實現集成的雙SCART音頻/視頻交叉點和驅動器

雙SCART芯片開關陣列芯片MAX4397提供將音頻和視頻信號發送到具有兩個SCART連接器的歐洲機頂盒所需的集成功能。在越來越短的設計時間和不斷增加的價格壓力下，該芯片方案有助于設計工程師開發更具競爭力的機頂盒產品。

SCART線纜在歐洲用來連接兩個多媒體電子設備。SCART連接器包含21個引腳，其中包括雙向音頻和視頻線(見圖1)。引腳21實際上是SCART連接器的地屏蔽。不少機頂盒具有兩個SCART連接器，一個用于連接電視，另外一個用于連接錄像機(VCR)。為了在機頂盒、VCR和電視之間發送音頻和視頻信號，需要一個復雜的音頻/視頻交叉點電路。很多設計工程師使用分立器件-電感、電容、模擬開關、邏輯門和視頻放大器來創建這種音頻/視頻交叉點電路。這種分立器件方案存在以下一些缺點：

圖1：公的SCART連接器焊接面。

1. 占用很多的電路板面積；

2. 需要很多微處理器的通用輸入和輸出(GPIO)引腳，

3. 會延長設計時間；

4. 由于電路復雜，因此可靠性較低。



在過去，設計工程師創建分立的方案是因為他們認為分立方案比集成方案更便宜。如今像MAX4397雙SCART芯片這樣的集成方案其價格已可與分立方案匹敵，并可使設計時間縮短，減少器件和電路板面積。

MAX4397是一種面向歐洲機頂盒市場的低成本、高集成度的雙SCART音頻和視頻開關矩陣。圖2顯示了簡化的系統框圖。在I2C控制下，將音頻和視頻信號在MPEG解碼器芯片的視頻編碼器模塊和兩個外部SCART連接器之間傳輸，滿足EN50049-1、IEC933-1、Canal+和BSkyB標準。視頻編碼器只能發送單向視頻信號到MAX4397，而TV和VCR SCART連接器是雙向的。MAX4397工作在標準的5V和12V電源條件下，支持慢的和快的切換信號。



圖2：MAX4397系統簡圖及與外圍電路連接示意。

視頻部分

視頻部分由輸入調理、重構濾波器、一個開關矩陣、一個Y/C混合器和輸出緩沖器組成。視頻電路由5V電源供電。圖3顯示了視頻部分的功能框圖。

1. 輸入調理

所有的輸入視頻是通過外部0.1uF電容進行交流耦合的。有兩種不同的輸入電路，分別是偏置電路和鉗位電路。鉗位電路設定復合視頻(CVBS)和亮度信號的同步脈沖頂部電平在大約1.2V。因為RGB分量視頻信號不具有同步脈沖，輸入鉗位電路將RGB信號設定在它們的空電平上。偏置電路用來設定色度信號在大約1.9V。視頻輸入可以接受色度或者紅色視頻信號，通過I2C接口來選擇偏置或者鉗位電路。



圖3：MAX4397視頻部分功能框圖。

2. 重構濾波器

對于標準清晰度模擬視頻，視頻編碼器DAC的采樣頻率通常為27MHz。來自視頻DAC的視頻信號需要進行低通濾波以抑制27MHz的倍頻圖像信號。在分立方案中，3極LC低通濾波器放置在每個視頻DAC之后，用來消除這些圖像信號。圖4顯示每個DAC輸出的一般配置。所有DAC需要總計超過12個LC器件。MAX4397集成了6個4階Butterworth低通濾波器，這些濾波器具有6MHz帶寬和在27MHz頻率下-50dB的典型衰減。采用MAX4397，設計工程師不再需要外部LC低通濾波器，因而可節省電路板空間。圖5顯示了MAX4397的大信號頻率響應。增益在6MHz之后快速滾降，大大衰減了高頻噪聲，提高了視頻質量。

3. 慢速切換和快速切換

MAX4397支持IEC 933-1、Amendment1以及用于選擇顯示器(電視)寬高比的三級慢速切換。在兼容I2C的控制下，MAX4397設定慢速切換輸出電壓電平。慢速切換輸出也可以被設定在一個邏輯電平或者高阻抗。TV SCART連接和VCR SCART連接各有一個雙向的低速切換引腳。



圖4：傳統的L-C重構濾波器。
視頻編碼器和VCR使用RGB分量視頻信號和快速切換信號來插入一個屏幕顯示(OSD)，通常是文本。

MAX4397支持來自VCR或者MPEG視頻編碼器的RGB輸入，以及只輸出到電視的RGB。RGB格式的紅色視頻信號和S-VHS格式的色度視頻信號共享同一SCART連接引腳。因此，RGB和S視頻信號不能同時出現。快速切換信號還可以通過I2C接口被設定到一個恒定的高或者低輸出信號。

4. 輸出部分

輸出視頻驅動器除了電視RGB輸出以外，還具有6dB增益，這個增益可以通過編程設定在5dB到7dB之間，步進幅度為1dB。所有的視頻輸出是直流耦合的。每個輸出可以驅動150歐姆的負載到地。視頻輸出不應該是交流耦合的，因為視頻驅動器的輸出級不能吸收電流。視頻輸出內部偏置到鉗位電路選擇的輸入電壓1V。針對這個偏置選擇輸入，視頻輸出內部偏置到大約2.2V.
MAX4397包括一個片上混頻器用來在S視頻(Y和C)出現時產生復合視頻(CVBS)。電路將Y和C信號相加來獲得CVBS分量。最后的復合視頻信號可以發送到RF_CVBS_OUT輸出引腳。一個+6dB輸出緩沖器驅動RF_CVBS_OUT。



圖5：大信號頻率響應。

音頻部分

音頻部分具有一個輸入緩沖器、一個開關矩陣、音量或者增益控制電路和輸出驅動器。音頻電路由5V和12V電源供電。圖6顯示了MAX4397S的音頻功能框圖。

1. 音頻輸入

MAX4397具有兩個版本，區別在于立體聲音頻DAC輸出是單端的或者是差分的。MAX4397S具有一個單端音頻輸入，而MAX4397D具有差分的音頻編碼器輸入。

此音頻模塊具有來自立體聲音頻DAC、TV SCART連接器和VCR SCART連接器的三個立體聲輸入對。每個輸入在內部偏置在大約0.23*V12，除了DC偏置在外部固定的MAX4397D的輸入外。MAX4397D的編碼器音頻輸入共模輸入電壓范圍在1.2V到4.3V內。如果來自音頻DAC的輸入音頻信號不在共模電壓范圍內，在編碼器的音頻輸入處需要一個外部交流耦合偏置網絡來將信號設定在
1.2V到4.3V之間。



圖6：MAX4397音頻部分功能框圖。

2. 輸出部分

電視SCART連接器和VCR SCART連接器都具有立體聲左右輸出聲道。音頻輸出偏置在V12的一半電壓，必須進行交流耦合。每個音頻輸出都能將兩個具有10k歐姆負載的音頻線驅動到3Vrms。電視左右聲道混合的非立體聲輸出驅動外部RF調制器。

采用I2C接口，電視輸出音頻路徑具有從-56dB到+6dB的音量控制，調節步進大小為2dB，而VCR輸出音頻路徑具有從-6dB到+6dB范圍的音量控制，調節步進大小為6dB。電視的聲道采用了過零檢測(ZCD)電路，在任意時刻音頻信號切換時會產生信號電平突變，ZCD電路使這種電平突變引起的“咔嗒”噪聲最小化。采用分立器件方案，則很難實現良好的音量控制。