개요: 아날로그 비디오 필터링은 CCTV, 보안 카메라, 디지털 스틸 카메라(DSC), 디지털 비디오 캠코더(DVC)와 같은 비디오 카메라 애플리케이션의 출력단에 사용된다. 제품의 크기와 전력이 줄어듦에 따라 설계자는 개별 솔루션보다는 여러 가지 기능이 통합된 원 칩 솔루션으로 이동하고 있다. 본문에서는 비디오 카메라 마켓에서 인기 있는 몇 가지 DAC의 필터 앰프 구성에 대해 설명하며, 광범위한 비디오 애플리케이션 요구사항을 만족하는 Maxim의 다양한 통합 비디오 필터 앰프에 대한 손쉬운 가이드를 제공한다.
대부분의 비디오 시스템은 비디오 인코더의 비디오 출력 라인에 저역통과 필터가 포함되어 있다. 이 필터는 고주파 잡음을 제거하고 비디오 디지털-아날로그 컨버터(DAC)에서 출력되는 상승/하강 에지 비디오 신호를 없애준다. 이전에는 개별 수동 필터가 이러한 구성에서 사용되었다. 그러나 오늘날의 비디오 서브시스템 대부분은 비디오 DAC 다음에 통합 필터 앰프가 있어서 비디오 신호를 필터링하고 증폭시킨다. 이 글에서는 광범위한 비디오 애플리케이션의 요구사항을 충족하는 Maxim의 다양한 통합 비디오 필터 앰프를 자세히 살펴본다.
비디오 카메라 애플리케이션에서는 비디오 DAC가 출력하는 가장 일반적인 신호가 컴포지트 비디오 블랭킹 및 싱크(CVBS)와 휘도/색차(Y/C) 신호이다. 예 1 ~ 8에 자세히 설명되어 있는 여덟 개의 필터 앰프 구성은 DAC 출력에서 신호의 DC 레벨, 신호 진폭, 그리고 비디오 신호의 AC 또는 DC 커플링의 서로 다른 조합으로 구성된다. 통합 비디오 필터에 가장 많이 사용되는 전원 레일은 5V 또는 3.3V이다. 그렇지만 최저 전력이 요구되는 애플리케이션(예 6과 7)의 비디오 필터 앰프는 1.8V나 2.5V 전원을 사용한다. 이 저전력 장치에 사용되는 특정 필터 앰프(MAX9509)는 Maxim의 특허 기술인 DirectDrive® 기술†을 사용하여 8V/V의 내부 고정 이득으로 2VP-P 비디오 신호를 전달한다.
다음 여덟 개의 구성에는 몇 가지 공통된 특징이 있다. 모든 출력이 75Ω 부하에서 측정된다. 따라서 출력 그래프에 1VP-P이 표시되면 통합 필터 앰프의 출력은 2VP-P이 된다. 그리고 75% TV NTSC 컬러 바 신호(color-bar)가 모든 필터 예의 소스로 사용된다.
예 1에서는 비디오 DAC의 출력이 재구성 필터를 통해 MAX9502G 비디오 앰프와 연결된다. DAC 비디오 신호 출력이 바이어스되어 싱크 팁이 거의 접지된다. MAX9502G는 이 신호를 필터링하고 부스트한 다음 2VP-P, DC 바이어스 신호를 전달한다. MAX9502G 출력도 바이어스되며 그 싱크 팁은 접지보다 높은 약 300mV이다. 이 싱크 팁 값은 출력에서 75Ω 분배기 설정 때문에 이 부하에서 150mW로 바뀐다. 고도로 통합된 솔루션인 MAX9502G는 보드 면적을 거의 차지하지 않아 대부분의 휴대용 시스템 설계에서 공간을 절약할 수 있다.
예 2에서는 비디오 DAC가 AC 커플링된 비디오 신호를 MAX9586 비디오 필터 앰프로 전달한다. 이것은 신호가 AC 커플링이어야 하고 싱크 팁을 접지보다 낮게 위치시켜야 하는 단일 전원 애플리케이션에 좋은 솔루션이다. 그러나 비디오 출력의 AC 커플링 때문에 블랙 레벨이 접지되지 않는다. 그 대신 비디오 신호의 종류가 바뀌면 블랙 레벨도 바뀐다. MAX9586은 DC 커플링된 비디오 부하 2개 또는 AC 커플링된 150Ω 부하 한 개를 구동시킬 수 있다.
예 3은 예 1과 매우 유사하다. DAC가 0.5VP-P, DC 바이어스 신호만 출력할 수 있다는 점만 다르다. MAX9502M은 12dB 고정 이득 때문에 이러한 경우에 적합한 솔루션이다. 부하의 비디오 신호는 DC 오프셋이 있고 싱크 팁은 접지보다 높은 약 150mV이다. 그리고 DAC 비디오 신호 출력은 접지보다 높아야 한다. MAX9502M은 150Ω 부하에 2VP-P 비디오 신호로 구동시킬 수 있다.
