模拟：深入到视频和多媒体等应用中

Ａｎｇｅｌａ　Ｒｏｓｓｏｎｉ

摘要：智能电子设备的普及使模拟解决方案所扮演的角色日益重要，应用在视频、多媒体、汽车、医疗和数码相机等方面。

关键词：模拟器件；电源管理；视频；HDTV

随着现实世界中电子产品数量的不断增加，模拟IC的需求将继续上升。市场分析公司Databeans估计模拟器件价值比数字器件价值平均高1.5倍。此外，模拟电子产业的增长率高过整个半导体市场的30％。

视频和多媒体应用

迄今，全球已出售了1.05亿HDTV(高清晰度电视)设备。市场分析公司InformaTelecoms and Media指出，至2008年底全球仅4％家庭有效地观看高清电视节目。然而，这却意味着从2007年底的1900万个家庭上升为几乎4400万个家庭。市场分析公司Informa预测，到2012年将有1.79亿个HD-ready家庭，代表几乎20％的家庭。在经历了几次虚假的开始后，HDTV终于为大规模市场接受。

从模拟视频接口(如VGA)到数字视频接口的转变正在许多市场发生，特别是计算机和家电领域。原有的模拟标准被近年来涌现的数字视频协议所替换，例如DVI(数字视频接口)和HDMI(高清多媒体接口)。

由于强有力的市场需要所驱使，中国的HDTV家电设备销售扶摇直上。并且视频监视、军事监视、医疗成像和电视电话会议系统正在向高清视频格式转移。一些工业摄像机也向1280x720分辨率的高清格式迁移。即使是上一代的便携式消费设备，如数码相机和便携式的媒体播放装置，也支持高清晰度格式。

2007年中国的视频监视市场销售额约为41亿美元，比2006年的33亿美元增长了24.2％。高清数字监视系统目前主宰了监视系统市场，并逐渐替换模拟系统。这样的系统对模拟器件有不同的要求。

HDTV系统可以被划分成几块：显示及驱动器、多媒体引擎、解码单元、音频和视频处理调谐器、接口IC和电源IC。每个模块的性能决定着系统的整体性能。所有器件的选择，特别是模拟前端，是保证分辨率、光度、图像对比高质量以及系统灵活性与易用性的关键。器件必须可为不同的视频输入和输出进行编程。他们必须保证低成本和低功耗。例如，为了得到能源之星认证，高清电视设备在待机时功耗必须少于3W。

模拟和混合信号器件在保证高清设备最佳视觉体验方面扮演着重要角色。其转换并且调理视频信号，以实现HDTV内容的可视化、存放和分享。用于高清设备的模拟和混合信号的产品包括多频带调平器、视频多路器(如Linear的LTl205)、并／串行转换器、低功率收发器、视频编解码器、缓冲、串行／解串器、开关、图形保真滤波器(如Maxim的MAX7469和MAX7470)、低抖动PLL、时钟发生器(如Cypress、IDT、SiliconLabs和Ⅱ的产品)以及高精密度ADc和DAC。特别是ADC和DAC选择是改进系统性能和图像质量的关键。高清设备必须兼容模拟和数字输入，即支持录像机、机顶盒、DVD播放器和刻录器、计算机游戏控制台和摄影机等视频源。

传统上，模拟和数字信号由两块独立接口芯片处理。在一块芯片集成两接口的模拟前端器件可减少项目的复杂性，优化空间占用和减少费用。而且这样的器件可保证更多供应商各类设备的互用性和更多视频标准的共存。为了获得更广的视频接收，高清设备必须支持10米以上的电缆长度，并且这给具有电缆平衡功能的模拟器件增添了严格的要求。

为了提供更好的多媒体体验，高清也要求优秀品质的音频产品。传统音频方案使用AB类音频放大器。大功耗会引起温度升高，故需使用大尺寸散热器，这就阻碍了超薄型电视的发展。为此，新的高清设备采用D类放大器。

In-Star指出，到2010年全球HDMI设备销售将逐年增长78％。HDMI标准被400个消费电子设备供应商所采纳。除数字电视外，机顶盒、DVD播放机和刻录机、50多种PC产品集成HDMI接口，其中包括了HP、戴尔、索尼、宏基、明基等品牌。

