视频滤波器（视频滤波器在频谱仪中有什么作用）

本文目录一览：

• 1、频谱分析仪是如何工作的？
• 2、FMS的构建及原理
• 3、RBW,VBW是什么意思?

频谱分析仪是如何工作的？

频域测量与时域测量

示波器在时域测得近似方波的信号，经过傅里叶变换被分解为基波和高达11次奇次谐波。当用频谱分析仪从频域观察时。能够识别出所有频率组成。时域和频域是从不同角度对同腔渗一个信号的描述。

频谱分析仪的工作原理就像一个宽带接收机，宽带范围从几十kHz或几十MHz开始。接收机的功能是将输入信号的频率转换为检测回路能处理的频段。宽带接收机包括一个混频器、一个本机振荡器（LO）和一个带通滤波器。本机振荡器产生一个混频振荡信号。混伍樱脊频器将输入信号与本机振荡器产生的信号混合在一起，总信号就包括两种信号的和与差，两信号之差称为中频（IF），它是检测回路使用的部分信号。带通滤波器滤掉信号中不需要的成分，然后将仅留下的IF传到检测和显示单元。

频谱分析仪本质上是一个宽带接收机，因此需要不只一次的频率转换，次数由频率范围、频率分辨率和RBW滤波器决定。

1、衰减器

将衰减器置于射频输入路径，扩宽了输入信号电平的动态范围或对频谱分析仪增添了更多的输入保护。

衰减器将来自混频器（RF中部）的信号电平限制在一定范围内，如果输入信号超过参考电平，将会引起测量误差或伪噪声。这就是为什么某些频谱分析仪会在特定信号条件下列出仪器规格，包括混频器中具体的信号电平。

2、分辨率滤波器

当输入信号频率转换为更低频带并滤入检测和显示单元时，为了区分频率接近的信号，会用到RBW（分辨率带宽）滤波器。

在不同分辨率带宽下，RBW滤波器如何区分两种信号？将两个等幅信号通过两种RBW滤波器滤波，其中RBW1的分辨率优于RBW2，当通过较窄RBW1滤波器时，能清晰分辨出两种信号，但是通过较宽RBW2滤波器时，结果就不如RBW1。可以预测到，如果RBW2的分辨率带宽更宽，我们甚至会将结果误认为是一个信号。当两个信号的频率十分接近时，这种情况就会发生。另一种情况是，当两个信号的幅值差距很大，RBW1仍能够检测到较小信号，但是RBW2却不能，如下图所示，所以这些滤波器又称为分辨率滤波器。

3、检波器

RBW滤波之后，检波器能够检测能量并将其转换成直流电压。显示单元利用该直流电压描绘频谱分布。

4、视频滤波器

在直流电压进入显示单元之前，需要将检波器产生的噪声压缩，这个滤波器称为视频滤波器，它的带宽称为VBW。

视频滤波器也作为后置滤波器，VBW会对显示输出产生影响。如果待测信号通过两个VBW滤波器，其中VBW1小于VBW2，结果显示VBW2的底噪要比VBW1大，换句话说，视频滤波器将底噪平均了。但要注意的是，底噪电平并没有改变，VBW滤波器仅平均噪声电平，并不影响信号底噪的总体幅值。

5、扫描时间

上述内容介绍了频谱分析仪的基本结构，而且对颂培RBW和VBW也作了详细解释。一般来说，扫描时间与频谱分析仪的频率分辨率成反比。扫描时间越快，解析度越低（RBW、VBW越宽）；扫描时间越慢，解析度越高（RBW、VBW越窄）。因此如果选择较窄的RBW或VBW，显示信号的时间就会变长。这就意味着RBW和VBW越窄，扫描时间越长。对于RBW/VBW扫描时间，绝大多数频谱仪都具有自动和手动选择模式。自动模式权衡了频宽、RBW、VBW和扫描时间，通常能获取最好的结合。

FMS的构建及原理

本文介绍飞兆半导体新近推出的FMS6403单芯片视频滤波器的特点、功能及工作原理。通过典型应用电路，论述了FMS6403的功耗及内部温升的计算方法，以及高频电路设计应注意的问题。

FMS6403是飞兆半导体公司针对电视、机顶盒和DVD播放机对扩展滤波器的需要而设计的新一代滤波器，具有逐行扫描能力。它由三个截止频率分别为30MHz、15MHz和8MHz的6阶滤波器构成。这些滤波器可旁路，这样带宽只受输出放大器的限制。

