CN1114488A

CN1114488A - 视频电线电缆传输校正器

Info

Publication number: CN1114488A
Application number: CN 94108029
Authority: CN
Inventors: 沈来沛
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-08-04
Filing date: 1994-08-04
Publication date: 1996-01-03

Abstract

本发明属于广播和应用电视领域。它主要解决广播和应用电视系统中视频信号通过电线或电缆长距离传输后而引起的幅度衰减和频率失真的校正以及抑制长距离传输而引入的共模干扰等问题。主要的技术特征在于导出了一个补偿网络并与电流差输入放大器相结合，对宽范围的电线或电缆长度可步进式地连续补偿，并能抑制超过供电电压的共模干扰，与后续的可变增益、高频补偿和可调增益末级输出级一起，实现多模式、长距离视频电线电缆传输的校正。

Description

视频电线电缆传输校正器

1、技术领域

本发明是关于视频校正器的，特别是关于视频通过电线(单芯屏蔽线，双芯平行线，双芯绞线，普通电话线)或电缆传输所引起的幅度衰减，频率失真和共模干扰的校正的。

2、随着电视应用的不断发展，电视信号的长距离传输问题越来越受到重视，然而以往的传输技术，或要求用昂贵的高级视频电缆，或电路要求有多组供电电压，或要求用变压器耦合来抑制大的共模干扰，有的虽也有抑制共模干扰的能力，但范围总嫌太窄，有的为了用电话线等传输，需有把不平衡信号转为平衡信号的发送器，和把平衡信号再转为不平衡信号并进行电缆补偿的接收器，超长电缆还需在中间加入中继接力的中间放大器，这无疑增加了电路的品种和复杂性，从而增加了价格。有的则不具有既适用于电缆又适用于电线传输校正的兼容性。

本发明提出了一种单电源供电，对电缆和电线传输都能校正无需不平衡至平衡转换的发送器，本发明既可作终端校正器，也可作中继接力校正器，有抗大于供电电压的共模干扰的能力。

3、本发明的目的在于解决用电缆或普通电话线在非平衡的条件下长距离传输视频信号，并简化传输设备降低传输成本，提高设备的稳定性和可靠性。

4、技术方案

对于那些熟悉本专业的人来说，在结合附图阅读完下面的说明之后，对本发明的各种优点将会有明确的了解。

图1是按照本发明的技术绘出的总体电路框图：

图2(A—E)是传输线及其补尝网格的递变简化和导出过程示意图；

图3是匹配隔离级的电路图；

图4是实际的补偿网络与电流差输入放大器相结合的补偿放大级电路；

图5是含有直流恢复的可变增益的放大级；

图6是高频补偿电路；

图7是可调增益末级输出级。

现在我们将回到图1至图7。首先我们对本发明的技术方案结合图1的方框图作一概括的介绍，然后依次对各部分作详细的说明。

需要校正的不平衡视频信号经过电线或电缆长距离传输到图1方框图的匹配隔离级1的输入端，匹配隔离级起到与传输线或电缆的特征阻抗相匹配，并隔离后续补偿放大器中的补偿网络对传输线阻抗匹配的影响。补偿放大器2对传输线长距离传输后引起的幅度衰减和频率失真补偿之后送到可变增益放大级3的输入端，可变增益放大级对不同长度传输线的幅度衰减再次进行补偿。由可衰增益放大级输出的信号送到高频补偿增益级4的输入端，在此对传输线高频部分的频率失真再作进一步的校正，之后送到可调增益末级输出级5，在此校正高频补偿级引入的幅度衰减，并作为输出激励级驱动接收端的负载，它们可以是诸如监视器，录像机，视频开关等设备，也可以是作为中间接力用的本发明自身。

现在我们回到图2(A—E)。众所周知，对于如图2A的理想的均匀传输线，当信号源的内阻Ri与传输线的终端负载电阻R_L都等于传输线本身的特征阻抗Ro时，即Ri＝R_L＝Ro时，信号将沿传输线无反射，无损耗地传输，并为终端负载电阻R_L＝Ro全部吸收，这就是所谓的完全匹配情况。

