模擬：深入到視頻和多媒體等應用中

Ａｎｇｅｌａ　Ｒｏｓｓｏｎｉ

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、醫療和數碼相機等方面。

關鍵詞：模擬器件；電源管理；視頻；HDTV

隨著現實世界中電子產品數量的不斷增加，模擬IC的需求將繼續上升。市場分析公司Databeans估計模擬器件價值比數字器件價值平均高1.5倍。此外，模擬電子產業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。在經歷了幾次虛假的開始后，HDTV終于為大規模市場接受。

從模擬視頻接口(如VGA)到數字視頻接口的轉變正在許多市場發生，特別是計算機和家電領域。原有的模擬標準被近年來涌現的數字視頻協議所替換，例如DVI(數字視頻接口)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。并且視頻監視、軍事監視、醫療成像和電視電話會議系統正在向高清視頻格式轉移。一些工業攝像機也向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％。高清數字監視系統目前主宰了監視系統市場，并逐漸替換模擬系統。這樣的系統對模擬器件有不同的要求。

HDTV系統可以被劃分成幾塊：顯示及驅動器、多媒體引擎、解碼單元、音頻和視頻處理調諧器、接口IC和電源IC。每個模塊的性能決定著系統的整體性能。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。其轉換并且調理視頻信號，以實現HDTV內容的可視化、存放和分享。用于高清設備的模擬和混合信號的產品包括多頻帶調平器、視頻多路器(如Linear的LTl205)、并／串行轉換器、低功率收發器、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、時鐘發生器(如Cypress、IDT、SiliconLabs和Ⅱ的產品)以及高精密度ADc和DAC。特別是ADC和DAC選擇是改進系統性能和圖像質量的關鍵。高清設備必須兼容模擬和數字輸入，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。

傳統上，模擬和數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，高清也要求優秀品質的音頻產品。傳統音頻方案使用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。除數字電視外，機頂盒、DVD播放機和刻錄機、50多種PC產品集成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發射器的高質視頻數字化的AD9387低功率小型化的發射機，還有雙端口AD9388接收器。這些設備符合HDMI1.3標準，并優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，最大靜態電流只有1uA。可以用于雙接口系統，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。該產品允許增加其他HDMI設備到現有的項目，而無需昂貴的更新費用，因而減少系統復雜性。與之相反，傳統項目要求單獨的接收器以增加HDMI鏈接。

Intersil的ISLSl002數字轉換器將來自HDTV調頻器、DVD播放器、機頂盒、PC產生的RGB信號及具有DVI和HDMI接口的工作站的模擬YPbPr視頻數字化，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。

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。該器件經優化以在0.25Gbit／s和1.65Gbit／s之間的數據速率運行，可廣泛用于視頻系統，包括液晶或等離子HDTV設備、LCD投影儀和醫療儀器。

夏普推出用于HDTV的新NIM DVB-S和DVB-T調諧器，比市面傳統產品薄30％。這對下一代衛星接收機、電視及錄像機的開發極為重要。

TI的ATSC(先進電視系統委員會)TVP9900解調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、數字過濾器和sigma-deltaD／A轉換器。

汽車、醫療、數碼相機應用

在汽車應用中，模擬器件是保證系統安全和可靠性的根本，實現馬達的有效控制和支持多媒體功能。到2010年末，汽車中15％的電子產品將為模擬或混合信號類電子產品。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，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。可以相信，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。這樣可使接線數目顯著減少，使電纜更細。新的芯片組有促進系統設計的特點：這些包括前重點信號調理以補償衰減和其他損失機制，并可實現長電纜驅動。

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

為實現適宜的信號鏈以讀取溫度、脈搏、血糖或其他生物參數，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容。集成于數碼相機的模擬以裝置的價值可以超過15美元。在數字電視或高清電視(HDTV)中的模擬裝置數量在3年內將翻番。

NS推出了業界首個三速(3G／HD／SD)串行數字接口(SDI)，雙通道串行／解串收發器。具有高抖動性并集二條收發通道于單一芯片。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數據速率。LMH4345芯片內含兩個接收器，其中的時鐘及數據提取電路可以自動檢測輸入串行數據的傳輸速率，提取時鐘信號，以及將有關數據解串，轉為5位的LVDS數據流，從而簡化LMH4345芯片與主FPGA之間的聯系。