图1：FMS6403功能框图。

在每个滤波器通道都有一个2:1多路器。这三个滤波器都用于YPbPr和RGB信号。根据RGB_SEL控制输入设置直流箝位电平。当RGB同步脉冲顶部都箝位到250mV时，YPbPr同步脉冲顶部分别被箝位到250mV、1.125V和1.125V。同步箝位时序来自Y/G输入或外部SYNC_IN引脚。8MHz和15MHz滤波器设置支持双电平同步，而30MHz滤波器设置和旁路模式支持三电平同步。所有通道都接受交流耦合1Vpp信号。增益可选0dB或6dB，这样在1Vpp输入时，输出信号在负载为交流或直流耦合时，可达到1Vpp或2Vpp。输入信号最大为1.5Vpp，输出信号最大为2.5Vpp。

FMS6403具有以下特征：三组视频反锯齿或重构滤波器；针对YPbPr和RGB信号输入的2:1混合输入；支持D1、D2、D3和D4视频D型连接器(EIAJ CP-4120)；可选8MHz/15MHz/30MHz6阶滤波器以及旁路模式；与SD(480i)、PS(480p)及HD(1080i/720p)兼容；包括DC恢复/偏置电路的交流耦合输入；所有输出都能驱动交流或直流75Ω负载，增益为0dB或6dB；微分增益为0.40%，微分相位为0.25°；无铅TSSOP-20封装。FMS6403主要用于逐行扫描(PS)、线缆机顶盒、家庭影院、卫星机顶盒、DVD播放机、高清晰度电视(HDTV)、个人录像机(PVR)和视频点播(VOD)等视频应用领域。

图2：双电平同步脉冲箝位和偏置。

FMS6403的功能及工作原理

FMS6403可进行全面的滤波，其三个通道均可选择滤波，截止频率都可在30MHz、15MHz和8MHz之间选择。另外，滤波器还可以旁路，应用在宽带场合。FMS6403可使消费类设备在使用同一硬件情况下支持多种分辨率。其功能原理如图1所示。 各通道的多路器输入都由IN2_SEL引脚控制。用RGB_SEL引脚设置YPbPr或RGB用的同步脉冲顶部的箝位电压返塌。三个通道都被设置成250mV同步脉冲以减少RGB输入的直流耦合功耗。低输出偏压对PbPr输出不合适，所以对于YPbPr输入，这些信号被箝位在1.125V，山燃而Y仍箝位在250mV。通过在同步期间施加所需要的直流偏压来设置同步脉冲箝位电压。对Y/G端没有同步脉冲的系统，提供外部同步输入。

如果一个输入Y/G信号有同步信号，而另一个Y/G输入没有，可将PCB上的IN2_SEL引脚和EXT_SYNC引脚控制输入接在一起，用输入源控制同步源。依FSEL[1:0]端输入的不同，Y/G输入和SYNC_IN分别支持标准清晰度(双电平)和高清晰度(三电平)同步输入。

在同步脉冲期间，可以施加信号，使标准清晰度(480i)和逐行(480p)信号箝位在所需要的电压。对于带有同步脉冲的信号，同步脉冲顶部被强制在箝位电压(典型值为250mV)。对高清晰度同步脉冲(三电平同步)，因同步脉冲顶部持续时间太短，不能用这种方法。为了精确箝位HD信号，同步脉冲启动定时器，随即将其箝位在同步脉冲后的消隐电平。如漏唯圆果同步脉冲的幅度是300mV，该脉冲顶部一般仍被设置为250mV。

三个输出都由带有0dB或+6dB的可选择增益放大器驱动。用0dB_SEL引脚设置增益，当增益设置为6dB时，对于1Vpp的输入，这些放大器能将两个终端视频负载(75Ω)驱动到2Vpp。输入范围限制在1.5Vpp，输出范围限制在2.5Vpp。此外，必须将所有的控制输入驱动必须为高电平或低电平，不能悬空。

FMS6403能完全从包含同步信号的视频信号中恢复同步时序。如果Y输入视频信号不包含同步信号，FMS6403可用在外部同步模式下。当FMS6403用于外部同步模式(此时，EXT_SYNC引脚为高电平)，SYNC_IN引脚必须输入脉冲信号。如果没有视频信号，也就没有同步信号，但SYNC_IN引脚仍然必须要有输入。当在视频输入端没有视频信号时，SYNC_IN可作为每60μs一个的同步脉冲，来模拟正常视频信号中最缓慢的同步信号。

