LMH1981多格式視頻同步分離器：高性能視頻應用的理想之選

在當今的視頻技術領域，對于高質量同步分離的需求日益增長。德州儀器（TI）的LMH1981多格式視頻同步分離器，以其卓越的性能和豐富的功能，成為眾多視頻應用的理想解決方案。今天，我們就來深入了解一下這款產品。

文件下載：lmh1981.pdf

一、產品概述

LMH1981是一款高性能的多格式同步分離器，適用于廣播、專業視頻設備以及HDTV/DTV系統等廣泛的視頻應用場景。它能夠從復合視頻（CVBS）、S - 視頻（Y/C）和分量視頻((YP{B}P{R}/GBR))接口中提取NTSC、PAL、480I/P、576I/P、720P和1080I/P/PsF等標準模擬視頻的同步信號。

該產品具有雙電平與三電平同步兼容性，能夠輸出復合、水平和垂直同步信號，以及色同步/后沿定時、奇偶場和視頻格式等信號。其水平同步信號（HSync）的前沿抖動性能優越，可減少后續時鐘生成階段中用于清理和降低抖動的外部電路。

二、產品特性

2.1 多格式支持

支持多種視頻格式，包括SD/ED/HD視頻信號，無論是雙電平還是三電平同步信號都能完美處理。這使得它在不同的視頻系統中都能發揮出色的性能。

2.2 自動格式檢測

無需使用微控制器進行編程，LMH1981能夠自動檢測輸入視頻格式。這一特性大大簡化了系統設計，提高了系統的靈活性和適應性。

2.3 50%同步切片

對于輸入幅度在(0.5V{PP})到(2V{PP})之間的視頻信號，采用50%同步切片技術，確保準確的同步提取。即使輸入信號由于不當端接或傳輸損耗而幅度不規則，也能保證同步信號的準確性。

2.4 寬電源電壓范圍

可在3.3V至5V的電源電壓下工作，為不同的電源設計提供了更大的靈活性。

三、引腳說明

需要注意的是，這些器件的內置ESD保護有限，在存儲或處理時，應將引腳短接或放置在導電泡沫中，以防止MOS柵極受到靜電損壞。

四、電氣特性

4.1 電源電流

在不同的電源電壓和輸入信號條件下，電源電流有所不同。例如，在無輸入信號且(V{CC}=3.3V)時，典型電源電流為9.5mA；當(V{CC}=5V)時，典型值為13.5mA。

4.2 視頻輸入規格

輸入同步幅度根據不同的視頻標準有所差異。對于SD/EDTV雙電平同步，幅度從負同步尖峰到視頻消隱電平為(0.14 - 0.60V{PP})；對于HDTV三電平同步，幅度從負到正同步尖峰為(0.30 - 1.20V{PP})。

4.3 邏輯輸出規格

輸出邏輯0和邏輯1的電壓值也與電源電壓有關。當(V{CC}=3.3V)時，輸出邏輯0的電壓為0.3V，輸出邏輯1的電壓為3.0V；當(V{CC}=5V)時，相應的值分別為0.5V和4.5V。

五、應用信息

5.1 (R_{EXT})電阻

(R{EXT})外部電阻用于建立LMH1981的內部偏置電流和精確參考電壓。為了獲得最佳性能，應使用10kΩ 1%精度且溫度系數低的電阻。與舊款的LM1881同步分離器不同，LMH1981的(R{EXT})值是固定的，設備會自動檢測輸入行速率以支持各種視頻格式。

5.2 自動格式檢測和切換

自動格式檢測功能消除了通過微控制器或(R_{SET})電阻進行外部編程的需求。在輸入信號發生重大變化后，設備輸出在經過足夠的啟動時間后會正確響應視頻格式的切換，無需對電源進行循環操作。

5.3 50%同步切片

該技術為視頻輸入幅度在(0.5V{PP})到(2V{PP})之間的信號提供準確的同步分離，即使對于端接不當或衰減的源信號，也能實現出色的HSync抖動性能，并具有良好的溫度穩定性。

5.4 視頻輸入

支持CVBS、Y（亮度）和(YP{B}P{R})以及G（綠色同步）等視頻輸入，適用于多種視頻標準。但不支持符合VESA標準的RGB格式。

5.5 輸入端接和耦合電容

視頻源應使用75Ω電阻進行負載端接，以確保正確的視頻信號幅度并減少反射引起的信號失真。輸入耦合電容(C{IN})的選擇需要根據視頻源的類型進行權衡。對于僅使用直流耦合視頻源的情況，可以選擇較大的(C{IN})值以減少電壓下降，提高HSync抖動性能，但會增加啟動時間；對于交流耦合視頻源，則需要選擇較小的(C_{IN})值。

