Home
Accesso / Registrazione
 di 

Aumentare la lunghezza del cavo in applicazioni video di precisione

Aumentare la lunghezza del cavo in applicazioni video di precisione

Aumentare la lunghezza del cavo di precisione in applicazioni video è un problema? Questo articolo vi aiuterà!

La soluzione descritta in questo articolo propone come un ambiente fisico l'uso di un semplice cavo multi coppia intrecciato; in aggiunta al suo basso prezzo (rispetto al cavo coassiale schermato) è anche dotato di un peso molto più piccolo, che talvolta diventa un elemento critico nella progettazione, in particolare per esempio, in ambienti automotive, dove il peso del cavo costituisce la maggior percentuale della massa di un auto.

Normalmente la configurazione regolare di un sistema che trasmette un video consiste di un amplificatore di uscita (che o amplifica o agisce come un semplice ripetitore) montato nella parte del sistema che genera il segnale video, collegato tramite un cavo coassiale schermato per la parte del ricevitore del sistema. Nel ricevitore il segnale viene filtrato, poi amplificato di nuovo e alimentato il display o forse un’unità di elaborazione di un video (come il DSP).

Configurazione normale per trasmettere un video su cavo coassiale
Figura 1 - Configurazione normale per trasmettere un video su cavo coassiale

Come menzionato sopra, usare questa configurazione ha un impatto significativo sia sul prezzo sia sul peso del sistema. Una soluzione molto più vantaggiosa da questi punti di vista può essere l'utilizzo di un amplificatore differenziale che trasmette di lato, che sarebbe quindi in grado di conferire un buon grado di immunità al segnale video in relazione alle influenze esterne.

Il Driver Video è mostrato nella figura 2. Converte un segnale di ingresso single-ended da una fotocamera o un lettore DVD in un segnale differenziale che muove il cavo multi-coppia intrecciato. L'ingresso riceve un segnale video composito NTSC con ampiezza di 1Vpp e l’uscita muove la coppia intrecciata con un segnale differenziale di 2VPP. Una resistenza di 50Ω è in serie con le uscite di entrambi gli amplificatori operazionali, che fanno corrispondere la resistenza del driver video di uscita con la caratteristica impedenza della coppia intrecciata.

Due polarità forniscono il trasmettitore differenziale
Figura 2 - Due polarità forniscono il trasmettitore differenziale

Aumentare la lunghezza del cavo in applicazioni video di precisione

Nel circuito del ricevitore nella Figura 3, l’R16 è regolato in modo che l’aumento generale del sistema è l'unità (l'aumento dell’ultimo amplificatore operazionale è superiore a uno per compensare la perdita di segnale). C1 e R14 forniscono una funzione zero-polo che compensa con l'attenuazione dei più alti segnali di frequenza nei cavi a coppia intrecciata.

Figure 3 – Ricevitore differenziale con alimentazione a due polarità
Figura 3 - Ricevitore differenziale con alimentazione a due polarità

E’ una buona soluzione; tuttavia, il suo principale svantaggio è che ha bisogno di alimentazione di energia negativa. La maggior parte dei sistemi digitali non include tale alimentazione, in quanto generalmente non vi è alcuna necessità e l'introduzione di essa solo con lo scopo di trasmettere il video potrebbe rivelarsi controproduttiva, per il prezzo aggiuntivo richiesto da una alimentazione negativa sia nel ricevitore e sia nel trasmettitore video.

Questi svantaggi possono essere eliminati con la configurazione di una singola alimentazione. Si affronterà in dettaglio questa architettura, in quanto è più realistica e coinvolge solo le componenti comuni (componenti discreti e amplificatori operazionali). In sostanza, ciò che deve essere fatto è generare due segnali "differenziali". Sono differenziali nei confronti di alcune tensioni positive specifiche, che in genere possono essere composte per metà dalla tensione di alimentazione dell’amplificatore operativo per consentire l’utilizzo in pieno della caratteristica lineare che la maggior parte degli amplificatori operazionali ha a VDD/2.

Come tale, il driver video nella Figura 4 svolge un’operazione sia di somma sia di sottrazione. L’amplificatore superiore aggiunge il segnale video ad una tensione costante, chiamata VBIAS, e quello inferiore sottrae il segnale video dalla stessa tensione costante producendo due segnali differenziali che saranno utilizzati dal ricevitore per ricostruire l'originale segnale video.

 Trasmettitore differenziale con alimentazione singola
Figure 4 - Trasmettitore differenziale con alimentazione singola

Le due resistenze da 50 ohm sono utilizzate per l’adattamento di impedenza con il ricevitore video. Tutte le altre resistenze sono usate per implementare le due operazioni aritmetiche con gli amplificatori. Generalmente, con buoni risultati, questi dovrebbero avere una tolleranza dell’1% o anche meno (0,1% è preferito).

Le forme d'onda comune del segnale video NTSC vengono indicate sotto (corrispondenti all’incirca ad una barra colore, ma solo con le informazioni della luminanza).

