实现集成的双SCART音频/视频交叉点和驱动器

双SCART芯片开关阵列芯片MAX4397提供将音频和视频信号发送到具有两个SCART连接器的欧洲机顶盒所需的集成功能。在越来越短的设计时间和不断增加的价格压力下，该芯片方案有助于设计工程师开发更具竞争力的机顶盒产品。

SCART线缆在欧洲用来连接两个多媒体电子设备。SCART连接器包含21个引脚，其中包括双向音频和视频线(见图1)。引脚21实际上是SCART连接器的地屏蔽。不少机顶盒具有两个SCART连接器，一个用于连接电视，另外一个用于连接录像机(VCR)。为了在机顶盒、VCR和电视之间发送音频和视频信号，需要一个复杂的音频/视频交叉点电路。很多设计工程师使用分立器件-电感、电容、模拟开关、逻辑门和视频放大器来创建这种音频/视频交叉点电路。这种分立器件方案存在以下一些缺点：

图1：公的SCART连接器焊接面。

1. 占用很多的电路板面积；

2. 需要很多微处理器的通用输入和输出(GPIO)引脚，

3. 会延长设计时间；

4. 由于电路复杂，因此可靠性较低。



在过去，设计工程师创建分立的方案是因为他们认为分立方案比集成方案更便宜。如今像MAX4397双SCART芯片这样的集成方案其价格已可与分立方案匹敌，并可使设计时间缩短，减少器件和电路板面积。

MAX4397是一种面向欧洲机顶盒市场的低成本、高集成度的双SCART音频和视频开关矩阵。图2显示了简化的系统框图。在I2C控制下，将音频和视频信号在MPEG解码器芯片的视频编码器模块和两个外部SCART连接器之间传输，满足EN50049-1、IEC933-1、Canal+和BSkyB标准。视频编码器只能发送单向视频信号到MAX4397，而TV和VCR SCART连接器是双向的。MAX4397工作在标准的5V和12V电源条件下，支持慢的和快的切换信号。



图2：MAX4397系统简图及与外围电路连接示意。

视频部分

视频部分由输入调理、重构滤波器、一个开关矩阵、一个Y/C混合器和输出缓冲器组成。视频电路由5V电源供电。图3显示了视频部分的功能框图。

1. 输入调理

所有的输入视频是通过外部0.1uF电容进行交流耦合的。有两种不同的输入电路，分别是偏置电路和钳位电路。钳位电路设定复合视频(CVBS)和亮度信号的同步脉冲顶部电平在大约1.2V。因为RGB分量视频信号不具有同步脉冲，输入钳位电路将RGB信号设定在它们的空电平上。偏置电路用来设定色度信号在大约1.9V。视频输入可以接受色度或者红色视频信号，通过I2C接口来选择偏置或者钳位电路。



图3：MAX4397视频部分功能框图。

2. 重构滤波器

对于标准清晰度模拟视频，视频编码器DAC的采样频率通常为27MHz。来自视频DAC的视频信号需要进行低通滤波以抑制27MHz的倍频图像信号。在分立方案中，3极LC低通滤波器放置在每个视频DAC之后，用来消除这些图像信号。图4显示每个DAC输出的一般配置。所有DAC需要总计超过12个LC器件。MAX4397集成了6个4阶Butterworth低通滤波器，这些滤波器具有6MHz带宽和在27MHz频率下-50dB的典型衰减。采用MAX4397，设计工程师不再需要外部LC低通滤波器，因而可节省电路板空间。图5显示了MAX4397的大信号频率响应。增益在6MHz之后快速滚降，大大衰减了高频噪声，提高了视频质量。

3. 慢速切换和快速切换

MAX4397支持IEC 933-1、Amendment1以及用于选择显示器(电视)宽高比的三级慢速切换。在兼容I2C的控制下，MAX4397设定慢速切换输出电压电平。慢速切换输出也可以被设定在一个逻辑电平或者高阻抗。TV SCART连接和VCR SCART连接各有一个双向的低速切换引脚。



图4：传统的L-C重构滤波器。

视频编码器和VCR使用RGB分量视频信号和快速切换信号来插入一个屏幕显示(OSD)，通常是文本。

MAX4397支持来自VCR或者MPEG视频编码器的RGB输入，以及只输出到电视的RGB。RGB格式的红色视频信号和S-VHS格式的色度视频信号共享同一SCART连接引脚。因此，RGB和S视频信号不能同时出现。快速切换信号还可以通过I2C接口被设定到一个恒定的高或者低输出信号。

4. 输出部分

输出视频驱动器除了电视RGB输出以外，还具有6dB增益，这个增益可以通过编程设定在5dB到7dB之间，步进幅度为1dB。所有的视频输出是直流耦合的。每个输出可以驱动150欧姆的负载到地。视频输出不应该是交流耦合的，因为视频驱动器的输出级不能吸收电流。视频输出内部偏置到钳位电路选择的输入电压1V。针对这个偏置选择输入，视频输出内部偏置到大约2.2V.
MAX4397包括一个片上混频器用来在S视频(Y和C)出现时产生复合视频(CVBS)。电路将Y和C信号相加来获得CVBS分量。最后的复合视频信号可以发送到RF_CVBS_OUT输出引脚。一个+6dB输出缓冲器驱动RF_CVBS_OUT。



图5：大信号频率响应。

音频部分

音频部分具有一个输入缓冲器、一个开关矩阵、音量或者增益控制电路和输出驱动器。音频电路由5V和12V电源供电。图6显示了MAX4397S的音频功能框图。

1. 音频输入

MAX4397具有两个版本，区别在于立体声音频DAC输出是单端的或者是差分的。MAX4397S具有一个单端音频输入，而MAX4397D具有差分的音频编码器输入。

此音频模块具有来自立体声音频DAC、TV SCART连接器和VCR SCART连接器的三个立体声输入对。每个输入在内部偏置在大约0.23*V12，除了DC偏置在外部固定的MAX4397D的输入外。MAX4397D的编码器音频输入共模输入电压范围在1.2V到4.3V内。如果来自音频DAC的输入音频信号不在共模电压范围内，在编码器的音频输入处需要一个外部交流耦合偏置网络来将信号设定在
1.2V到4.3V之间。



图6：MAX4397音频部分功能框图。

2. 输出部分

电视SCART连接器和VCR SCART连接器都具有立体声左右输出声道。音频输出偏置在V12的一半电压，必须进行交流耦合。每个音频输出都能将两个具有10k欧姆负载的音频线驱动到3Vrms。电视左右声道混合的非立体声输出驱动外部RF调制器。

采用I2C接口，电视输出音频路径具有从-56dB到+6dB的音量控制，调节步进大小为2dB，而VCR输出音频路径具有从-6dB到+6dB范围的音量控制，调节步进大小为6dB。电视的声道采用了过零检测(ZCD)电路，在任意时刻音频信号切换时会产生信号电平突变，ZCD电路使这种电平突变引起的“咔嗒”噪声最小化。采用分立器件方案，则很难实现良好的音量控制。