事实上，任何精密制作的电线或电缆都不可能是理想的，它们有分布电阻，会产生从直流直至高频的幅度损耗，有分布电感及分布电容而且这些分布参量实际上不可能作得完全一致。它们还会随环境条件和频率的变化而变化，因此不可能作到从低频至高频整个频段的完全匹配，这些都预示着信号通过长距离电线或电缆传输后会引入幅度、频率和相位等方面的失真。特别是从经济角度出发，采用质量较差的电缆甚而用普通电话线等传输线传输时，会引入更大的失真，与此同时还会伴随有低频的共模干扰，这些都会大大地损坏电视传输的图象质量。

实际传输线是分布参数的，为分析方便起见，带有信号源内阻Ri和终端负载电阻R1的等效传输线电路如图2B所示，图中r_o’r_b’、r_o”、r_b”、La＇、Lb＇、La″、Lb″分别代表电线或电缆来回线或芯线与外皮的集总等效电阻和电感，r_o、Co分别表示线间或芯线与外皮间的等效集中漏阻和集中分布电容。按照网络分析，图2B的电路完全可以简化成图2C的电路，其中r_o＝r_o’＋r_o”，r_b＝r_b’＋r_b”，La＝La＇＋La″，Lb＝Lb＇＋Lb″。

漏电阻r_o一般很大，对传输特性影响不大，为简化起见我们认为它相当于开路(r_o→∞)。另外从理论分析可知，当传输线失配时，如果是传输线的特征阻抗Ro＞R_L，传输线可用一集中剩余电感来代替，而当Ro＜R_L时，传输线则可用一集中剩余并联电容来代替，为了进一步简化电路的分析，我们可以调节R_L略大于Ro。使整个传输线系统满足可用一集中剩余并联电容来等效的轻度失配状态，这样的等效电路如图2D所示。这样就使我们有可能大大地简化分析，并得出有用的结果。

现在我们在图2D的基础上引入补偿网络RcCc及后续级的输入阻抗R_D，这样得到的电路如图2E。

对图2E的分析表明，当具有内阻为Ri的电压信号源Vin加到传输线的输入端时，经过传输线等效网络传输后到达终接电阻R_L，并经补偿网络RcCc在与之串联的R_D上产生的电流由下式决定：

I_{RD} = \frac{Vin R_{L}}{(R_{L} + R_{D}) (Ri + R_{L} + r_{o} + r_{b}) - R_{L}^{2} + jωCo (Ri + r_{o}) [(Ri + R_{D}) (R_{b} + R_{L})}

- R_{L}^{2}] + \frac{Rc (Ri + R_{L} + r_{o} + r_{b}) [1 + j ωCo (r_{b} + R_{L}) (r_{o} + Ri) / (Ri + R_{L} + r_{o} + r_{b})]}{1 + jωRcCc}

从上面的表达式可以看出，当

(Ri＋R_D)(r_b＋R_L)－R_L ²＝o及RcCc＝(r_b＋R_L)(r_o＋Ri)Co/(Ri＋R_L＋r_o＋r_b)时，电流I_RD将变成与频率无关的函数，它在RD上产生的电压也将是与频率无关的函数。但是，这样的接法不好直接付诸实用。首先RcCc的接入，它与R_D分压会大大衰减在R_D上产生的信号电压从而减小信噪比；其次，RD上产生的乃不平衡视频信号，其上还可能存在有很大的低频共模干扰，用一般的方法很难得到良好的抑制；第三RcCc网络的接入有可能破坏电线或电缆的终端匹配条件而导致传输线的反射效应。

为此，我们把图2E中的补偿网络RcCc及后续级的输入阻抗R_D与传输线之间用图3所示的由C1、R2、Q1、R3组成的射极输入器隔离开来。图2E传输线的终端接图3的301、302输入端，用(R1＋RV1)可调电阻代替图2E中的RL，调节(R1＋RV1)使它刚好等于传输线的特征阻抗。(传输线可能是各种双线传输线，单芯屏蔽线或电缆，它们的特征阻抗是不一样的)使传输线尽可能达到匹配状态，不产生反射。

