利用整合濾波器實現高質量模擬視訊重建

在DAC輸出端，存在視訊和兩個鏡像頻帶(圖3a)。盡管大多數DAC能夠很好地均衡、抑制頻率頻率，我們仍然標出了頻率訊號，以便清楚地表達影像。這些邊帶是視訊訊號和頻率訊號的和頻與差頻。右側鏡像邊帶與視訊訊號的特性一樣，即視訊訊號的低頻部份靠近并恰好高于頻率頻率，高頻部份延伸到頻率頻率的右側。

對于采用27MHz頻率的標準分辨率訊號，鏡像頻率最大值為5+27=32MHz。左側鏡像邊帶與視訊特性相反，視訊訊號的低頻部份靠近并低于頻率頻率，高頻部份延伸到最左側。因此，標準分辨率訊號下鏡像延伸到27-5=22MHz。了解系統頻譜的下限位置非常重要，以便抑制并降低其視覺影響。對于采用74.25MHz頻率頻率的高解析訊號，這個關鍵頻率是：74.25-30=44.25MHz。

為了反映鏡像邊帶沒有衰減的效果，圖3b和3c示意了奈奎斯特頻率和頻率頻率處的頻譜重迭。這些迭加的鏡像邊帶訊號(圖3d)與視訊訊號相較具有隨機的相位差。圖4表示我們需要避免的影像誤差。‘邊緣擺動’是高頻邊緣干擾，它重迭在視訊訊號上，具有隨機變化的相位。摩爾效應是頻率、視訊訊號頻率之間相互作用的結果。

圖4. 較差的視訊濾波器引起的影像干擾。

重建濾波器

從圖5可以看出重建濾波器的作用，利用參考書中提供的定理可以很容易理解頻譜混迭。通常，在頻域，頻率和放大倍數都采用對數刻度，重建濾波器的頻響特性表現為平滑曲線。然而，為了說明邊帶重迭的位置，我們用線性坐標表示頻率和放大倍數。為了表示低通濾波器在同樣刻度坐標下的衰減特性，從濾波器頻響曲線可以看出：對于有用的視訊訊號衰減很少，對于鏡像頻率衰減較大。圖5b和5c顯示了混迭效應，但是應該注意到，與圖3d相較，圖5d中的鏡像頻率被顯著衰減。

圖5. 適當的重建濾波器透過對視訊訊號平滑濾波減少了頻譜混迭。
消費性產品對于成本非常敏感，慶幸的是它們使用的模擬和數字轉換器非常少。在典型的家庭視訊信道中，如視訊轉換盒+電視構成的信道中只使用一個DAC和一個ADC(圖6)。該系統的衰減為20dB(小于訊號的10%)，這是可以接受的。視訊轉換盒和LCD電視通常都有至少12dB的低頻鏡像邊帶衰減。兩個具有12dB衰減的濾波器加起來可以產生24dB的鏡像抑制。故與20dB衰減的要求相較提供了足夠的設計余量。

圖6. 用于家庭電視系統的視訊重建濾波器和抗混迭濾波器。

圖6左側是視訊轉換盒或DVD的架構圖，芯片上系統(SOC)包含了DAC，輸出經過低通濾波器(例如MAX7443)進行視訊重建。濾波器芯片還包含75Ω同軸電纜驅動器，驅動訊號在電纜上的傳輸。圖6右側用于訊號接收，訊號在經過抗混迭濾波器后送入電視SOC的ADC。

通常消費者要面對多個系統設備，其中包括新設備。假如影像質量劣化，常常歸咎于‘新添加的設備’。然而，這種結論往往并不正確。例如，假如消費者更換了一臺新的DVD設備。如果現有的LCD電視的輸入濾波器較差(2dB的衰減)，舊的DVD播放器剛好具備非常好的輸出濾波器(18dB衰減)，而新的DVD的濾波特性較差或沒有濾波器(6dB甚至更低衰減)。由此可見，舊的DVD和LCD電視能夠提供20dB的衰減，而新的組合只有8dB衰減。雖然LCD電視對視訊誤差負有更大的責任，但消費者還是決定退還新購置的DVD播放器。

請注意奈奎斯特定理非常關鍵，因為在LCD電視重新對DVD模擬訊號數字化之前，必須把高于奈奎斯特頻率的視訊成分和噪聲消除掉。假如高于奈奎斯特頻率的信息仍然存在，它將混合到低頻訊號中，混迭到視訊訊號中，因而降低視訊訊號的影像質量。

解決方案

然而，視訊轉換盒、DVD播放器和電視廠商如何避免他們的產品出現‘售后缺陷’？

首先，需要提供設計要求的濾波特性。有些制造商可能使用分離的電感、電容組成濾波器。然而，這些濾波器參數受限于生產中的誤差，板上可能安裝錯誤的組件。量產時，可能會把原來要求270pF的電容錯誤地選擇成標有‘270’的卷帶盤，這些電容的實際容值為27pF。因而導致濾波器透過不需要的高頻成分，造成設備的影像失真。出于成本考慮，最終的生產測試不會對每個參數進行測試，多數情況下并不測試濾波器的頻寬。

其次，使用衰減抑制至少10dB以上的濾波器。額外的衰減抑制會避免顧客退貨，使顧客對廠商的產品感到滿意。

Maxim的濾波器有助于改善上述兩種‘售后缺陷’，Maxim的整合濾波器在安裝到廠商的PCB板之前，由Maxim自動測試設備(ATE)對頻寬指標進行了完全測試。Maxim的濾波器提供比典型的產業要求更高的衰減。例如，針對標準分辨率電視設計MAX7443能夠提供了大于30dB的鏡頻衰減，對27MHz頻率具有40dB的衰減。針對高解析電視設計MAX9500能夠提供了大于38dB的鏡頻衰減，對于74.25MHz頻率具有大于38dB的衰減。