核心提示：本文探讨了可以需要用到高速运算放大器的应用，介绍了一些主要的消费类视频应用实例，以及模拟视频格式及带宽与分辨率的关系，最后介绍了ST公司的高速运算放大器产品系列及其应用方案。1、视频应用现在，我们常见的视频应用有两种：广播视频和图形视频。

本文探讨了可以需要用到高速运算放大器的应用，介绍了一些主要的消费类视频应用实例，以及模拟视频格式及带宽与分辨率的关系，最后介绍了ST公司的高速运算放大器产品系列及其应用方案。

1、视频应用

现在，我们常见的视频应用有两种：广播视频和图形视频。其中，广播视频局限于一定带宽范围内的电视信号传输，如电视、机顶盒、DVD录放机、摄像机。另一方面，图形视频可以满足电脑应用的需要，并且没有带宽方面的限制。本文讨论的主要是广播视频应用。

2、什么地方需要高速运算放大器?

通过75Ω视频线将模拟视频信号驱动为电视信号时，需要使用一级放大器。这类应用大多是消费类产品，例如机顶盒、DVD录放机和摄像机。在这些应用中，放大器的输出能力(输出电流和失真对与负载的关系)非常重要，因为它必须能够驱动以低阻抗著称的视频线(75Ω视频线)。

电视也需要高速运算放大器。在电视中，放大器能够保证视频线和电视输入级之间达到很好的阻抗匹配效果。放大器需要将视频信号驱动到芯片组的输入级，该输入级的特征阻抗很高(一般为几kΩ)，而且还并联有一个容值为pF级的电容器。在这种情形下，即使处于容性负载环境，驱动器也必须保持较高的稳定性。机顶盒的模拟视频输入也具有类似的局限性问题。

通过机顶盒，可以完成对视频源信号的选择。源信号可以来自诸如DVD，或者摄像机之类的设备。

这类放大器可能非常特别，在性能方面表现为缓冲器+滤波器型，如STv6433；或视频矩阵，如STv6412；或者性能与市场趋势密切相关，可以嵌入芯片组中。另一方面，放大器阶段也可能是由晶体管或高速放大器组成的分立方案。

这类应用中，客户追求的目标是速度和节省空间，因此高速运算放大器相较晶体管方案而言具有一定的优势。因此，广播视频应用是高速运算放大器的一个主要市场。

3、模拟视频格式

评估高速视频运算放大器的频率和振幅的时候，模拟视频信号的格式非常重要。主要的模拟视频信号格式有三种，每个呈现的电视图像质量各不相同。

第一类信号格式是由建立在R、G、B三个信号基础上的三个独立的信号组成的。这种信号是“最干净”视频信号，能够提供最高质量的视频。三个R、B和G信号具有相同的带宽作。该带宽与视频质量有直接关系。在标准视频广播中，我们普遍使用YIQ、YUV或YPbPr，其中的Luma(Y)、(I，U，Pb)和(Q，V，Pr)是R、G、B的一个分量。在所有这些格式中，通常驱动3个信号。

第二类信号格式基于两个信号，例如Luma-Chroma (Y/C)或S-Video，其中C为色度。这两种信号都是在基于NTSC、PAL、SECAM视频标准的RGB信号基础上进行编码的。

第三类信号格式是复合视频(CVBS)。该信号格式的目标将所有视频分量组合成一个单独的信号。CVBS是Y信号和C信号的总和。该信号格式是质量最差的一种信号格式。

4、视频信号带宽与清晰度之间的关系

(1)标准清晰度(SD)：该格式使用标准的隔行视频，电视屏幕的分辨率为720*480像素(格式：480I)，带宽为6MHz。

(2)逐行视频(PV)：该视频图像为非交织型，其目标在于提高图像的质量。着这类信号的带宽为12MHz，是标清信号的2倍。这类信号适合逐行电视(720*480像素，480P格式)，可以与DVD播放机进行通信。然而，由于该格式与100Hz电视之间存在竞争，该格式没有在欧洲普及。

(3)高清电视(HDTV)：HDTV格式的目标是通过增加扫描线的数量和每线像素的数量来改善图像的质量。这类视频信号的带宽高达30MHz，适合的电视屏幕有逐行1280*1920像素(类型：1280P)，以及隔行1920*1080像素(1080I)。该HDTV格式目前在美国非常普及，而且正在向亚洲和欧洲推广。

5、信号幅度

视频信号的典型幅度包括同步、黑电平(参考幅度为0)、白电平和颜色。

6、阻抗匹配

为了消除各种反射因素的影响，视频线的两端必须按照其自身的阻抗，加载一定的负载，典型值为75Ω。由于视频线上任何一点的阻抗是相当的，我们将此称为阻抗匹配。运算放大器的输出阻抗接近于零，一般应在PCB上安排一个75Ω的电阻器，以达到正确的阻抗匹配值。因此，在视频线的另一端，也要安排一个75Ω(位于电视机信号一边)的电阻器。

对于信号幅度来说，该2R电阻网络的表现相当于一个电阻分配器。因此，运算放大器的输出幅度有一半丢失了。由于运算放大器的输入幅度必须与视频线所要求的幅度(典型值为1Vpp视频)相同，运算放大器的增益应该为+2(6dB)。

虽然R值必须尽可能小，以减少噪音和稳定性问题(假设漂移电容主要是由输入转换而来的)，但是也不能太小，因为该2R网络还有一个功能，那就是担当着运算放大器的负载。对于一个VFA，就不用考虑R值了，1kΩ已经足够，而且还可以满足以前的要求。

对于CFA，如TSH11x，应该施加一个R值，具体数值可以从数据手册中查找(R=680Ω，增益=+2)。

7、电源

对每个设计者来说，最大的设计挑战是减少应用成本。一个输出为-5V/+5V的双电源需要在-5V的负电源电路方面进行投资。解决方法之一是将电源缩简为只有单独的0/+5V输出。电源的同步信号降为0V(有时只有10mV)。在这些情况下，最好的解决方案是使用一个输入/输出轨-对-轨(input/output rail-to-rail)运算放大器，如TSH7x-TSH8x系列产品。假如输出轨的被测值是VOL=150mV(最大)，该视频线所能保证的最小信号幅度为75mV。这会造成底部信号损失，最坏情况下只有75mV。