视频路由器的缓冲多路复用器作用分析

视频功能，例如扫描仪，视频路由器和像素像素切换，需要使用多路复用器（多路复用器）和交叉点开关进行高速切换。提高系统紧凑性要求开关IC具有低功耗和增强的功能，例如能够驱动75Ω或150Ω负载而无需额外的缓冲。它们还需要良好的视频规格，例如，低差分增益和差分相位，良好的增益平坦度，低串扰和快速建立。

图1显示了AD8174和AD8180的框图，两个新成员缓冲模拟多路复用器（多路复用器）系列，具有出色的高速视频规格和极低的功耗。 AD8180是单个2：1多路复用器; AD8182（未显示）是双版本。两款器件均提供750 MHz的3 dB带宽和750 V /μs的压摆率。在5 MHz时具有> 80 dB的串扰抑制和隔离，它们在许多高速应用中都很有用。差分增益和差分相位误差分别为0.02％和0.02°，再加上0.1 dB的平坦度，超过200 MHz，是专业视频复用的理想选择。它们的10 ns切换时间使其成为像素切换（画中画）的绝佳选择，同时在±5 V电源上消耗的电流小于3.8 mA。

AD8174 *是高速4对1多路复用器。未显示的是AD8170 *，具有类似规格的2：1多路复用器。这些器件提供200 MHz 3 dB信号带宽，压摆率大于1000 V /μs，0.1 dB增益平坦度达到80 MHz。这些器件在5 MHz时具有75 dB的低串扰，适用于许多高速应用。

AD8170和AD8174包含一个电流反馈输出放大器，其增益可通过外部电阻进行编程。该放大器具有50 mA的高输出驱动电流，可驱动后端接75Ω负载（RL =150Ω）至±3.8 V.功耗低至8.25 mA（AD8170）和9.7 mA（AD8174） ±5 V电源。

* 1996年11月上市。独立缓冲可降低功耗，节省电路板空间，并可将多路复用器直接连接到高速ADC。这对于CMOS ADC来说尤为重要，因为CMOS ADC通常具有可变输入阻抗，与开关电容相关。

应用

8×2交叉点开关：虽然通常可以使用8×8和16×16交叉点开关，但仍然必须使用多路复用器作为构建模块来设计具有任意数量输入和输出的交叉点。

图2显示了一个模块化8×2交叉点开关，它使用4个AD8174 4对1缓冲多路复用器，每个8对1多路复用器通道有两个。每个器件上的输出使能功能允许将输出连接在一起。通过这种方式， Enable 引脚（其中一个多路复用器具有反相）可用作8对1多路复用器上的第三个地址线。

将所有8条输入线连接到8对1多路复用器，可产生8×2交叉点开关。八个输入中的任何一个都可以切换到两个输出中的任何一个。可以并联的多路复用器的数量仅受输入信号源的驱动能力的限制。输入阻抗为2MΩ，输入电容为2 pF有助于改善此限制。在需要更高带宽的应用中，AD8182可用于实现相同的交叉点功能。

多路复用两个视频源：一个常见的视频应用需要两个RGB源进行多路复用在将所选信号应用于监视器之前（例如，PC的正常输出和诸如MPEG视频的专用源）。图3显示了如何使用AD8180和AD8182实现这样的电路。

由于所有三个多路复用器都是永久有效的，因此 ENABLE 引脚永久保持低电平。三个SELECT引脚连接在一起，该信号用于选择信号源。为了驱动75Ω后端接负载（R _L =150Ω）并提供整体增益，多路复用器输出使用AD8001电流反馈运算放大器进行缓冲，配置增益为2。

画中画或像素切换：许多高端显示系统需要在一个屏幕上同时显示两个视频图像。视频会议就是这样一个例子。远程站点可能显示为主图片，其中包含本地站点“插图”的图片以用于监控目的。图3的电路可用于实现这种“画中画”应用。

实现画中画算法很困难。两个源同时显示（即，在同一帧期间）并且两个源都是实时的。图4显示了所有监视器共有的光栅扫描。在包括插入的每个水平扫描期间，源必须被切换两次（即，从主插入到插入以及从插入到主插入）。为避免屏幕瑕疵，切换必须干净，快速。上述应用中使用的AD8180在10 ns内切换至0.1％。根方差 - 与AD8001的10 ns建立时间相加，总建立时间为14 ns。这会在插图和主画面之间产生清晰，无伪影的边框。

图3的视频源选择器也可以用三个AD8170缓冲多路复用器实现。由于该器件具有高输出驱动电流，能够为±1.3 V负载提供±3.8 V电压，因此不需要外部高电流缓冲运算放大器。此外，输出缓冲器的反相输入被固定，因此可以设置闭环增益为2。

在图5中，来自两个电流输出RAM-DAC的视频信号通过以下方式复用： AD8170。所选信号驱动监视器。 RAM-DAC通常提供26.67 mA的满量程电流。双端接75Ω线路为DAC提供37.5Ω的有效电阻，并将电流转换为多路复用器输入端的1 V（100 IRE或视频白电平）的满量程电压。双重终止是良好的做法，最大限度地减少反射，因为负载和源阻抗都等于线路的特征阻抗。由于RAM-DAC具有相对较高的输出阻抗，因此源电阻接近75Ω。

多路复用器的输出必须驱动后端接线。为了不丢失信号电平，必须在施加到线路之前使信号幅度加倍。这可以通过将多路复用器的输出运算放大器的增益设置为+2来方便地完成。

彩色图像扫描仪电荷耦合器件（CCD）广泛用于扫描仪应用。单色CCD提供串联的电压电平;每个级别与照射在CCD的单个单元上的光成比例。对于图6中所示的彩色图像扫描器，有三个输出流，分别代表红色，绿色和蓝色。与电压电平流交错是表示复位电平的电压。相关双采样器（CDS）将这两个电压相互减去。

数据采集过程的下一步是将三个信号流数字化。假设所选择的ADC具有足够快的采样速率，将三个流复用为单个ADC比使用三个ADC更经济。这里，AD8174将红色，绿色和蓝色通道复用到AD876，这是一个8位或10位20 MSPS ADC。由于带宽较宽，AD8174可以驱动AD876的开关电容输入级，无需额外的缓冲。除带宽外，还需要考虑多路复用器的建立时间。 ADC的20 MHz采样率对应于50 ns的采样周期。通常，采样时钟的一个相位用于转换，所有电平保持稳定;另一个阶段用于切换和稳定到下一个通道。对于50％的占空比，信号链必须在25 ns内稳定下来。 18 ns多路复用器建立时间至0.1％可轻松满足此标准。

AD8174的第四个（备用）通道用于偶尔测量参考电压。对参考电压进行复用提供的优点是，由多路复用器引起的任何温度漂移效应将同等地影响参考电压和CCD信号。如果第四个通道未使用，将它永久地接地，这是一个很好的设计实践。