作者：Robert Demattei，Jurica Ivisic，Maxim公司

對(duì)于近距離視頻傳輸系統(tǒng)，采用單端信號(hào)即可提供較高的圖像質(zhì)量。但是，當(dāng)傳輸距離達(dá)到數(shù)百米時(shí)，發(fā)送器與接收器之間的地電位差以及注入電纜的噪聲將對(duì)單端視頻信號(hào)傳輸系統(tǒng)造成很大干擾，這些噪聲疊加到單端信號(hào)上時(shí)，將造成視頻信號(hào)的嚴(yán)重失真，這一現(xiàn)象在工作環(huán)境比較惡劣的汽車及工業(yè)環(huán)境下尤其嚴(yán)重。

差分視頻傳輸系統(tǒng)相對(duì)而言具有較強(qiáng)的抗干擾能力，因?yàn)檫@些噪聲以共模形式作用在兩條差分信號(hào)線上。因此，在長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸系統(tǒng)中，差分線對(duì)比傳統(tǒng)的單端方式具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，具有更高的噪聲抑制能力，能夠在視頻傳輸系統(tǒng)（特別是在惡劣的工作環(huán)境下）中提供更高的圖像質(zhì)量。

差分視頻傳輸?shù)娜秉c(diǎn)是成本較高，因?yàn)椴罘中盘?hào)傳輸通常采用價(jià)格昂貴的差分同軸電纜。工業(yè)應(yīng)用中，圖像信號(hào)的傳輸距離通常達(dá)到數(shù)百米，除非是一些必要場(chǎng)合，否則鋪設(shè)專用的差分同軸電纜將受到成本的限制。由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及，CAT5電纜比最普通的同軸電纜也要便宜許多，而且許多場(chǎng)合都已鋪設(shè)了這種電纜，利用這種電纜可大大降低成本。使用CAT5電纜傳輸視頻信號(hào)時(shí)，需要考慮兩個(gè)參數(shù)。首先，CAT5電纜有四對(duì)雙絞線，如果使用一對(duì)以上的雙絞線同時(shí)承載視頻信號(hào)，通道之間將會(huì)引入一定的串?dāng)_。如果差分驅(qū)動(dòng)器的共模均衡（CMB）和接收器的共模抑制比（CMRR）在視頻帶寬（0Hz～5MHz）內(nèi)能夠達(dá)到30dB甚至更高，則可將串?dāng)_信號(hào)降到可接受的水平，能夠保持完好的圖像質(zhì)量。使用CAT5的第二個(gè)問題是高頻衰減，其衰減幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于視頻同軸電纜。當(dāng)圖像傳輸距離超過10英尺時(shí)，需要設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)中增加電纜均衡電路，均衡器用于補(bǔ)償損耗，提高高頻增益以補(bǔ)償CAT5電纜的衰減。

由于差分線對(duì)本身能夠抑制串?dāng)_，本文將以NTSC多脈沖群信號(hào)為例，主要討論均衡問題。圖1為該信號(hào)在電視上的顯示圖像，圖2為同一信號(hào)在示波器上的顯示波形。

圖1，電視顯示圖像：沒有失真的NTSC多脈沖群

圖1所示圖像與圖2波形完全對(duì)應(yīng)，由六組寬度逐漸減小的白色正弦波條紋組成。如果圖像沒有失真，每個(gè)豎條會(huì)有清晰的白色區(qū)域和黑色區(qū)域。如果通過遠(yuǎn)距離CAT5電纜傳輸造成相位和帶寬失真時(shí)，逐漸變窄的白色豎條將發(fā)生變化，中間可能出現(xiàn)其它顏色或變得不清晰。圖3所示為電纜擴(kuò)展到150米（500英尺）時(shí)的圖像傳輸結(jié)果，六個(gè)頻率下的Vpps幅度不一致，白色脈沖的邊沿變得平滑，不再陡峭。圖像比較模糊，對(duì)比度降低，而且較窄的豎條組失真更嚴(yán)重。

圖2，通過1米CAT5電纜后，沒有出現(xiàn)失真的NTSC多脈沖群信號(hào)

圖3，經(jīng)過150米CAT5電纜傳輸后的NTSC多脈沖群信號(hào)

