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降低视频子系统功耗,延长手持视频设备的电池使用时间(1)

降低视频子系统功耗,延长手持视频设备的电池使用时间(1)

点击数:7113 次   录入时间:03-04 11:47:46   整理:http://www.55dianzi.com   综合-其它

  越来越多的便携式设备,例如数码相机、蜂窝电话和便携式媒体播放器等,都开始逐渐增加复合视频输出的连接功能。这类设备中,连接在视频数/模转换器(DAC)之后的视频滤波放大器产生视频信号。现有的3.3V视频滤波放大器处理视频信号时, 功耗 为45mW。

  电池使用时间是便携设备的关键,首先要考虑降低视频系统IC的功耗。出于这一考虑,新一代视频滤波放大器能够工作在1.8V电压,功耗仅为12mW?功耗降低了近70%。

  能量消耗在哪里?

  简单地说,每个电路的功耗包括自身工作的损耗和驱动负载的损耗。图1中,电源为电路提供总电流(IT),其中IQ是运算放大器的静态电流,IL是负载电流。

单电源运算放大器

  图1:单电源运算放大器,带有一个对地电阻负载。

  电流和电源电压相乘得出功率。首先按照以下公式计算静态功耗(PQ)、负载功耗(PL)以及总功耗(PT):

  PQ = VDD × IQ

  PL = VDD × IL

  PT = PQ + PL = VDD × (IQ + IL)

  为降低实际消耗的功率,必须同时减小PQ和PL。减小VDD、IQ和IL都可以达到这一目的。

  通常情况下,IC数据资料会给出IQ或PQ参数,但很少提到典型信号和典型负载条件下的平均功耗。对于便携式视频滤波放大器,由于电路不是处于关断状态,就是完全开启,因此,PQ几乎是无用信息。完全开启时,视频滤波放大器为负载提供视频信号驱动。没有视频负载时,为了节省电池能量,应关断视频滤波放大器;如果在没有视频负载时开启视频滤波放大器,会造成电池能量的浪费。

  3.3V视频滤波放大器的功耗

  当3.3V视频滤波放大器向负载提供视频信号驱动时,功耗增大,如表1所示。平均功耗定义为视频滤波放大器以50%平场视频信号驱动150Ω对地负载时的功耗。50%平场信号作为典型的视频信号,在电视上显示为灰屏(PL取决于图像内容,黑屏时功耗最低,白屏时功耗最大)。注意,尽管元件的PQ差别很大,平均功耗却非常接近。

  表1:各种视频滤波放大器的平均功耗和静态功耗。
单电源运算放大器

  将视频信号驱动至视频负载造成功耗增大,这在很大程度上取决于视频放大器的输出方式。MAX9502输出视频信号采用了正向直流偏置(参见图2)。维持输出信号的正向直流偏置会使总功耗增大。因此,MAX9502必须供出大约8.7mA的电流(图2b中以蓝色粗线表示的电压除以150Ω)。
MAX9502G应用电路

  图2:MAX9502G应用电路,输入、输出为50%平场信号。
50

  图2a:50%平场信号波形,输入到需要测试的视频滤波放大器。

  图2b:MAX9502G的输出波形

  OPA360 (表1)的输出可以配合SAG网络工作,它由两个交流耦合电容组成(图3)。这些电容阻断了输出和负载之间的直流连接。因此,放大器不需要源出或吸入维持输出偏置的电流,从而降低了功耗。
 MAX9502G的输出波形

  图3:对于50%的平场信号,由于电容阻断了输出和负载之间的直流连接,因此,OPA360应用电路可有效降低功耗。
OPA360输出波形中的蓝色曲线表示50

  图3a:OPA360输出波形中的蓝色曲线表示50%平场信号的近似平均直流电平。

  利用Maxim受专利保护的DirectDrive技术,MAX9503能够输出接近零直流偏置的视频信号,无需任何交流耦合电容(参见图4)。由于片内反向电荷泵可产生负电压,因此,这一技术使MAX9503能够输出地电平以下的信号。尽管DirectDrive增大了PQ,但由于PL降低,MAX9503的平均功耗能够与MAX9502和OPA360保持在同一水平。由于直流偏置接近地电平,MAX9503只需源出较小的电流。
OPA360输出波形中的蓝色曲线表示50 

  图4:50%平场信号通过MAX9503G应用电路。
OPA360输出波形中的蓝色曲线表示50

  图4a:MAX9503G输出波形中的蓝色曲线表示50%平场信号的近似直流平均值。

  新一代产品:1.8V视频滤波放大器

  MAX9509是Maxim新一代视频滤波放大器系列的首款器件,大大降低了平均功耗和PQ,如图5所示。其电源电压(VDD)由3.3V降到了1.8V,1.8V是移动电话正在逐渐使用的数字I/O电压;静态电源电流(IQ)也由12mA降到了3.1mA (参见表2)。
OPA360输出波形中的蓝色曲线表示50

  图5:MAX9509 1.8V应用电路处理50%平场信号,大大降低了功耗。
OPA360输出波形中的蓝色曲线表示50

  图5a:50%平场波形输入到MAX9509;其振幅是图2a中波形振幅的一半。

  图5b:MAX9509输出波形中的蓝色曲线表示50%平场信号的近似直流平均值。

  表2:MAX9509的平均功耗和静态功耗。
OPA360输出波形中的蓝色曲线表示50

  附录 1.8V视频滤波放大器的电路考虑,给出了采用新的1.8V数字I/O电压设计视频电路时需要解决的特殊问题。




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