视频同步分离芯片的设计与仿真

在视频信号处理中，同步信号分离电路要保证正确地重现发送端的图像，接收端与发送端的扫描点(像素)在时间和屏幕上一对应很重要。因此，若要正确显示所接收到的信号，就必须准确分离出各种同步信号，并确保各种信号的逻辑关系。

引言

本文设计的视频信号同步分离芯片可以从0.5V～2V峰一峰值的NTSC、PAL、SECAM制标准正极性信号中提取出复合同步、行同步、场同步、奇偶场识别信号以及后沿输出信号。

电路原理及实现

如图1所示，复合视频信号通过一个耦合电容(一般为0.1μF)进入复合同步分离电路。输入信号通过一个运放将同步头电位箝位在VR1°箝位电路由一个放大器和一个二极管组成。当耦合后的输入信号小于基准电压VR1时，运放A1输出高电平，二极管导通，这时会有一个流过二极管的大电流，防止输入信号电压低于基准电压VR1，当输入信号大于基准电压VR1时，运放输出低电平，二极管截止，从而保证输入信号的最负端(正视频信号的同步头位置)电压不会低于VR1°

用一个10μA的箝位放电电流I1从电容C向箝位偏置电压放电，用来抑制视频信号可能产生的漂移。由于放电电流而引起的下拉电压可由IT=CV得到。这里，V是下拉电压，I是放电电流，T是同步脉冲之间的时间(同步周期减去同步头脉宽)，C为电容。对于PAL制式的视频信号行频为15.625KHz，同步头脉冲宽度为4.7μs。它的周期为64μs．则T=59.7μs，那么这个下拉电压就是V=5.97mV。在同步头期间由这个下拉电压引起的充电时间为：

T=CV／I

其中I为二极管筘位充电电流，一股可以达到几个mA。所以由放电电流引起的下拉电压可很快地被充电至VR1。

箝位后的输入信号通过一个低通滤波器进行低通滤波，削弱色同步信号副载波的幅值，同时也削弱了彩色信号中的色度信号，减小在随后的同步分离电路中可能造成的干扰。由于行频的频率只有十几KHz，而副载波频率在NTSC制式下为3.58MHz，PAL和SECAM为

4.43MHz，所以用一个低通滤波器进行滤波。截止频率为1MHz，它对4.43MHz的色同步信号副载波的削弱大于12dB。

滤波之后的信号被送到比较器C1反相端进行比较，同相端接一个VR2的基准电压。VR2比VR1高大约70mV。对于一般的视频信号，同步头总是占整个幅值的300%左右，所以，对于0.5V峰一峰值的视频信号，其同步头脉冲幅值为150mV。70mV只占到其同步头脉冲幅值的50％。而对于2V峰-峰值的视频信号，其同步脉冲幅值为600mV，70mV只占其中的11.7％。使用70mV限幅比较也是为了避免色同步信号在同步信号提取时可能产生的干扰。

VR1和VR2由内部的基准电压源产生，具有极好的温度稳定性和电源噪声抑制能力。

经过比较器输出的信号转变为数字信号，它经过一个反相门，输出的即为复合同步信号。

比较器输出的数字信号通过一个半行消除电路来消除均衡脉冲和场同步期间的半行脉冲，它是通过一个非可重触发单稳态触发器来实现的。触发器为上升沿出发，当同步头到达时，比较器输出高电平，触发半行消除电路产生一个宽脉冲，这个脉冲可以消除场消隐期间和前后均衡脉冲期间的半行，同时，由于输出的脉冲为数字信号，所以电路具有优异的噪声抑制能力。半行消除电路输出信号通过一个行同步输出电路，再经过一个反相门，输出的信号即为行同步输出信号。

比较器输出的信号经过一个后沿检测电路输出一个宽度为2.5μs的脉冲，这个检测电路由同步头的上升沿触发产生。后沿检测电路输出信号经过一个反相门，输出即为后沿输出。对于场同步期间的锯齿波，后沿开始于锯齿脉冲的上升沿。

场同步分离中的积分电路对正向的复合同步信号进行积分。在正常的行线期间，积分器的输出为一个低电压，这是因为积分器只有非常短的时间对电容充电，就是在行同步期间。在场同步期间的开始，第一个锯齿脉冲发生之前，积分器将电容充到一个很高的电压，触发场同步检测电路中的触发器，将触发器输出置为高电平。

当下一个锯齿时钟的正沿脉冲到来时，高电平经过一个D触发器输出场同步。当场同步间隔结束，第一个后均衡脉冲不能够对电容进行充分的充电，这导致触发器的输出为低。第二个后均衡脉冲的上升沿通过D触发器脉冲输出低电位来结束场同步脉冲。场同步输出与第一个输入脉冲的锯齿波的上升沿同步，结束于第一个后均衡脉冲的后沿，因此，它比2.5H的场同步要稍微宽一些。

NTSC、PAL和SECAM复合视频标准的图像都是采用隔行扫描交替输出的。对于奇数场，第一个宽场同步脉冲行同步的开始一致；而对于偶数场，第一个宽场同步脉冲开始于行线的中间。通过比较场同步和内部产生的行同步来确定奇／偶场信息。这个输出通过场同步的上升沿来记录。在奇数场时奇／偶场输出为低，在偶数场为高。如图2所示。

结语

本文设计了一款视频同步分离芯片，并采用SMIC(中芯国际)的0.18μm工艺库进行了仿真。它可以对0.5V～2V峰一峰值的NTSC、PAL和SECAM复合视频信号进行处理，并从中分离出复合同步等信号。

更多计算机与外设信息请关注：21ic计算机与外设频道