5.6 啟動時間

當視頻輸入信號發生重大變化時，LMH1981的輸出可能需要一段時間才能恢復到有效信號。啟動時間包括可調節的輸入穩定時間和預定的“同步鎖定時間”。輸入穩定時間與(C_{IN})的電容值有關，而同步鎖定時間通常小于1或2個視頻場的持續時間。

六、邏輯輸出

6.1 復合同步輸出

CSOUT（引腳12）簡單地再現視頻輸入中低于視頻消隱電平的同步脈沖，其負向前沿與輸入信號的負向前沿有一定的傳播延遲。

6.2 水平同步輸出

HSOUT（引腳7）產生負極性的水平同步信號，其負向前沿抖動非常低。由于大多數視頻系統是負邊沿觸發的，因此HSync的前沿抖動性能得到了優化。在正邊沿觸發的系統中使用時，需要對HSync進行反相。

6.3 垂直同步輸出

VSOUT（引腳8）產生負極性的垂直同步信號，其負向前沿從第一個垂直鋸齒脈沖的50%點派生而來，具有一定的傳播延遲。

6.4 色同步/后沿定時輸出

BPOUT（引腳13）提供負極性的色同步/后沿定時信號，在輸入同步脈沖后的后沿間隔內以固定寬度脈沖輸出。該信號可用于NTSC/PAL色同步同步和黑電平鉗位等應用。

6.5 奇偶場輸出

OEOUT（引腳14）用于識別隔行或分段幀格式中的奇偶場。對于隔行或分段幀格式，奇數場時輸出為邏輯高，偶數場時輸出為邏輯低；對于逐行視頻格式，輸出始終為邏輯高。

6.6 視頻格式輸出

VFOUT（引腳9）將每幀的水平行數作為11位二進制數據流輸出。該數據可用于識別視頻格式，并動態調整視頻系統參數，如顏色空間或縮放轉換。

七、可選考慮因素

7.1 可選輸入濾波

如果視頻信號存在大量高頻噪聲或較大的色度幅度接近同步尖峰，可能需要使用外部濾波器。可以使用簡單的RC低通濾波器來提高信噪比，并衰減色度信號。在某些應用中，還可以使用晶體管來控制濾波器的開關。

7.2 AC - 耦合視頻源

對于AC耦合視頻源，由于視頻占空比的變化，視頻信號的平均值會動態變化。為了避免輸入信號不穩定導致的同步輸出脈沖丟失問題，需要選擇合適的(C_{IN})值，使LMH1981輸入電路的有效時間常數小于視頻源的時間常數。

八、PCB布局考慮

8.1 LMH1981 IC放置

應將LMH1981放置在關鍵信號路徑短而直接的位置，以減少PCB寄生效應對高速視頻輸入和邏輯輸出信號的影響。

8.2 接地平面

使用兩層FR - 4 PCB，其中一層作為單一的實心接地平面，連接設備的GND引腳，并作為其他組件的公共接地參考。這有助于減少走線電感和接地環路。

8.3 電源供應引腳

電源供應引腳應使用短走線連接，以減少電感。同時，在電源引腳附近放置旁路電容，用于高頻和低頻旁路。

8.4 (R_{EXT})電阻

(R_{EXT})電阻應選擇10kΩ 1% SMD精密電阻，并盡可能靠近設備放置，避免其他信號耦合到該引腳。

8.5 視頻輸入和輸出布線

視頻輸入信號路徑應使用短而直接的走線，并使用75Ω輸入端接和SMD電容進行交流耦合。輸出信號路徑也應盡量短，以減少寄生效應，每個輸出應連接約10kΩ的電阻負載和小于10pF的電容負載。

九、總結

LMH1981多格式視頻同步分離器以其出色的性能、豐富的功能和靈活的應用特性，為視頻工程師提供了一個強大的工具。無論是在廣播、專業視頻設備還是HDTV/DTV系統中，它都能滿足對高質量同步分離的需求。在設計過程中，我們需要根據具體的應用場景，合理選擇外部組件和進行PCB布局，以充分發揮LMH1981的優勢。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。