降低视频子系统的工作和待机功耗，延长手持式

越来越多的便携式设备，例如数码相机、蜂窝电话和便携式媒体播放器等，都开始逐渐增加复合视频输出的连接功能。这类设备中，视频数/模转换器(DAC)产生复合视频信号，在送至输出连接器之前必须经过视频滤波和放大。设计工程师在选择视频滤波器时已经考虑了功耗、总体成本、尺寸以及图像质量等因素，本文介绍了下一代便携设备中的其它需求以及如何设计新一代视频滤波器才能满足这些需求。

越来越多的便携式设备，例如数码相机、蜂窝电话和便携式媒体播放器等，都开始逐渐增加复合视频输出的连接功能。这类设备中，连接在视频数/模转换器(DAC)之后的视频滤波放大器产生视频信号。现有的3.3V视频滤波放大器处理视频信号时，功耗为45mW。

电池使用时间是便携设备的关键，首先要考虑降低视频系统IC的功耗。出于这一考虑，新一代视频滤波放大器能够工作在1.8V电压，功耗仅为12mW—功耗降低了近70%。

能量消耗在哪里?

简单地说，每个电路的功耗包括自身工作的损耗和驱动负载的损耗。图1中，电源为电路提供总电流(I_T)，其中I_Q是运算放大器的静态电流，I_L是负载电流。


图1. 单电源运算放大器，带有一个对地电阻负载。

电流和电源电压相乘得出功率。首先按照以下公式计算静态功耗(P_Q)、负载功耗(P_L)以及总功耗(P_T)：

P_Q = V_DD × I_Q
P_L = V_DD × I_L
P_T = P_Q + P_L = V_DD × (I_Q + I_L)

为降低实际消耗的功率，必须同时减小P_Q和P_L。减小V_DD、I_Q和I_L都可以达到这一目的。

通常情况下，IC数据资料会给出I_Q或P_Q参数，但很少提到典型信号和典型负载条件下的平均功耗。对于便携式视频滤波放大器，由于电路不是处于关断状态，就是完全开启，因此，P_Q几乎是无用信息。完全开启时，视频滤波放大器为负载提供视频信号驱动。没有视频负载时，为了节省电池能量，应关断视频滤波放大器；如果在没有视频负载时开启视频滤波放大器，会造成电池能量的浪费。

3.3V视频滤波放大器的功耗

当3.3V视频滤波放大器向负载提供视频信号驱动时，功耗增大，如表1所示。平均功耗定义为视频滤波放大器以50%平场视频信号驱动150Ω对地负载时的功耗。50%平场信号作为典型的视频信号，在电视上显示为灰屏(P_L取决于图像内容，黑屏时功耗最低，白屏时功耗最大)。注意，尽管元件的P_Q差别很大，平均功耗却非常接近。

表1. 各种视频滤波放大器的平均功耗和静态功耗

Company	Part	Supply Voltage (V)	Average Current (mA)	Average Power (mW)	IQ (mA)	PQ (mW)	Output Style
Maxim	MAX9502	3.3	13.5	44.6	5.3	17.5	Positive DC bias
TI?	OPA360	3.3	12.2	40.1	6	19.8	Zero DC bias
Maxim	MAX9503	3.3	13.2	43.4	12	39.6	DirectDrive?

将视频信号驱动至视频负载造成功耗增大，这在很大程度上取决于视频放大器的输出方式。MAX9502输出视频信号采用了正向直流偏置(参见图2)。维持输出信号的正向直流偏置会使总功耗增大。因此，MAX9502必须供出大约8.7mA的电流(图2b中以蓝色粗线表示的电压除以150Ω)。


图2. MAX9502G应用电路，输入、输出为50%平场信号。


图2a. 50%平场信号波形，输入到需要测试的视频滤波放大器。


图2b. MAX9502G的输出波形，蓝色曲线表示50%平场信号的近似平均直流电平。

OPA360 (表1)的输出可以配合SAG网络工作，它由两个交流耦合电容组成(图3)。这些电容阻断了输出和负载之间的直流连接。因此，放大器不需要源出或吸入维持输出偏置的电流，从而降低了功耗。


图3. 对于50%的平场信号，由于电容阻断了输出和负载之间的直流连接，因此，OPA360应用电路可有效降低功耗。


图3a. OPA360输出波形中的蓝色曲线表示50%平场信号的近似平均直流电平。

利用Maxim受专利保护的DirectDrive技术，MAX9503能够输出接近零直流偏置的视频信号，无需任何交流耦合电容(参见图4)。由于片内反向电荷泵可产生负电压，因此，这一技术使MAX9503能够输出地电平以下的信号。尽管DirectDrive增大了P_Q，但由于P_L降低，MAX9503的平均功耗能够与MAX9502和OPA360保持在同一水平。由于直流偏置接近地电平，MAX9503只需源出较小的电流。


图4. 50%平场信号通过MAX9503G应用电路。


图4a. MAX9503G输出波形中的蓝色曲线表示50%平场信号的近似直流平均值。

新一代产品：1.8V视频滤波放大器

MAX9509是Maxim新一代视频滤波放大器系列的首款器件，大大降低了平均功耗和P_Q，如图5所示。其电源电压(V_DD)由3.3V降到了1.8V，1.8V是移动电话正在逐渐使用的数字I/O电压；静态电源电流(I_Q)也由12mA降到了3.1mA (参见表2)。


图5. MAX9509 1.8V应用电路处理50%平场信号，大大降低了功耗。


图5a. 50%平场波形输入到MAX9509；其振幅是图2a中波形振幅的一半。


图5b. MAX9509输出波形中的蓝色曲线表示50%平场信号的近似直流平均值。

表2. MAX9509的平均功耗和静态功耗