模擬電路設計使HDTV體現出差異性

隨著高清電視(HDTV)顯示器技術的成熟，模擬視頻和音頻處理的質量將最終使電視機之間產生差異性。HDTV中的數字處理(包括圖像擴縮、解交錯和MPEG解調)繼續發揮著重要的作用，但這些功能將很快變成標準化。HDTV中視頻和音頻信號的模擬處理直接影響用戶的“電視觀看體驗”，然而HDTV制造商正在快速尋求其電視機模擬電路設計的改進以提高銷量和利潤。本文將討論HDTV中高性能模擬信號處理的一些問題和設計考慮。

在液晶(LCD)電視和等離子(PDP)電視中，平板顯示器本身過去在HDTV電視的主要性能方面一直存在差異。第七代和第八代LCD平板顯示器開發成本竟然達到幾十億美元，但最近在PDP顯示器方面的加強已經迫使一些公司形成合資以共享他們的資金資源和技術。目前，幾乎所有的LCD 電視和PDP 電視領先制造商都在與其它主要生產顯示屏設計的電視制造商合資。這已經引起有關LCD和PDP顯示屏性能的“公平競爭”。目前在幾種來自不同電視制造商的具有競爭力的HDTV型號采用了這些合資企業生產的顯示屏。

為支持老設備需要模擬接口

即使在高清晰度數字廣播新興階段，HDTV仍然需要模擬接口和數字接口。我們需要復合、分量和RGB信號模擬接口支持老的標準清晰度(SD)設備，例如錄像機(VCR)、便攜式攝像機、DVD播放器和個人計算機(PC)。由于用戶期望其SD電視節目具有與高清晰度(HD)電視節目同樣的質量，因此必須設計高性能模擬接口。集成的多格式視頻解碼器(例如ADI公司的ADV7403)包含用于復合視頻信號的高性能視頻解碼器以及用于數字分量模擬視頻和RGB的三通道模數轉換器(ADC)。

當設計模擬接口時，重要的是提供干凈的低噪聲電源并且從連接器到器件輸入端之間采用短的印制電路板(PCB)連線。我們也推薦使用一種完整接地層的PCB設計以最大程度減小總PCB噪聲和反射。縮短數字輸出端(包括數據和時鐘)印制線長度有助于減小高頻信號反射的可能性，這種反射作用能破壞信號的完整性。

由于DVD電影中記錄的模擬YUV信號具有10 bit分辨率(可表示十億多種不同的顏色)，因此選擇使用10 bit(或更高)分辨率的ADC精確再現顏色的模擬接口非常重要。例如，ADI公司的ADV7403多格式視頻解碼器集成了12 bit，140 MHz ADC以最大可能改善圖像質量。

ADV7403 12 bit多格式視頻解碼器框圖

音頻對HDTV提出更多的挑戰性

HDTV中的音頻處理具有幾個有趣的設計難題。趨于窄小的電視機殼必然導致在減小放大器散熱所需要的空間的同時減小揚聲器的尺寸。由于HDTV通常用作家庭影院，因此電視機里的音頻電路必須支持最新的環繞立體聲和低音增強算法。HDTV必須完成這些SD音頻方面的重大改進同時達到低成本和早日投放市場的宏偉目標。陰極射線管(CRT)顯示器SD電視只能再現立體聲(2.0音頻)并且擁有易于放置適當尺寸揚聲器的寬大的電視機殼。采用LCD或等離子顯示器的HDTV具有窄小的電視機殼，只能采用較小尺寸的揚聲器，因而限制了聲學性能。HDTV電視節目采用環繞立體聲(5.1音頻)播放，因此音頻設計工程師必須設計出高品質音響產品，以使HDTV在這些限制條件下工作的同時仍然能夠滿足嚴格的成本要求。目前，設計工程師使用可編程音頻處理器能夠開發一種單揚聲器音頻平臺，能夠將它整合到可以使用各種尺寸的揚聲器的不同型號HDTV產品。設計工程師利用最新的心理聲學研究成果已經開發出新的音頻處理器算法，這種算法在HDTV中使用兩個或三個揚聲器為聽眾提供聲音是來自完整多揚聲器環繞立體聲系統的體驗。

ADAV400可編程音頻處理器框圖

為了適當支持流行的第三方虛擬環繞和環繞立體聲算法，音頻處理器必須包含音頻編解碼器和具有優良模擬性能的數模轉換器(DAC)。例如，ADI公司采用有源均衡技術的ADAV400(用于補償窄小揚聲器)支持流行的第三方算法和產生豐滿、渾厚聲音所需的模擬性能。圖形化軟件工具(例如SigmaStudio)允許完全控制整個聲音環境。

擴展的音頻算法庫

最后，D類音頻放大器可以最大程度減小散熱片以及其它外部器件的尺寸，從而使它們適合于新型HDTV產品的狹小空間。CRT 電視中使用大的顯象管為音頻設計工程師留下了寬大的機箱空間，從而允許CRT電視音頻設計工程師使用AB類放大器，這類放大器效率低并且通常需要尺寸很大的散熱片。設計工程師通過使用ADI公司AD1991(在全功率下具有>85％的效率)等高效的D類音頻放大器能夠使其音頻放大電路適合其窄小的空間，無需折衷音頻質量或功率輸出。

HDMI是觀看最新高清晰度DVD的接口

高清晰度多媒體接口(HDMI)迅速成為連接HDTV和機頂盒、DVD播放器或錄像機、音頻和視頻(A/V)接收器和個人媒體播放器的首選數字接口。由于預計從模擬接口(復合、分量和RGB信號)向數字接口(例如HDMI)過渡需要花費幾年的時間，因此HDTV對這兩種接口提供支持是非常必要的。雙接口產品(例如ADI公司的AD9380)是支持老設備模擬接口和未來HDMI接口的一種節省成本的解決方案。

AD9380 8 bit雙模擬接口和HDMI顯示器接口框圖

HDMI接口以吉赫茲數據速率工作，因此系統設計工程師必須采用高速模擬設計技術。為了滿足HDMI兼容性測試規范的要求，必精心控制HDMI連接器與接收器輸入端之間的PCB印制線以便使差分輸入電容小于限定值。HDMI連接器與器件輸入端之間的PCB印制線長度應該盡可能短以保持T_MDS信號的完整性。我們推薦使用適合任何具有HDMI接口的PCB板的一個接地層。使用多個接地層可能有害，因為小的獨立的接地層會產生長的接地環路。用于數字輸出的印制線也應該盡可能短，因為短的印制通常會減小反射的可能性。

使用高性能模擬器件設計在設計HDTV中發揮著重要作用，因為在圖像和聲音質量方面超越了相近解決方案。用戶期望在下一代HDTV裝置中具有以下所有的功能：生動的畫面、洪亮的聲音以及合理的價格。使用最新模擬接口和HDMI接口、D類音頻放大器和可編程音頻處理器設計的HDTV將滿足用戶對功能和性能的期望。請繼續關注你所青睞的零售電子產品商場并且留意所有的最新壁掛顯示HDTV裝置。您將看到并且聽到高性能模擬設計能夠帶給您的電視觀看體驗與眾不同！