Barra colore NTSC della luminanza
Figura 5 – Barra colore NTSC della luminanza

Come detto, la finalità del circuito di cui sopra è quello di trasformare questo segnale in due segnali che sono simmetrici rispetto alla tensione VBIAS, che in questo caso particolare è 1.65V o esattamente la metà della tensione di alimentazione degli amplificatori. Si può generare facilmente la tensione VBIAS con un semplice divisore di tensione da una tensione di alimentazione di 3.3V seguita da un semplice amplificatore ripetitore. Quest’ultimo può essere saltato se si usano piccole resistenze per generare la tensione di polarizzazione, ma questo inciderà negativamente sul consumo di corrente del circuito globale.

Segnali simmetrici trasmessi su cavi a multi-coppia intrecciata
Figura 6 – Segnali simmetrici trasmessi su cavi a multi-coppia intrecciata

La traccia verde illustra l’uscita dell’amplificatore superiore, quella rossa l’uscita di quello inferiore e, come possiamo vedere, la 1.65V (traccia blu) è esattamente tra di loro. I segnali "verde" e "rosso" sono quelli alimentati dal ricevitore video, utilizzando cavi multi-coppia intrecciati. La loro configurazione simmetrica li rende inoltre immuni al rumore esterno della tensione, poiché l’amplificatore differenziale (Figura 7) che si trova nel trasmettitore video fa la differenza sottraendo il segnale rosso dal segnale verde. Così, come in ogni caso di trasmissione del segnale differenziale, le influenze della tensione esterna saranno annullate.

Ricevitore differenziale con alimentazione singola
Figura 7- Ricevitore differenziale con alimentazione singola

Oltre a fare la differenza, l’amplificatore differenziale ricevente ha anche bisogno di effettuare una sorta di amplificazione in modo che l’aumento totale sarà (di nuovo) l’unità. Questa viene realizzata semplicemente con poche resistenze sull’amplificatore, resistenze che ancora una volta, devono avere almeno l'1% di tolleranza. La figura 8 illustra la ricostruzione del segnale video contro l'iniziale segnale video single-ended che è stato alimentato dalla struttura differenziale nella Figura 4.

Conclusioni
I circuiti nella Figura 4 e Figura 7 trasmettono e ricevono segnali video NTSC sul cavo multi-coppia intrecciato. Sono stati progettati e collaudati per la trasmissione sul cavo multi-coppia intrecciato CAT-3. Anche quando trasmette con un cavo di 300m, si visualizzerà un video colore di buona qualità su un monitor con un ingresso NTSC. Entrambi i circuiti di trasmissione e ricezione usano l’amplificatore dual LMH6643 che ha una larghezza di banda e uno slew rate ottimali per questa applicazione.

Leggi la versione inglese: Increasing cable length in precision video applications

 

 

Scrivi un commento all'articolo esprimendo la tua opinione sul tema, chiedendo eventuali spiegazioni e/o approfondimenti e contribuendo allo sviluppo dell'argomento proposto. Verranno accettati solo commenti a tema con l'argomento dell'articolo stesso. Commenti NON a tema dovranno essere necessariamente inseriti nel Forum creando un "nuovo argomento di discussione". Per commentare devi accedere al Blog
ritratto di Fabrizio87

è un ottimo articolo, ma ci

è un ottimo articolo,

ma ci sono due cose da ridire in Europa si usa il sistema PAL e non NTSC
è solo un'articolo di approfondimento quindi per la teoria,

e ormai più passa il tempo e i segnali video sono trasportati in digitale con HDMI

ritratto di mingoweb

Si certo è vero quello che

Si certo è vero quello che dici... Questo articolo serve più che altro ad uno scopo didattico per capire il funzionamento!

ritratto di sorex

Non è teoria ma un sistema

Non è teoria ma un sistema ampiamente utilizzato nella pratica.
Si tratta sostanzialmente di traformare un segnale analogico sbilanciato in uno bilanciato per poterlo trasportare attraverso un cavo twistato.
Questa tecnica consente di utilizzare cavi con lunghezze di diverse centinaia di metri.

ritratto di Fabrizio87

questo procedimento come

questo procedimento come tutti procedimenti analogici tenderanno a sparire al profitto di sistemi digitali,

e meglio ancora sistemi con protocolli di comunicazione basati su IP/TCP dove la connessione fisica poco importa di che tipo sia e di che distanza si trovano tra la sorgente e destinataria

ritratto di Alex87ai

E' un articolo interessante

E' un articolo interessante dal punto di vista didattico ma anche pratico. In effetti, è la medesima tecnica che si adopera per la trasmissione analogica di segnali audio hi-fi su tratte di cavo twistato lunghe centinaia di metri. Ma volendoci svincolare dalla mera applicazione anaologica, la tecnica di trasmissione differenziale è ampiamente utilizzata anche per le trasmissioni di segnali digitali ad alta frequenza e a bassi valori di tensione (VLDS) dove l'insorgere di fenomeni di crosstalk o le interferenze di modo comune sovrapposte al segnale utile possono compromettere l'intellegibilità del singolo bit inviato.

 

 

Login   
 Twitter Facebook LinkedIn Youtube Google RSS

Ultimi Commenti