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怎么使用差分信令和CAT5网络电缆处理多通道视频的传输问题

如何利用差分信令和CAT5网络电缆解决多通道视频的传输问题-采用CAT5电缆有几种基本的互连选择方案(67页图1),为应用选择最佳配置取决于具体条件以及为差分驱动器/接收器选择的IC。制造商通常会提供有关具体IC的最佳和效率最高配置的信息和实例,这里讨论的配置问题应提供附加指导,以帮助确定采用哪个选择方案可达到最佳效果。若我们有一个低压单电源(首选的)供电系统,一般需要在输入端增加视频箝位电路,以便在视频信号发生变化时维持正确的直流电平。在具有足够电压摆幅空间的双电源供电环境(±5V或同等电压)中不需要箝位电路。

与单端信令比较,差分信令有许多优势:电磁搅扰(EMI)低、失真少、电源电压低而且本钱也低。这些优势促进差分信令在许多运用中得到选用,包括数字(低压差分信令,即LVDS)运用和模仿运用(音频)。对模仿视频而言差分信令也有相似优势,但由于一些原因,大多数视频运用还在持续选用单端75Ω同轴电缆衔接。

选用差分信令和低本钱的CAT5网络电缆,可将模仿视频传输到很远的间隔,然后下降视频互连和传输的本钱。CAT5电缆在安全体系、闭路电视(CCTV)和轿车体系等一般运用中具有较高的本钱效益。

假如体系装备中有很多的摄像头号视频源,特别是用于安全体系或CCTV体系的摄像头,那么经过互联网协议的视频或许是比较抱负的挑选计划。但当体系具有少数视频源且总体系本钱十分重要时,模仿视频互连能够供给最佳性价比,这是由于这种体系不要求紧缩或任何软件操控。

完成差分模仿视频的妨碍在于缺少能够经过差分电缆转化、传输和接纳视频,并一起还供给一个与现有75单端视频电路进行接口的低本钱发射器-接纳器IC。完成这种功用需求很多电路,(至少)包括一个平衡-不平衡变压器电路,这个电路具有补偿电缆损耗的振幅均衡功用,以及安稳视频黑电平的箝位或偏置功用。这个IC还将要求I/O维护、单电源供电、故障诊断功用以及低本钱。下面经过数百米CAT5电缆发送视频评论时有必要考虑的问题。

经过CAT5电缆传输模仿视频的实际问题

树立一个针对模仿视频的CAT5传输体系触及许多重要问题。与同轴电缆等传统办法比较,CAT5双绞线具有许多优势。第一个优势是本钱优势,CAT5电缆比同轴电缆廉价得多,这得益于前者在电脑网络中的广泛运用。

在许多状况下,CAT5电缆或许现已装置,但却没再被运用,这或许是由于现已升级到能够支撑速度更高的数字数据的CAT6电缆。在这种状况下,旧的CAT5电缆能够用来传输重量模仿视频(三个通道+同步)或许带有一些额定操控信号的组成视频播送信号(CVBS)。

对发射器来说,CAT5电缆有四根双绞线(8芯线),因而假如咱们需求多个通道一起传输信号,就有必要处理好通道之间的串扰问题。差分驱动器和接纳器组合的CMRR在视频带宽为0~5MHz时至少有必要为30dB。现在的大多数差分驱动器/接纳器都满意这一规范,而且有一部分是专门为驱动CAT5电缆而规划的。

CAT5电缆的另一个问题是高频损耗远远高于同轴电缆,这意味着规划工程师有必要在电缆长度超越3米左右时考虑添加某种电缆均衡。这种需求必定程度上确实取决于体系有必要保持的视频信号质量规范。同一CAT5电缆中双绞线的频率损耗是不同的,因而不同通道会发生不同推迟。关于较长的CAT5电缆,规划工程师有必要在接纳端附加一个挑选计划来批改推迟差错。运用四根独立的同轴电缆则不存在这类问题,这是由于等长的同轴电缆具有相同推迟。

根本互连

选用CAT5电缆有几种根本的互连挑选计划(67页图1),为运用挑选最佳装备取决于详细条件以及为差分驱动器/接纳器挑选的IC。制造商通常会供给有关详细IC的最佳和功率最高装备的信息和实例,这儿评论的装备问题应供给附加辅导,以协助确认选用哪个挑选计划可到达最佳作用。若咱们有一个低压单电源(首选的)供电体系,一般需求在输入端添加视频箝位电路,以便在视频信号发生改变时保持正确的直流电平。在具有满足电压摆幅空间的双电源供电环境(±5V或平等电压)中不需求箝位电路。

怎么运用差分信令和CAT5网络电缆处理多通道视频的传输问题

此外,直流耦合体系或沟通耦合体系的挑选取决于详细的运用。例如,假如咱们不期望源和方针之间有较大的地电位差,而且差分驱动器/接纳器是同一家制造商出产的,那么直流耦合体系便是较好的挑选计划。它能够供给较低的低频失真、不需求较大的去耦电容、不会发生笔直歪斜,而且在接纳端不需求直流恢复电路或箝位电路。

别的,咱们或许期望体系中源和方针间有较高的地电位差(5V、10V或更高),也或许不得不选用不同制造商出产的驱动器和接纳器芯片,或许或许只规划驱动器端而不了解接纳端的状况。在以上状况中,沟通耦合衔接都是较好的挑选计划,这种衔接可供给更高的灵活性。

