关于便携式设备中降低视频系统功耗延长电池使用时间分析

2.2电池能量消耗的基本理念

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(IT)，其中IQ是运算放大器的静态电流，IL是负载电流。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(PQ)、负载功耗(PL)以及总功耗(PT)：

为降低实际消耗的功率，必须同时减小PQ和PL。减小VDD、IQ和IL都可以达到这一目的。通常情况下，IC数据资料会给出IQ或PQ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(即定义为当视频滤波放大器为负载提供视频信号驱动的时候)，因此，PQ几乎是无用信息。

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 3.3V视频滤波放大器的低功耗技术与典型芯片特征举例

典型的视频驱动架构采用交流耦合或直流耦合方案。通过采用输入输出电容，交流耦合可消除传输线上的直流电压，并隔离发送和接收系统的接地点，从而简化电路设计。但是，这些电容会降低信号质量，为将对信号质量的影响减到最小，输出电容必须在数百μF的

数量级。直流耦合无需输出电容，这对价格敏感的大批量产品特别有吸引力，但在输入信号存在正负摆动时，需要额外的负电源来提供能容纳信号正负摆动的公共输入电压范围。

如凌力尔特公司用于单电源应用的3路视频放大器LT6557具有0.8V电源轨的宽输出摆幅，是一款能在采用5V单电源工作时提供全视频摆幅的宽带RGB放大器，具有500MHz 3dB带宽、2200V／s转换速率和4ns的建立时间。

3.1 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

通过MAX9502、OPA360、MAX9503三种视频滤波放大器的平均功耗和静态功耗的比较可知功耗增大的问题。它们的指标分别如下：

①　平均电流：MAX9502为13.5mA,OPA360为12.2mA,MAX9503为13.2mA；

②　平均功耗：MAX9502为44.6mW,OPA360为40.1mW,MAX9503为43.4mW；

③　IQ：MAX9502为5.3mA,OPA360为6mA,MAX9503为12mA；

④　PQ：MAX9502为17.5mW,OPA360为19.8mW,MAX9503为39.6mW；

⑤输出方式：MAX9502为正向直流偏置,OPA360为负向直流偏置,MAX9503为DirectDrive技术。

其平均功耗的定义是视频滤波放大器以50％平均视频信号驱动150Ω对地负载时的功耗。50％平均信号作为典型的视频信号，在电视上显示为灰屏(PL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PQ差别很大，平均功耗却非常接近。

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。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。

OPA360的输出可以配合SAG网络工作，它由两个交流耦合电容组成，见图2所示。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人维持输出偏置的电流，从而降低了功耗。为此从OPA360技术特征中可知。

图2 OPA360的输出可以配合SAG网络工作示意图

3.2 OPA360芯片有效降低功耗的技术特征

新型3V视频放大器可增强视频输出性能并缩减板级空间。该视频放大器系列在其小巧的SC70封装中提供了高层次的特色／集成。倚仗其的集成关断功能、6db双极点低通滤波器及SAG校正，低功耗视频设备在缩减成本和板级空间的同时更提升了其视频性能。SAG校正的运用使得能够将输出耦合电容器从一个较大的470μF电容器改换成两个数值较小的电容器，见图2所示，从而使外形尺寸和成本得以大大缩减。50mV电平转换器允许输出DC耦合，并不产生削波失真，从而在5mm2的总体解决方案面积内实现了最佳的视频性能。

从图2可知，对于50％平均信号，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。其OPA360芯片主要特点为：
①卓越的视频性能：0.5dB增益平坦度为35MHz,差分增益为0.02％，差分相位为0．05º；
②单位增益带宽为5MHz；
③高回转速率：100V／μs；
④输入范围包括地；
⑤轨至轨输出；
⑥低功耗6mA{开启时)，2。5μA(停机时)；
⑦单电源工作范围：2．7Vto3．3V；
⑧封装型式：微型封装SC70。

OPA360可在数码相机、带视频功能的移动电话、便携式媒体播放机、机顶盒视频滤波器、及数字电视上获得应用。

3.3利用Maxim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。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PQ，但由于PL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。