的价格昂贵，带三段均衡的广播7级滤波器售价超过100美元。广播级和用户级应用的差别在于对视频进行编解码处理的次数。

举 例说，广播级编辑系统从许多源 (如摄像机和采用不同编码器 的录像资料) 接收视频。编辑过程可能会包括多次生成操作和特技效果的处理 (涉及多次编解码)。最后，编辑好的输出将被送到网络上，通过卫星和微波发送到电视台 (涉及更多次编解码)。电视台在发送视频前还会添加某些特技效果、广告内容、新闻和台徽 (涉及的编解码次数更多)。

然而，在用户级应用中，视频由一两个编解码器进行处理的次数有限，例如，视频在机顶盒或DVD中处理一次，然后在电视机中又一次。

经验表明，在涉及多次编解码的广播级应用中，图像和采样信号至少衰减1% (-40dB)；而只涉及一到两次编解码的用户级应用中，图像和时钟信号至少衰减10% (-20dB)。这样就有可能做出实用且价格可接受的用户级滤波器。给定类型滤波器的品质因子 (FOM) 反映该类滤波器的复杂程度，称之为"级数"或"极数"。简单说，级数越高，通频带向两边下弯的程度越小 (即频率响应更平直)，通频带到抑止频带的过渡越陡。典型的用户级视频滤波器为3级 (极) 至6级 (极)。

那么，为何不简单地采用3级分立式滤波器呢？这里有三个相互关联的原因。首先，还记得IC的大敌ESD吗？典型SoC芯片的ESD额定电压只有几百伏。 FMS6151由于采用了大型稳固的模拟IC工艺技术，因此其ESD额定电压达到12000伏。其次是物理尺寸问题。分立的电感、电容、额外的晶体管，以及ESD二极管和连接这些元件的迹线，通常都比FMS6151大。第三个原因是制造中的人为出错，以及在生产测试中找出这些错误的能力。

图2说明将部件小数点只搞错一位就会产生的问题。通常，表面贴装电容的卷轴上都有这个数值，格式为一个两位数加一个因子，但元件上并无标记。因此，270pF的电容卷轴会标记成271，27pF的电容卷轴会标记成270。这就很容易及很平常在板卡上发现错装的元件。如果错误使视频图像质量大幅下降，可能无法通过最后的功能测试。如果电容大于设计的要求值，就可能出现这种情况。相反，若电容小于设计的要求值，就可能混过最终测试。这是因为系统的其余部分实际上就是用户家里的电视机。我们曾说过同样的移动设备可能在客厅的电视上可用，但在卧室的电视上就不行了。因此会问：“为什么会这样？差别在哪里？”

图2 （略）

图3 （略）

图3所示为整个系统及三种可能的视频失真。这里整个系统不仅包括移动设备，而且包括用于观看的电视机。变数之一是两个视频滤波器的质量。图4的右上角给出了便携式设备输出的频谱。注意采样时钟信号和图像边带的高度 (幅度) 较大。图4左边以图示方式给出了复杂的数学公式，描述当忽略Nyquist效应时A/D转换处理产生的和频及差频。接着左上角的图，频率图在Nyquist频率处被折叠，在采样时钟频率处再次被折叠。这种频率折迭一直延续至图的左中部。最后，左下部的图给出了图像边带与基带视频混合的详情。右下部的频谱图描述了视频和垃圾信号 (杂草)，以及新的图像频带中包含的垃圾信号。这种垃圾一旦存在，视频信号便没法修复。

图4 （略）

图3反复出现的三种视频失真为摩尔纹、图像边带抖动和干扰频带。摩尔干涉是由两个采样频率信号间的拍频信号 (低频差额) 引起的干扰纹，有点类似于透过两层相互间有轻微转动错位的 纱窗看到的景象。图像边带抖动失真会使图像 中那些本来静止的边沿看起来 好象在动。高频边沿在瞬间产生图像频率，具体 点说，就是当基带中含有高频成分时，才会有图像出现。该图像可能加强也可能削弱原来的边沿 ， 因为其相位不确定。而且，滤波过程中任何抖动都会被放大，使得边沿看起来在抖动。最后，第三种视频失真是因某一杂讯信号的调制而导致的频带干扰。杂讯有可能来自计算机的时钟信号、数据信号的串扰，又或是便携式设备或电视机内的音频串扰。此外，视频同轴电缆接地不良也会让来自邻近设备(如无绳电话、微波炉、WiFi接入点、移动电话、CB波段对讲机等) 无线电波串入，调制图像信号。

分立元件滤波器容易产生组装错误，因而不能通过最终的生产测试。这些错误会导致销售出去的移动设备需要返工，因为它在一些电视上能用，在另一些电视则不能。飞兆半导体采用高速度、全自动的测试系统，百分百地检测测试每个FMS6151视频滤波器的带通频率。

结论

飞兆半导体提供数以万计的产品为便携式设计的各个方面带来协助。FMS6151超便携式滤波驱动电路能够解决便携式视频设备所面对的问题。由于体积小，因此能安装于空间狭小的手机中及在电视机上安全地显示视频图像。其强大的ESD承受能力可保护手机中密集且敏感的“电脑”。而5阶视频重建滤波器可输出清洁和流畅的视频信号，防止出现摩尔纹失真。FMS6151并能完全地驱动和匹配75 同轴电缆阻抗，还可选配输出耦合模块 (尺寸最小、使用最多的配置是直接DC耦合)，从而进一步缩减尺寸。FMS6151 能够节省电池能量，在同轴驱动电路工作时电流消耗很小 (FMS6151在睡眠状态时只消耗0.25A的电流，大约等同于在板卡上留下一个指纹印所需的电流)。