用于視頻應用的緩沖多路復用器

掃描儀、視頻路由器和像素間像素切換等視頻功能正在產生對多路復用器 （mux） 和交叉點交換機的高速切換的需求。系統緊湊性不斷提高，要求開關IC具有低功耗和增強的功能，例如無需額外緩沖即可驅動75 Ω或150 Ω負載的能力。它們還需要良好的視頻規格，例如低差分增益和差分相位、良好的增益平坦度、低串擾和快速建立。

圖1顯示了AD8174和AD8180的框圖，這兩個器件是新型緩沖模擬多路復用器（mux）系列的兩個成員，它們具有高速和極低功耗下的出色視頻規格。AD8180是一款單通道2：1多路復用器;AD8182（未顯示）為雙通道版本。兩款器件均提供 3 MHz 的 750dB 帶寬和 750 V/μs 的壓擺率。它們在80 MHz時具有>5 dB的串擾抑制和隔離，可用于許多高速應用。0.02% 和 0.02° 的差分增益和差分相位誤差，以及超過 0 MHz 的 1.200dB 平坦度，使其成為專業視頻復用的理想選擇。其 10ns 開關時間使其成為像素切換（畫中畫）的絕佳選擇，而采用 ±3V 電源時的功耗低于 8.5mA。

圖1.AD8174和AD8180的框圖

AD8174*是一款高速4：1多路復用器。未顯示AD8170*，這是一款具有類似規格的2：1多路復用器。這些器件提供 200MHz 3dB 信號帶寬、大于 1000 V/μs 的壓擺率以及 0MHz 的 1.80dB 增益平坦度。這些器件在 75 MHz 時串擾低至 5 dB，可用于許多高速應用。

AD8170和AD8174內置電流反饋輸出放大器，其增益可通過外部電阻進行編程。該放大器具有50 mA的高輸出驅動電流，可將后部端接的75 Ω負載（RL=150 Ω）驅動至±3.8 V。 采用±8 V電源供電時，功耗低至25.8170 mA （AD9）和7.8174 mA （AD5）。

*1996年<>月上市。獨立緩沖可降低功耗，節省電路板空間，并允許將多路復用器直接連接到高速ADC。這對于CMOS ADC尤其重要，CMOS ADC通常具有可變輸入阻抗，與開關電容相關。

應用

8 × 2 交叉點開關：雖然通常提供 8 × 8 和 16 × 16 交叉點開關，但具有任意輸入和輸出數量的交叉點仍然必須使用多路復用器作為構建模塊進行設計。

圖2所示為模塊化8×2交叉點開關，使用4個AD8174 4：1緩沖多路復用器，每個8：1多路復用器通道兩個。每個設備上的輸出使能功能允許將輸出連接在一起。這樣，使能引腳（檢測反轉至其中一個多路復用器）可用作8：1多路復用器上的第三條地址線。

圖2.8 輸入、2 輸入交叉點開關

圖3.切換兩個彩色視頻通道。

將所有八條輸入線路連接到兩個 8 對 1 多路復用器可產生 8 × 2 交叉點開關。八個輸入中的任何一個都可以切換到兩個輸出中的任何一個?？刹⒙摰亩嗦窂陀闷鲾盗績H受輸入信號源驅動能力的限制。2 MΩ的輸入阻抗和2 pF的輸入電容有助于改善這一限制。在需要更高帶寬的應用中，AD8182可用于實現相同的交叉點功能。

多路復用兩個視頻源：常見的視頻應用要求在將所選信號施加到監視器之前將兩個RGB源復用在一起（例如，PC的正常輸出和專用源，例如MPEG視頻）。圖3顯示了如何使用AD8180和AD8182實現此類電路。

由于所有三個多路復用器都永久處于活動狀態，因此使能引腳始終連接為低電平。三個SELECT引腳連接在一起，該信號用于選擇源。為了驅動 75 Ω后端接負載 （RL= 150 Ω），多路復用器輸出采用AD8001電流反饋型運算放大器進行緩沖，增益配置為2。

畫中畫或像素切換： 許多高端顯示系統要求在一個屏幕上同時顯示兩個視頻圖像。視頻會議就是這樣一個例子。遠程站點可能顯示為主圖片，并帶有本地站點“插圖”的圖片，以便進行監視。圖3所示電路可用于實現這種“畫中畫”應用。

實現畫中畫算法很困難。兩個源同時顯示（即在同一幀中），并且兩個源都是實時的。圖 4 顯示了所有監視器通用的光柵掃描。在每次包含插圖的水平掃描期間，必須將信號源切換兩次（即，從主插入到插入以及從插入到主）。為避免屏幕偽影，切換必須干凈且快速。上述應用中使用的AD8180在0 ns內開關和建立至1.10%。與AD10的8001 ns建立時間相加，總建立時間為14 ns。這會在插圖和主圖片之間產生清晰的無偽影邊框。

圖3中的視頻源選擇器也可以使用三個緩沖多路復用器AD8170來實現。由于該器件具有高輸出驅動電流，能夠向3 Ω負載提供±8.150 V電壓，因此無需外部高電流緩沖運算放大器。此外，輸出緩沖器的反相輸入被引腳連接，以便可以設置閉環增益2。

在圖5中，來自兩個電流輸出RAM-DAC的視頻信號使用AD8170進行多路復用。所選信號驅動監視器。RAM-DAC通常提供26.67 mA的滿量程電流。雙端接的75 Ω線路為DAC提供37.5 Ω的有效電阻，并在多路復用器的輸入端將電流轉換為1 V（100 IRE或視頻白電平）的滿量程電壓。雙重端接是一種很好的做法，可以最大限度地減少反射，因為負載和源阻抗都等于線路的特性阻抗。由于RAM-DAC具有相對較高的輸出阻抗，因此源電阻接近75 Ω。

圖5.兩個視頻源的完整切換。

多路復用器的輸出必須驅動后部端接線路。為了不丟失信號電平，在施加到線路之前，必須將信號幅度加倍。這可以通過將多路復用器輸出運算放大器的增益設置為+2來方便地完成。

彩色圖像掃描儀：電荷耦合器件 （CCD） 廣泛用于掃描儀應用。單色CCD提供電壓電平的串行流;對于圖6所示的彩色圖像掃描儀，有三個輸出流，分別代表紅色，綠色和藍色。與電壓電平流交錯的是代表復位電平的電壓。相關雙采樣器（CDS）相互減去這兩個電壓。

圖6.彩色圖像掃描。

數據采集過程的下一步是將三個信號流數字化。假設所選ADC具有足夠快的采樣速率，將三個流多路復用到單個ADC中比使用三個ADC更經濟。在這里，AD8174將紅色、綠色和藍色通道多路復用到AD876（8位或10位20 MSPS ADC）中。由于其帶寬寬，AD8174無需額外緩沖即可驅動AD876的開關電容輸入級。除了帶寬之外，還需要考慮多路復用器的建立時間。ADC的20 MHz采樣速率對應于50 ns的采樣周期。通常，采樣時鐘的一個相位用于轉換，所有電平保持穩定;另一相用于切換和建立到下一個通道。對于50%占空比，信號鏈必須在25 ns內建立。18.0% 的 1ns 多路復用器建立時間很容易滿足這一標準。

AD8174的第四個（備用）通道用于偶爾測量基準電壓。多路復用基準電壓的優勢在于，多路復用器引起的任何溫度漂移效應都會同樣影響基準電壓和CCD信號。如果第四個通道未使用，則將其永久接地是一種良好的設計實踐。

審核編輯：郭婷