【導(dǎo)讀】在課堂、演講廳和會議室，PC通過VGA電纜連接到投影儀，以傳輸紅綠藍(lán)(RGB)視頻信號。平均電纜長度取決于房間大小和天花板高度，但多數(shù)電纜不超過100米。本文介紹集成電荷泵的三通道高速電流反饋型運(yùn)算放大器ADA4858-31（見附錄）如何能驅(qū)動并均衡最長達(dá)100米的VGA電纜。這種解決方案用在PC與電纜之間，便于使用，成本低廉，易于實(shí)施，只需幾個(gè)無源組件，并從USB端口獲得3.3V至5V單電源。
驅(qū)動和均衡45米VGA電纜
圖1顯示一個(gè)基于ADA4858-3放大器的VGA電纜均衡器的一個(gè)通道。完整的RGB均衡器需要三個(gè)通道。150?負(fù)載電阻代表75?端接電纜及其阻抗匹配驅(qū)動電阻。
圖1. 45米VGA電纜均衡器原理圖（單通道）
圖2顯示45米VGA電纜、均衡器和均衡器/電纜組合的大信號頻率響應(yīng)性能。除了阻抗匹配電纜驅(qū)動固有的6dB衰減之外，VGA電纜還有0.6dB損耗（頻率低于1 MHz時(shí)）或8dB損耗（頻率為100 MHz時(shí)）。為恢復(fù)信號強(qiáng)度，均衡器必須提供6.6dB增益（低頻時(shí)）或14dB增益（100 MHz時(shí)），以便將原始信號提升6 dB，從而滿足RGB視頻應(yīng)用的需要。從不均衡時(shí)的1.6 MHz帶寬達(dá)到均衡時(shí)的160 MHz帶寬，電纜/均衡器組合顯示1dB平坦度改善100倍。
圖2. 大信號頻率響應(yīng)（45米VGA電纜）
均衡還能改善瞬態(tài)響應(yīng)性能，如圖3所示。高頻和低頻得到恢復(fù)，提供更清晰的圖像，消除了電纜所引起的拖尾效應(yīng)。
圖3. 均衡前后的瞬態(tài)響應(yīng)（45米VGA電纜）
該電路的傳遞函數(shù)如公式1所示。幅度通過公式2計(jì)算。
驅(qū)動和均衡105米VGA電纜
圖4顯示驅(qū)動105米電纜的原理圖。選擇此長度的原因是它接近ADA4858-3的最大均衡能力。該原理圖與圖1相似，不同之處是增加了 RZCZ反饋網(wǎng)絡(luò)，它產(chǎn)生一個(gè)極點(diǎn)，以便降低高頻時(shí)的RF 值。
圖4. 105米VGA電纜均衡器原理圖（單通道）
圖5顯示105米電纜、相應(yīng)的均衡器和二者組合的大信號頻率響應(yīng)性能。均衡前電纜的−3dB帶寬約為2 MHz，均衡后約為90 MHz；−1dB帶寬從0.7 kHz提高到75 MHz。
圖5. 大信號頻率響應(yīng)（105米VGA電纜）
圖6顯示瞬態(tài)響應(yīng)性能。高頻和低頻均得到恢復(fù)。通過更多調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)更好的平坦度（1 MHz至10 MHz）和更高的輸入信號保真度。
圖6. 均衡前后的瞬態(tài)響應(yīng)（105米VGA電纜）
圖7顯示所有三個(gè)通道（R、G、B）的原理圖，包括獨(dú)立解決方案所需的全部器件。通過一個(gè)小型USB端口為整個(gè)系統(tǒng)供電。R4、R5和R6均匹配電纜的特征阻抗。
圖7. 顯示所有三個(gè)均衡通道的完整電路板原理圖
結(jié)論
本文說明如何利用三通道視頻驅(qū)動器ADA4858-3驅(qū)動并均衡用于傳輸RGB視頻的最長100米VGA電纜。文中給出了采用45米和105米電纜的兩個(gè)示例，但該解決方案經(jīng)過調(diào)整，可支持各種長度的電纜。這種解決方案便于使用，成本低廉，易于實(shí)施，只需ADA4858-3、幾個(gè)無源器件和3.3V至5V單電源，電源可以從USB端口獲得。
附錄
ADA4858-3是一款三通道電流反饋型運(yùn)算放大器，總靜態(tài)電流僅為42mA，其中包括電荷泵耗用的電流。為進(jìn)一步降低功耗，還提供省電特性，當(dāng)放大器不用時(shí)，總電源電流可降至2.5 mA。由于有電荷泵，該器件不需要負(fù)電源；在省電模式下，電荷泵仍能為外部器件供電。ADA4858-3具有寬輸入共模電壓范圍；以5 V電源供電時(shí)，輸入范圍為地以下1.8 V至正供電軌以下1.2 V。600 MHz帶寬和600 V/μs壓擺率使該放大器非常適合許多高速應(yīng)用，高達(dá)85 MHz的0.1 dB平坦度（G = 2，150 ?負(fù)載）則使它成為專業(yè)和消費(fèi)電子視頻應(yīng)用的絕佳選擇。此外，電流反饋型放大器不存在電壓反饋型放大器的增益帶寬限制。
片內(nèi)電荷泵產(chǎn)生一個(gè)負(fù)電源，其電壓取決于正電源電壓。采用5V正電源時(shí)，電荷泵產(chǎn)生−3V負(fù)電源并提供150mA輸出電流；采用3.3V正電源時(shí)，電荷泵產(chǎn)生−2V負(fù)電源并提供45mA輸出電流。外部電容C1和C2應(yīng)為1 μF至4 μF的電容，具有低ESR和低ESL特性，并且應(yīng)盡可能靠近ADA4858-3放置。C1連在C1_a與C1_b之間，C2連在CPO與地之間。
圖A. 功能框圖
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