图3中Q1的射级输出303接补偿放大级图4的输入端303，图4中C2、C3对交流可视为短路。由RV2、RV3、RV4、R4、R5、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13等组成的RC网络等效于图2E正中的RcCc补偿网络它们随电缆或电线长短的变化，先由S11—4及S21—4作步进式的粗选，再由RV2、RV3、RV4、作细的调整使对不同长度的电线或电缆均能够得到满意的补偿，由于图3中射极输出器的隔离使电线或电缆的匹配与补偿网络的调节相互独立，互不影响。

补偿网络的输出、RV4、C12、C13的公共接点，接到放大器U1的负入端，在此点还接有放大器负反馈电阻R7的一端。由于深度负反馈，U1的负输入端可视为虚地点，由图4可见，补偿网格中相当于图2E中的RD电阻已不复存在，因此这一点的信号电压为零，但信号电流不为零，它由输入信号的幅度和补偿网络的调节决定，这样就简单地把电压输入信号转变为电流输入的放大了。改善了因电压信号太小而产生的信噪比不足的问题。

图4中U1貌似一般的运算放大器，实质上它是一个电流差(NORTON)输入放大器。一般的运放不具备强的共模抑制能力，而罗通(NORTON)放大器则有抑制高于供电电源共模干扰的能力，因而比一般差分型抗共模干扰的电路有更好的共模抑制性能。图4中放大器U1的低频增益由比值

\frac{- R 7}{RV 2 + R 4 + RV 3 + R 5 + RV 4}

决定，而RV2＋RV3＋RV4＋R4＋R5的调节又受到频率补偿的限制，因此它的低频增益的调节不是随意的。为此U1的输出403接可变增益放大级图5的输入403。图5包括由C14、R8、D1、R9、R10、R11及C15组成的直流恢复电路，它把由图4中U1输出的视频信号的同步项通过C14、R8、D1恢复到由R9、R10、R11分压器在电容C15上产生的直流电压上，减小信号在放大器U2上的动态范围，以期获得更好的线性。

射极跟随器Q2、R12起缓冲作用，以提高直流恢复的效果。

放大器U2专用于信号增益的独立调节，以补偿电线电缆传输中和前级补偿电路中引入的衰减。

图5中U2的输出501送到高频补偿级图6的输入端501。在这里对高频失真再次进行补偿。

本来在图5中U2放大器的反馈环路中也可以引入高频补偿的，但因环路反馈中的相移很可能在某些频率上引起寄生振荡等不稳定因素，而且它可补偿的范围不可能太大。

图6所示的电路包括由R14、Q3、R15组成的射极输出缓冲器，它把补偿网络与图5中的U2隔离开来。由RV6、R25组成的衰减器，及由R16一R23，C16—C23组成的高频补偿网络，和RV6，R25一起共同实现进一步的高频补偿，以弥补图4补偿放大级之不足。由于补偿网络不在反馈环路内，不易引起寄生振荡，有较大的补偿范围。

由R16—R23及C16—C23组成的网络随RV6中心抽头的调节可在相当大的范围内对高频进行补偿，它还可以作成模块式的，按不同的补偿范围换接。

由R24、Q4、R26组成的射极输出器起到高频补偿网络与可调增益的末极输出极图7之间的缓冲作用。

图6Q4的输出601接可调增益末极输出级图7的输入601，U3也是个可调增益放大器，它补偿高频补偿级图6中由RV6、R25引入的衰减，并功率输出以激励图象监视器、录像机、视频开关……等等设备。