SD和PS视频同步处理

由于视频平均直流电平随图像容量而变化，所以FMS6403必须控制交流耦合输入信号的直流补偿。如果输入补偿漂移，则会超出放大器共模输入范围，导致失真。直流补偿调整也叫箝位，有时也称偏压，必须在每一视频行期间的正确时刻进行，最佳时刻是在同步脉冲期间，因为此时输入电压最低。同步脉冲顶部的持续时间很长，足够逐行补偿直流偏差，所以这种方法对于480i和480p信号非常合适。图2是同步脉冲期间给输入端加电流，调整同步脉冲顶部直流补偿的例子，其中同步脉冲顶部被箝位在近250mV。有些有对称电压范围(±350mV)的信号，如Pb和Pr，箝位在近1.125V。

图3：三电平消隐箝位。

在某些情况下，同步电压可被压缩到低于300mV正常值。FMS6403能成功得到高于100mV(压缩到正常值的33%)的SD和PS同步信号。

FMS6403能从含有同步信号的亮度和绿信号中恢复同步时序。如果视频信号都不包含同步信号，可将EXT_SYNC控制输入设置为高电平，同时必须在SYNC_IN引脚输入外同步信号，详细说明请参考“外部信号”部分。

HD和旁路模式视频同步

当输入是高清晰度信号时，三电平同步脉冲太短，无法进行正确箝位。这时，不要在同步脉冲期间箝位，可以定位同步脉冲，将信号箝位在消隐电平。这一过程可通过下列方式进行：对于同步脉冲顶部幅度为300mV的信号，仍将同步脉冲顶部设置为大约250mV。EXT_SYNC控制输入选择同步分离输出或用箝位电路的SYNC_IN引脚。

对于HD信号，箝位有效时，SYNC_IN信号为高电平。这一过程紧接在同步脉冲之后，此时信号处于消隐电平，其工作过程如图3所示。

同步时序

一般地，FMS6403响应双电平同步，如图4(a)，在B时间段箝位同步脉冲顶部。当滤波器转换到高清晰度(30MHz)或旁路模式时，同步处理响应三电平同步，如图4(b)中的C时间段所示，箝位到消隐电平。

对三电平同步脉冲定位，使在垂直间隔中的帧同步脉冲不触发箝位。为了提高系统上电时的稳定性，将帧同步脉冲箝位到略高于地电平。一旦帧同步脉冲(以及三电平同步脉冲)高于地电平，正常的箝位过程开始，并箝位到消隐电平，如图5(b)中C段示。

FMS6403的应用实例

图5是FMS6403用于视频信号处理的典型滤波电路，图中列出了FMS6403外围元件参数选取值。下面从输入电路、输出驱动等方面做一简单介绍。

输入电路

正常工作情况下，FMS6403中的直流恢复电路要求源阻抗Eq1不大于150Ω。高阻抗源(如负载为330Ω的DAC)驱动FMS6403不是最佳选择。详细内容参看图6典型应用电路图。

输出驱动

按设计要求，FMS6403在输出电流典型值小于60mA下工作，足够满足双(75Ω)视频负载。内部放大器电流限制到大约100mA，应能承受短暂的电路短路，不过，生产商对此能力不予保证。

图4：同步时序。(a)双电平(b)三电平

各输入均能维持1.5Vpp的最大限定输入电压。当输入被箝位在1.125V时，输出信号没有意义。对于6dB的增益，输出应该是1.125V±1.5V，因为输出不能驱动低于地电平的电压，所以这种情况是不可能发生的。这种情况虽不会损坏零件，但输出将被限幅。对箝位在250mV的信号，则不会发生这种情况。在SYNC(Pb和Pr)期间，对处于其中间幅度的信号，必须箝位在1.125V，而对处于最低的信号，必须箝位在250mV才能正常工作。

图6所示的典型应用电路图中，150Ω终端负载与220μF电容器构成高通滤波器，阻止直流通过而使视频频率通过，且避免倾斜。低于220μF的电容值都会产生如视频倾斜等问题。提高电容值，如470μF~1000μF是最佳的输出耦合电容值。耦合后，平均直流电平为0，所以，所有通道的输出电压将以0为中心摆动。

