借助均衡和预加重技术使用30米5类UTP电缆

过去几年,由于5类非屏蔽双绞线 (UTP) 电缆具有可观的性能和低成本优势,其使用范围有所增加。此类电缆目前用于键盘-视频-鼠 标 (KVM) 网络,四根双绞线中的三根传送绿 (RGB) 视频信号。随着高清电视 (HDTV) 越来越普及,在需要长距离连接(最远30米)时,此类电缆可提供一种廉价的解决方案。

5类UTP电缆经济实惠,但其性能会随着距离加长而迅速下降。本文针对使用最长30米电缆传输HDT V 1080p信号的应用(需要约75 MHz 的视频带宽),提出两种可以降低传输损耗的解决方案。

图1显示了30米电缆的幅度响应与频率的关系。75 MHz时的损耗约为6dB,因此必须在传输之前或接收之后增加6dB的高频增益。

Figure 1
图1. 电缆衰减与频率的关系(30米)

表1列出了最新的HDTV标准和要求。高清蓝光播放机使用1080p 16:9HDTV。所需的确切视频带宽未明确定义,但75MHz应足以满足体验需要。

表1. 常见视频分辨率和带宽
视频标准 水平分辨率 垂直分辨率 帧速率 像素速率 预估视频带宽

(像素/线路) (像素/帧) Hz Mp/s MHz
720p, 16:9 HDTV 1280 720 60 57.6 30
1080i, 16:9 HDTV 1920 1080 30 64.8 32
1080p, 16:9 HDTV 1920 1080 24/30 51.8/64.8 32
1080p, 16:9 HDTV 1920 1080 60 130 75

预加重

图2所示电路利用带预加重的 AD8148 驱动板来补偿30米5类UTP电 缆所引起的衰减。接收端使用无均衡的 AD8145 板,其增益设置为2。

Figure 2
图2. 带预加重的AD8148

图3显示预加重电路。差分放大器AD8148内部设置增益4 (12 dB);RC网络控制总增益,低频时的起始增益为2,然后缓慢增加到高频时 的增益4,如图4所示。

Figure 3
图3. 预加重电路
Figure 4
图4. 预加重增益与频率的关系

一般构想是利用驱动器的预加重来抵消电缆在高频时的衰减。如果接收器的平坦度带宽高于100 MHz,AD8145的增益设为2就是这种情 况,将接收器添加到电缆输出端不会影响带宽。图5显示6 dB增益时1 dB平坦度带宽可达100 MHz,证明5类电缆可以传输1080p HDTV信号。

Figure 5
图5. 预加重网络以及电缆增益与频率的关系

此电路的性能已针对10米、20米和30米电缆进行过测试。不过,如果所需电缆较短(5米以下),则可以不使用预加重,驱动器本身就能够应付较短的距离。

均衡器

AD8143 接收器板。其原理相同:必须通过提升高频时的信号增益 来抵消长电缆的高频衰减。AD8148驱动器的增益设为4;AD8143接 收器的增益在低频时设为1,在高频时设为2。

Figure 6
图6. 带均衡的AD8143

图7显示了均衡器电路;低频时增益设为1,高频时增益设为2,如图8所示。当频率低于2 MHz时,增益为0.5 dB;当频率为50 MHz时,增益达到约6 dB。

Figure 7
图7. 均衡电路

添加30米电缆后,幅度仍然平坦,1 dB平坦度带宽可达80 MHz,超过1080p HDTV信号所需的带宽。图9显示在40 MHz时出现约2 dB峰化。 这会使高频信号更亮一点,但在屏幕上难以注意到其影响。

考虑到输入和输出端接,增益需为4。AD8143的增益设为1,因此驱动器必须提供4的增益,同时平坦度带宽仍需高于100 MHz。增益为4 时,A D8148驱动器提供约500 MHz的平坦度带宽,可以支持1080p HDTV应用中的接收器。

Figure 8
图8. 无电缆的均衡器幅度响应
Figure 9
图9. 带30米电缆的均衡器幅度响应

结束语:

随着人们不断追求更高画质,对能够支持高清信号的廉价电缆的需求也不断上升。5类UTP电缆日渐成为最佳的替代解决方案。本文针 对较长距离传输需要提出的两种解决方案,只需使用无预加重的AD8148驱动器和AD8145或AD8143接收器,便很容易转用于较短的 电缆。无论何种情况,所提出的解决方案都能使驱动器的输入到接收器的输出保持单位增益,所有内部增益用于补偿输入和输出端接 损耗。这些独立的解决方案允许采用廉价的5类电缆进行高清传输,从而取代当今市场上较贵的电缆。

参考电路

* Jonathan Pearson, "可调节电缆集成了均衡器宽带差分接收器和模 拟开关,"模拟对话,第38卷第7期,2004年7月。

* Budak, "无源和有源网络分析与频率合成," Houghton Mifflin, 1974.


作者

Charly-El-Khoury

Charly El-Khoury

Charly El-Khoury是ADI公司高速产品部门的一名应用工程师。2007年2月加入ADI公司,负责低噪声、低失真放大器和精密ADC驱动器产品。他拥有伍斯特理工学院的电气与计算机工程(MSECE)学硕士学位。