图7中的RV7和R27决定着放大器的增益。R28、R29、R30、R31是放大器的75Ω输出电阻。该输出级有2—4路输出，有视频分配器的功能。

5、本发明与背景技术相比有

a、只用单电源

b、电路简单

c、无需不平衡至平衡的转换

d、无需发送器、中间接力器及接收器等多品种，只用同一品种即可实现中间接力与接收，免除了发送器的必要性。

e、两种独特的补偿方式，均不在反馈环内，不易出现寄生振荡问题

f、有多路分配输出功能

g、有很强的抗共模干扰的能力

h、本发明能同时适用于视频信号在电话线、电缆线、单芯屏蔽线、双绞线、双平行线等传输线内传输时的校正。

i、有宽的补偿范围

Claims

1、一种视频电线电缆传输校正器，用来对通过普通电话线单芯屏蔽线、双绞线、双平行线、视频电缆线等长距离传输信号后所引起的幅度衰减、频率失真及共模干扰进行校正。它由匹配隔离级(图3)，补偿放大级(图4)，可变增益放大级(图5)，高频补偿级(图6)和可调增益末级输出级(图7)组成。

经电线、电缆长距离传输来的视频信号送到匹配隔离级(图3)输入端，经匹配隔离级把传输线终端的匹配终接电阻与后续补偿放大级(图4)中的补偿网络隔离开，避免它们间的相互影响。

补偿放大级按照本发明导出的网络并与相连的电流差(NORTON)输入放大器一起对因电线、电缆传输引入的幅度衰减，频率失真及共模干扰等进行校正。

已校正的信号送到可变增益放大级(图5)进行第一次幅度校正。

可变增益放大器的输出送到高频补偿级(图6)对传输信号的高频分量再作进一步的补偿。

经高频补偿后的信号送到可调增益末级输出级(图7)以校正高频补偿级引入的总的幅度衰减。

2、权利要求1中所说的匹配隔离级是指通过图3中的射级输出器作为隔离级把图2E中导出的频率补偿网络与传输线及其终端的终接电阻离开，使它们的调节不相互影响。

3、权利要求2中所说的终端终接电阻包括一个小的固定电阻及一个可变电阻相串联的电阻组合，针对不同的传输线用它们调到这种传输线的特征阻抗附近，以期获及最佳的匹配状态。

4、权利要求1及权利要求2中所说的补偿网络是把从图2E导出的补偿网络按对不同类型不同长度的传输线都能进行补偿而提出的由拨动开关选择的步进式并连续可调的三节或多节RC网络组成。

5、权利要求1所说的补偿放大级由权利要求2和4中所说的补偿网络与一个电流差(NORTON)输入放大器共同组成。它们把电压输入的信号转变成电流输入的形式以提高信噪比。电流差输入放大器与补偿网络的结合，大大地提高了电路抗共模干扰的能力，同时它的放大作用也补偿了幅度衰减。

6、权利要求1中所说的可变增益放大级独立地对信号进行宽频带的幅度放大，它引入了直流恢复电路，把信号的同步顶恢复到一固定电平，从而限定了输入信号的动态范围不随平均分量的变化而变化，增加了放大器的有效线性动态范围，保证了放大器在较大的增益变化范围内仍然线性工作。这就可以在大范围内进行幅度校正，适用更长的电线或电缆传输损耗的补偿。

7、权利要求1中所说的高频补偿级是由两个作前后隔离用的射级输出器与其间的连续可调的递进式的高频补偿网络组成，整个电路中无反馈环，不致因闭环相移而导致补偿过程中的不稳定性或寄生振荡。前后隔离级也减小了前后级间的相互影响。

8、权利要求1中所说的可调增益末级输出级是一个补偿高频补偿级引入的幅度衰减并提供2—4路(视具体应用场合而定)75Ω阻抗输出的功率放大器，它有接近于供电电压的动态范围，其增益可在大范围内调节。

9、权利要求1、权利要求6和权利要求8中所提级的可变增益放大级及可调增益末级输出级都只作专职信号放大用，没有向它们提出对电缆传输进行频率补偿的任务，避免了增益、频率调节之间的相关性，它们都工作在极宽频带范围内，有较大的增益调节范围。