高速电流反馈型放大器驱动并均衡最长100米的VGA电缆

在课堂、演讲厅和会议室，PC通过VGA电缆连接到投影仪， 以传输红绿蓝(RGB)视频信号。平均电缆长度取决于房间大小和天花板高度，但多数电缆不超过100米。本文介绍集成电荷泵的三通道高速电流反馈型运算放大器ADA4858-3¹（见附录）如何能驱动并均衡最长达100米的VGA电缆。这种解决方案用在PC与电缆之间，便于使用，成本低廉，易于实施，只需 几个无源组件，并从USB端口获得3.3V至5V单电源。

驱动和均衡45米VGA电缆
图1显示一个基于ADA4858-3放大器的VGA电缆均衡器的一个通道。完整的RGB均衡器需要三个通道。150Ω负载电阻代表75Ω端接电缆及其阻抗匹配驱动电阻。

图1. 45 米VGA电缆均衡器原理图（单通道）

图 2 显示45米VGA电缆、均衡器和均衡器/电缆组合的大信号频率响应性能。除了阻抗匹配电缆驱动固有的6dB衰减之外，VGA电缆还有0.6dB损耗（频率低于1MHz时）或8dB损耗（频率为100 MHz时）。为恢复信号强度，均衡器必须 提供6.6dB 增益（低频时）或14dB 增益（100 MHz 时），以便将原始信号提升6 dB，从而满足RGB视频应用的需要。从不均衡时的1.6 MHz带宽达到均衡时的160 MHz带宽，电缆/ 均衡器组合显示1dB平坦度改善100倍。

图2. 大信号频率响应（45米VGA电缆）

均衡还能改善瞬态响应性能，如图3所示。高频和低频得到恢复，提供更清晰的图像，消除了电缆所引起的拖尾效应。

图3. 均衡前后的瞬态响应（45 米VGA电缆）

该电路的传递函数如公式1所示。幅度通过公式2计算。

(1)

(2)

驱动和均衡105米VGA电缆
图4显示驱动105米电缆的原理图。选择此长度的原因是它接近ADA4858-3的最大均衡能力。该原理图与图1相似，不同之处是增加了 R_ZC_Z反馈网络，它产生一个极点，以便降低高频时的 R_F值。

图4. 105米VGA电缆均衡器原理图（单通道）

图5显示105米电缆、相应的均衡器和二者组合的大信号频率 响应性能。均衡前电缆的−3dB带宽约为2MHz，均衡后约为90MHz；−1dB带宽从0.7 kHz提高到75 MHz。

图5. 大信号频率响应（105 米VGA电缆）

图6显示瞬态响应性能。高频和低频均得到恢复。通过更多调整，可以实现更好的平坦度（1MHz至10MHz）和更高的输入信号保真度。

图6. 均衡前后的瞬态响应（105 米VGA电缆）

图7显示所有三个通道（R、G、B）的原理图，包括独立解决方案所需的全部器件。通过一个小型USB端口为整个系统供电。R4R5和R6均匹配电缆的特征阻抗。

图7. 显示所有三个均衡通道的完整电路板原理图

结论
本文说明如何利用三通道视频驱动器ADA4858-3驱动并均衡用于传输RGB视频的最长100米VGA电缆。文中给出了采用45米和105米电缆的两个示例，但该解决方案经过调整，可支持各种长度的电缆。这种解决方案便于使用，成本低廉，易于实施，只需ADA4858-3、几个无源器件和3.3V至5V单电源，电源可以从USB端口获得。

附录
ADA4858-3是一款三通道电流反馈型运算放大器，总静态电流仅为42mA，其中包括电荷泵耗用的电流。为进一步降低功耗，还提供省电特性，当放大器不用时，总电源电流可降至2.5 mA。由于有电荷泵，该器件不需要负电源；在省电模式下，电荷泵仍能为外部器件供电。ADA4858-3具有宽输入共模电压范围；以5V电源供电时，输入范围为地以下1.8 V至正供电轨以下1.2 V。600MHz带宽和600 V/s压摆率使该放大器 非常适合许多高速应用，高达85MHz的0.1 dB平坦度（G = 2，150Ω负载）则使它成为专业和消费电子视频应用的绝佳选 择。此外，电流反馈型放大器不存在电压反馈型放大器的增益带宽限制。

片内电荷泵产生一个负电源，其电压取决于正电源电压。采用5V正电源时，电荷泵产生−3V负电源并提供150mA输出电流；采用3.3V正电源时，电荷泵产生−2V负电源并提供45mA 输出电流。外部电容C1和C2应为1 µF至4 µF的电容，具有低ESR 和低ESL特性，并且应尽可能靠近ADA4858-3放置。C1连在C1_a与C1_b之间，C2连在CPO与地之间。(返回正文)

图A. 功能框图

作者简介
Charly El-Khoury 是高速放大器部门的一名应用工程师。他于2006年毕业于伍斯特理工学院(WPI)，获得电气与计算机工程(ECE)硕士学位，之后加入ADI公司。