從圖4可以清楚地看出NTSC多脈沖群信號(hào)Vpp隨CAT5電纜的衰減情況，信號(hào)衰減將顯著影響圖像質(zhì)量。對(duì)于傳輸距離只有1米的CAT5電纜，圖1和圖2所示波形接近于理想狀況，測(cè)試中的六個(gè)頻率下保持完全一致的Vpps，白色豎條具有清晰的邊沿，豎條之間的灰色區(qū)域也非常清晰。

圖4，視頻信號(hào)Vpp在不同CAT5電纜長(zhǎng)度下的衰減

可以從多家供應(yīng)商獲得線驅(qū)動(dòng)器-接收器對(duì)，本文采用了Maxim的MAX9546和MAX9547，由此說明對(duì)收發(fā)器增加均衡網(wǎng)絡(luò)后的視頻傳輸效果。圖5為差分收發(fā)器的信號(hào)傳輸架構(gòu)，基本均衡電路跨接在電阻Zt兩端，均衡電路對(duì)增益的提升可以使上述頻點(diǎn)下的信號(hào)幅度恢復(fù)到正常值。當(dāng)然，不同廠商提供的電纜可能具有不同的衰減，需要對(duì)具體的均衡網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整，以獲得最好的圖像質(zhì)量。

圖5，MAX9546和MAX9547構(gòu)成的視頻傳輸電路，均衡網(wǎng)絡(luò)連接在MAX9547的Zt+和Zt-端

典型均衡網(wǎng)絡(luò)如圖6所示，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)分支通過設(shè)置電阻、電容調(diào)整相應(yīng)頻率處的增益。下表列出了對(duì)于150米、300米和450米（分別對(duì)應(yīng)于500、1000、1500英尺）傳輸?shù)难a(bǔ)償元件值。選擇電容C1、C2、C3設(shè)置頻率時(shí)，電阻R1、R2和R3也會(huì)影響頻響特性。利用增益電阻R4和R5調(diào)節(jié)整體的補(bǔ)償增益，R5設(shè)置為75Ω時(shí)，增益為2V/V。

圖6，均衡網(wǎng)絡(luò)

圖7所示是用示波器測(cè)試得到的增加補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)后，150米（500英尺）視頻傳輸?shù)慕Y(jié)果，圖像信號(hào)采用的是與圖5a相同的波形。比較圖7和圖2所示結(jié)果可以看出，均衡網(wǎng)絡(luò)可以補(bǔ)償147米CAT5電纜的衰減。

圖7，增加均衡網(wǎng)絡(luò)后，經(jīng)過150米傳輸后的NTSC多脈沖群信號(hào)

傳輸距離更遠(yuǎn)時(shí)，可以利用高增益器件（例如MAX4444、MAX4145）進(jìn)行均衡，進(jìn)一步補(bǔ)償圖像衰減。使用高增益器件和額外的均衡可能在視頻信號(hào)中引入過高的噪聲，對(duì)于圖像質(zhì)量要求不是很高的應(yīng)用，該方案可以在長(zhǎng)距離視頻傳輸中提供可以接受的圖像質(zhì)量。

結(jié)論

CAT5電纜非常通用，而且很多建筑內(nèi)已預(yù)先鋪設(shè)了這種電纜，利用這種電纜傳輸視頻信號(hào)，能夠獲得廉價(jià)的視頻監(jiān)控方案。為了均衡CAT5電纜的信號(hào)傳輸，需要高品質(zhì)、低成本的差分發(fā)送器和接收器（如MAX9546-MAX9547）。差分傳輸具有較好的CMB和CMRR特性，能夠解決CAT5電纜的串?dāng)_問題?？紤]到CAT5電纜的損耗，需要對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行均衡補(bǔ)償。而過度均衡又會(huì)增大視頻信號(hào)的背景噪聲。對(duì)于傳輸距離在450米（1500英尺）以內(nèi)的應(yīng)用，MAX9546和MAX9547提供了一個(gè)低成本的視頻傳輸方案，可利用CAT5電纜進(jìn)行傳輸。對(duì)于傳輸距離更遠(yuǎn)，但對(duì)圖像質(zhì)量要求不是太高的應(yīng)用，同樣可以采用這種方案實(shí)現(xiàn)有效的視頻傳輸。

責(zé)任編輯：gt