同步恢复

一般地，FMS6403可得到幅度大于100mV(相对于正常的300mV幅度，压缩33%)的双电平同步。FMS6403寻找最低的信号电压，在输出端将其箝位到大约250mV。

正常工作情况下，三电平同步压缩比不能大于5%(15mV)。通过找边沿及运行定时器定位三电平同步脉冲，来实现在消隐脉冲后肩持续时间期间箝位。对双电平同步恢复，选择8MHz或15MHz滤波器。对三电平同步恢复，选择30MHz滤波器或旁路模式。双电平和双电平同步恢复不可互换。

关于功耗

计算总功耗时，必须考虑FMS6403的输出驱动配置。注意不能超过管芯结温最大值。下面举例说明FMS6403的功耗和内部温升的计算方法。

式(1)中，Eq3 (2)

这里，Eq4，Eq5，Eq6，Vin是输入信号的均方根值Icc = 90mA，

Vs = 5V，RL是通道负载阻抗。

电路板的布局也会影响热特性，详情参看“电路布局注意事项”部分。FMS6403的输出工作电流一般应小于60mA，对于单视频负载(150Ω)，该值足以满足要求。内部放大器最大电流限制在100mA，应能承受短时间的电路短路，不过生产商不保证此能力。

图5：典型应用电路。

电路布局注意事项

总体布局和电源旁路对高频性能和热特性影响很大。FMS6403DEMO是飞兆半导体公司提供的演示板，在电路布局、器件测试和特性分析时可参考。FMS6403DEMO电路板有4层，含有所有电源和接地板。对高频布局，最好按照下列原则设计。

包括10μF和0.1μF陶瓷旁路电容器；10μF电容器距电源引脚应小于0.75英寸；0.1μF电容器距电源引脚应小于0.1英寸；所有外部地引脚尽可能紧密连在一起，最好是在外壳下用一块大的地线板；设计通道连接，减少相互间的迹线感应；尽可能减小迹线长度，从而减少串联感应。如果迹线穿过板，应选择器件位置，使使较长的迹线在输入端，而不在输出端。如果用多个低阻抗直流耦合输出，则需特殊设计以利于散热。

对于双层电路板，直接在设备的下方及电路板的底部放一块0.5~1英寸(1.27cm~2.54cm)的正方形地线板。用多孔连接地线板。对于多层电路板，可借助于通过孔连接的附加板以改善散热性能。

对于每个输出通道，最坏情况下，由于直流负载的影响带来的额外管芯功率估计有Vcc2/4Rload(假设直流输出电压Vcc2是一个常量)，如Vcc2=5V，对双直流视频负载，则每通道额外功率是25/(4×75)=83mW。

综上所述，FMS6403单芯片视频滤波器具有功能全面、通用性高和尺寸小巧等特点，使设计节省空间，兼容性很好，将会受到业界各大DVD、机顶盒及高清晰度电视制造商的青睐，市场前景看好。

RBW,VBW是什么意思?

VBW，视频带宽，表示测试的精度，越小精度越高，如将VBW设为100KHz，表示每隔100KHz取一个样测试其电平，因此可以看到VBW设置越小其测试曲线越光滑。

VBW是峰值检波后滤波器带宽，主要是使测试信号更加薯顷圆滑。也是3dB带宽。别的厂家有6dB带宽的。

RBW，分辨率带宽，有人也叫参考带宽，表示数培陆测试的是多大带宽的功率，如测试一GSM 2W干放满功率单载波输出时，RBW设为100KHz时测得30dBm，设为200KHz测得33dBm。

扩展资料：

视频带宽反映的是频谱分析仪接收机中位于包络检波器之后的视频滤波器的中誉带宽。这种滤波器也影响显示的噪声，但与分辨带宽的方式不同。在视频滤波器中，噪声的平均电平保持不变但噪声的变化减少。因此，视频滤波器的作用是“平滑”信号的噪声。

频谱仪显示的结果是噪声基底压缩为一条单薄的线迹，而线迹的位置保持不变。因此，改变VBW不能改善灵敏度，但在测量小功率信号时，VBW改善了识别能力和再现性，其测试曲线更加光滑，但扫描时间也相应增加。

参考资料来源：百度百科-RBW

参考资料来源：百度百科-视频带宽

关键词：视频滤波器 带通滤波器