多通道视频的传输问题

CAT5电缆有多条双绞线,十分便利用在需求多个视频通道的运用。如当有必要传输四个视频重量(RGB信号和复合同步信号)或许YPbPr重量信号时,规划工程师有必要保证保持直流箝位电平。

直流箝位电平十分要害,由于Y、G、B或R重量的直流箝位电平不同于Pb和Pr重量。当然,假如需求,能够从Y/G通道中抽取同步信息。R和B通道也或许包括同步信号,但这不是强制的,规划工程师不能假定经过R通道或B通道能够获得同步信息。通道Pb和Pr不包括同步信息。请注意,假如咱们需求经过同一CAT5电缆传输同步信息,首要有必要对组成同步信号进行滤波。不管驱动器/接纳器IC的组合是怎么好,高频和高能量同步边缘都会由于串扰而在视频信号中以噪声方式显示出来。这导致了将同步带宽约束在最大1MHz左右的强烈要求,最大同步带宽值取决于所选的驱动器/接纳器组合。

最终一个使命是处理各个通道之间的推迟差。CAT5电缆内的四根双绞线由于电缆长度、电缆方位和温度的不同而具有不同的信号推迟。由于人眼对通道之间的相位差错十分灵敏(色差),电缆驱动器/接纳器电路须补偿推迟差,方针场一切通道的差错都应小于3ns。为进行补偿,许多规划都选用模仿或电荷耦合器件(CCD)可调理推迟线路(调理规模为0~50ns)。推迟批改可手动或主动进行,当然主动推迟批改更便利但本钱也更高。

当数据(摄像头的操控指令)和视频有必要经过同一电缆进行传输时(图2详见本刊网站),CAT5电缆还能够用于监督或安全体系中。在这个整合的体系中,摄像头将模仿视频发送给主机体系,一起主机将指令数据发送给摄像头(摇移、歪斜、变焦等)。

在本例中,假定CAT5电缆并不太长(10~20英尺),而且体系不需求电缆EQ补偿。图2a中的电路选用一根双绞线用于视频和数据通道,而图2b中电路的视频通道和数据通道别离坐落不同的双绞线,但选用了相同的CAT5电缆。在这两种状况中十分重要的一点是:驱动器/接纳器组合的CMRR保持在30dB以上,以经过设置时序来操控通道只在视频笔直折回期间被激活。这有助于最大极限地削减或许呈现视频通道中的可视噪声。

假如咱们需求与远处(30~1,000英尺以上)的摄像头进行通讯,有必要选用不同的办法,这是由于CAT5电缆需求电缆EQ补偿。但咱们无法将EQ补偿运用到数据通道中,由于EQ补偿选用高频提高功用,而这是不行接纳的。此问题的一个可行处理计划是对数据通道中的操控信号选用相位调制。上述示例选用的都是单向通道,但并不仅限于此。在添加了某些硬件之后,数据通道能够双向作业。

电缆均衡

运用CAT5电缆时,电缆长度是不得不考虑的一个要素。关于长间隔互连,咱们有必要挑选可完成电缆EQ/增益批改的差分驱动器/接纳器IC。某些状况下咱们需求可调理电缆EQ,因而规划工程师将有多个挑选计划能够考虑。可是并非一切差分驱动器/接纳器都有可调理电缆EQ。典型的CAT5频率特性为高频损耗与电缆长度,体系能够完成高频信号损耗的补偿。这儿以选用美信公司的MAX9546/47差分CAT5驱动器/接纳器构建的体系为例。关于不同供货商的驱动器/接纳器组合,详细的EQ网络会有所改变,但根本原则相同。

驱动器芯片包括视频箝位和差错检测电路,以及检测短路或输出端无衔接的才能。这消除了添加额定支撑元器件的需求、简化了总体系规划。源和方针之间的互连是直流耦合的,选用MAX9546/47时,能够在接纳端添加EQ和增益补偿。

补偿能够选用杂乱的RC网络替换界说接纳器增益的外部电阻Zt来添加。补偿网络包括仅由R设定的直流增益条件和由R1×C1、R2×C2以及R3×c3设定的三个沟通条件。这些条什并联组合时会构成杂乱的阻抗Zt,增益等式如下:

VOUT/VIN=K×(Rl/Zt)

其间,K为电流增益(内部设定为1)、R1为外部输出电阻(如68页图3所示)。这种组合能够有效地补偿1,000英尺(300m)以内的高频损耗。关于某些运用,补偿间隔可高达1,500英尺(450m)。高出这个长度时Zt无效,并会添加增益且提高高频、下降信噪比(降至45dB以下)和K系数(>3%)。

关于长间隔运用,咱们需求进行某种方式的调制。在下面示例中,EQ网络是一个掩盖必定频率规模的模块。EQ网络根据三个R×C元器件,但用户能够经过添加R×C元器件数来到达更准确的频率补偿。

EMI考虑

别离经过单端RG-59同轴电缆、差分CAT5非屏蔽双绞线(UTP)、带单端放大器的规范UTP将CVBS信号传输到电视会发生典型成果。接下来,用RF信号搅扰电缆来测验电缆的搅扰。当呈现可视搅扰时,信号电平会下降,直到搅扰不再可视,搅扰水平以V/m计。总归,差分信令与同轴电缆的功能适当,但对某些运用来说,差分信令的功能或许更好且本钱更低。本钱和功能优势使差分信令胜出一筹,但是在产品中选用差分信令还需处理详细的规划问题。

责任编辑:gt

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