예 4는 흥미로운 구성이다. 특정 애플리케이션에서는 DAC가 Y와 C를 모두 제공하지만 예 4 설계에는 단 한 개의 출력 라인만 있다. 이 출력은 summer (combiner) 회로를 사용하여 CVBS 신호를 생성할 수 있도록 CVBS 신호와 Y 신호를 선택할 수 있어야 한다. 동일한 출력 라인에서 두 신호를 모두 제공하고 적절한 시점에 이 둘을 전환하기는 어렵다. 이 작업은 주로 출력 라인에 2:1 멀티플렉서를 구현하여 시행된다. 다행히도 이 예에서 사용된 MAX9524 비디오 필터 앰프에는 2:1 멀티플렉서로 설정할 수 있는 통합 아날로그 단극 스위치 두 개가 내장되어 있다. 이 단일 통합 칩은 적절한 입력을 선택하고 이 입력을 필터링-증폭할 수 있기 때문에 매우 유용하다. Y와 C가 합산되기 때문에 DC 레벨은 알 수 없다. 따라서 비디오 신호는 필터 앰프 전에 AC 커플링되어야 한다. AC 커플링 커패시터 다음에 오는 클램프 회로로 바이어스 레벨을 설정한다.
설계자들은 CVBS 신호를 생성하는 combiner 회로에 주의해야 한다. DAC의 전압 규격 준수 레벨 뿐 아니라 Y와 C의 DC 오프셋 레벨까지 세심하게 고려해야 한다. 각 신호의 DC 바이어스 레벨에 따라 Y와 C를 직접 연결하면 DAC의 전압 규격 준수 범위를 넘어서는 확장된 CVBS 신호를 생성할 수도 있다.
MAX9512에 네 개의 개별 출력 채널이 있다는 점에서 예 5는 다중 비디오 출력 설계에 적합하다. 이 소자에는 Y/C-CVBS 믹서가 내장되어 있어 Y와 C로부터 컴포지트 비디오 신호를 생성한다. 각 출력은 두 개의 DC 커플링된 비디오 부하 또는 AC 커플링된 150Ω 부하를 구동시킬 수 있다. 이 칩에는 또한 입력 신호나 출력 부하를 검출하여 그에 따라 서로 다른 앰프를 켜거나 꺼서 전력 소비량을 줄이는 Maxim의 SmartSleep 회로‡도 있다. 이 구성은 두 개의 CVBS 출력 뿐만 아니라 S-비디오 출력을 제공할 때도 널리 사용할 수 있다.
예 6은 MAX9509를 활용하여 전력 소비량을 최소화한다. MAX9509는 1.8V 단일 전원으로 동작하며 평균 11.7mW의 전력을 소비한다. 이 구성의 다른 장점은 블랙 레벨이 거의 접지 수준이어서 출력에 대형 커플링 커패시터가 필요 없고, 비디오 신호 종류와 상관 없이 비디오 신호가 -300mV와 +700mV 사이라는 것이다. 앰프의 내부 고정 이득은 8V/V이기 때문에 DAC 출력의 진폭은 0.25VP-P여야 한다. 이 크기는 모든 유형의 DAC 출력에서 종단 저항 값을 바꾸면 쉽게 얻을 수 있다.
특정 애플리케이션은 DAC 출력에서 Y와 C 신호만 가능하지만, 그럼에도 CVBS 신호를 제공해야 한다. 이런 상황에서 일반적인 솔루션은 원하는 출력 신호를 생성하기 위해 combiner 회로를 사용한다. 이 일반적인 솔루션은 예 4의 combiner 회로와 비슷하지만 원하는 CVBS의 진폭이 0.25VP-P밖에 안되기 때문에 전압 규격 준수 레벨을 맞추는 것이 가능하다. 통상적인 DAC 출력이 1VP-P일 경우 DAC에서 종단 저항 값을 바꾸면 0.25VP-P의 진폭을 쉽게 구현할 수 있다.
예 7은 초저 전력 애플리케이션에 적합한 필터링-증폭 솔루션을 보여준다. 설계자는 DAC 출력에서 종단 저항을 점진적으로 낮추어 적절한 진폭(0.25VP-P)을 얻을 수 있다. DC 바이어스 레벨을 알 수 없기 때문에 (신호와 combiner 회로에 따라 다르므로) 신호를 MAX9509로 AC 커플링 해야한다. 싱크 팁 클램프 레벨은 입력에서 신호를 적절하게 바꾸어준다. 필터-앰프의 DirectDrive 기능 덕분에 앰프 출력의 블랙 레벨은 거의 접지에 가깝다. 이 때문에 출력에 대형 커플링 커패시터가 필요 없다. 따라서 MAX9509는 2VP-P 비디오 신호를 150Ω 부하로 구동할 수 있다.
두 개의 비디오 출력 신호가 필요한 애플리케이션(예: S-비디오)의 경우, MAX9583 2채널 비디오 필터 앰프가 예 8에 나오는 콤팩트 솔루션을 제공한다. MAX9583은 내부 고정 이득이 2V/V이기 때문에 출력이 1VP-P인 DAC에 적합하다. 이 소자의 출력은 AC 커플링된 150Ω 부하 한 개 또는 DC 커플링된 비디오 부하 두 개를 구동할 수 있다. 비디오 신호의 AC 커플링은 DC 오프셋이 필요 없기 때문에 비디오 종류가 달라지면 블랙 레벨도 달라진다.
결론
이 글은 요즘 비디오 카메라 애플리케이션에서 가장 일반적으로 볼 수 있는 구성에 초점을 맞춘 것이다. CVBS와 Y/C는 이러한 애플리케이션에서 가장 흔한 출력 신호이다. 드물지만 일부 고급 장비에서는 비디오 신호가 표준 화질(SD)이거나 고화질(HD)이거나 상관 없이 YPbPr 출력을 볼 수 있다. 이 글에서는 이렇게 드문 애플리케이션을 다루지 않지만 설계자들은 이용 가능한 통합 솔루션이 있다는 점을 알아야 한다.
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