Apple在其AppleTV机顶盒中使用HDMI接口，2007年3月上市。新HD-DVD和蓝光格式以及游戏机，如PlayStation3，使用了新的接口。

支持HDMI的模拟和混合信号器件

ADI不断拓宽其产品线，主要通过增加AD8196和AD8197高性能多路器，以及可将来自高分辨率输入和传统发射器的高质视频数字化的AD9387低功率小型化的发射机，还有双端口AD9388接收器。这些设备符合HDMI1.3标准，并优化图像质量和能源效率。Fairchild的高带宽FSHDMl04符合HDMI1.3标准，具有超低功率，最大静态电流只有1uA。可以用于双接口系统，并且可连接二个视频源，例如DVD播放器、计算机游戏控制台和机顶盒。该产品允许增加其他HDMI设备到现有的项目，而无需昂贵的更新费用，因而减少系统复杂性。与之相反，传统项目要求单独的接收器以增加HDMI链接。

Intersil的ISLSl002数字转换器将来自HDTV调频器、DVD播放器、机顶盒、PC产生的RGB信号及具有DVI和HDMI接口的工作站的模拟YPbPr视频数字化，结合了易用性和高清晰性能。ISL51002支持3速至165MSPS，在60Hz下分辨率达1080p／UXGA。目标应用包括平板电视、PCLCD显示器、视频和图表处理系统。

NS推出了电缆均衡器DSl6EV5110，可允许延长电缆至40m，以支持最新的DVI和HDMI标准，使用常用低成本CAT5／5e／6。该器件经优化以在0.25Gbit／s和1.65Gbit／s之间的数据速率运行，可广泛用于视频系统，包括液晶或等离子HDTV设备、LCD投影仪和医疗仪器。

夏普推出用于HDTV的新NIM DVB-S和DVB-T调谐器，比市面传统产品薄30％。这对下一代卫星接收机、电视及录像机的开发极为重要。

TI的ATSC(先进电视系统委员会)TVP9900解调器提供一种便宜的前端方案，而无需牺牲图像质量。该器件集成了高速10位A／D转换器、数字过滤器和sigma-deltaD／A转换器。

汽车、医疗、数码相机应用

在汽车应用中，模拟器件是保证系统安全和可靠性的根本，实现马达的有效控制和支持多媒体功能。到2010年末，汽车中15％的电子产品将为模拟或混合信号类电子产品。Disp~aySearch预计，到2008年，将有大约2200万辆汽车具有显示器。其中约有890万为导航系统，850万为娱乐平板屏幕，280万为仪表板显示，以及150万为平视显示。可以相信，具有远程ECU(电子控制单元)和显示技术的应用将成为汽车电子的发展趋势。在这样的概念下，显示器将用于使司机和乘客更舒适地观看。其连接方案可使用串行／解串器(SezDes)芯片，如NS的DSg0UR241／124器件。这样可使接线数目显著减少，使电缆更细。新的芯片组有促进系统设计的特点：这些包括前重点信号调理以补偿衰减和其他损失机制，并可实现长电缆驱动。

高质量模拟器件是保证提供良好用户体验的、可行的医学电子产品的关键。医疗数字成像要求高质量图像和分享图像的可能性。用于医疗数字成像的模拟和混合信号器件市场价值约15亿美元。

为实现适宜的信号链以读取温度、脉搏、血糖或其他生物参数，需要高精度，低噪声仪器放大器(如TI的1NA326器件)。

在上一代多媒体便携终端中，模拟器件保证了声音和图像的质量，改进他们的实用性，并且允许以快速和灵活的方式下载和分享内容。集成于数码相机的模拟以装置的价值可以超过15美元。在数字电视或高清电视(HDTV)中的模拟装置数量在3年内将翻番。

NS推出了业界首个三速(3G／HD／SD)串行数字接口(SDI)，双通道串行／解串收发器。具有高抖动性并集二条收发通道于单一芯片。LMH4345(图3)使工程师减少多通道广播视频设备中线路板空间、系统费用和能耗。新的NSSDI并／串行转换器支持270Mbit／s、1.485Gbit／s和2.97Gbit／s数据速率。LMH4345芯片内含两个接收器，其中的时钟及数据提取电路可以自动检测输入串行数据的传输速率，提取时钟信号，以及将有关数据解串，转为5位的LVDS数据流，从而简化LMH4345芯片与主FPGA之间的联系。