一种视频信号电压钳位电路的制作方法

本发明涉及视频信号处理技术领域，尤其涉及一种视频信号电压钳位电路。

背景技术：

复合视频信号包含了同步信号和视频信号，同步信号幅度约为300mV(BLACK LEVEL(黑电平)与SYNC LEVEL(直流参考电平)之差)，视频信号约为700mV(BLACK LEVEL以上的部分)。视频信号在传输过程中，因为传输线路的影响，同步信号的直流参考电平不再是一个固定值，接收端无法恢复出有效的复合视频信号。如果在接收端加一个钳位电路，那么就可以恢复出同步信号的直流参考电平。

现有常用的视频信号电压钳位电路如图1所示，该电路中的运算放大器的输出端经过一个晶体管后到达一电路节点，在该节点具有三条支路，第一路作为输出电压；第二路反馈回运算放大器的第一输入端；第三路通有放电电流I。

复合视频信号在交流AC耦合输入时，要求视频信号电压钳位电路能准确恢复出参考电平，此时，需要运算放大器的正相输入端的输入VREF的电压值为某一设定电压值(该设定电压值不为0V)；复合视频信号在直流DC输入时，要求视频信号电压钳位电路不能影响视频信号，即视频信号透明输入，此时，需要运算放大器的正相输入端的输入VREF应该设置在GND(0V)及附近，才能确保后级电路的晶体管工作在饱和区，这就意味着现有的钳位电路要么只能AC耦合输入，要么只能DC输入，无法复用。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种视频信号电压钳位电路，用以解决现的视频信号电 压钳位电路存在的交流和直流输入不能复用的技术问题。

一种视频信号电压钳位电路，包括：电压钳位模块和电平移位模块；

电压钳位模块，用于接收复合视频信号并从中恢复出同步参考电平，以及将该同步参考电平钳位在设定电压值后输出；

电平移位模块，用于接收所述电压钳位模块输出的同步参考电平并对所述同步参考电平进行电平移位，以使后级电路的晶体管工作在饱和区。

在本申请实施例的方案中，由于在复合视频信号在直流DC输入时，运算放大器仍可以在正相输入端输入设定电压值，之后电平移位模块对复合视频信号进行电平移位，使得后级电路的晶体管工作在饱和趋于，因此，实现了AC耦合输入和DC输入的复用。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明背景技术提供的视频信号电压钳位电路图；

图2为本发明实施例提供的视频信号电压钳位电路的结构示意图之一；

图3为本发明实施例提供的视频信号电压钳位电路图之一；

图4为本发明实施例提供的视频信号电压钳位电路的结构示意图之二；

图5为本发明实施例提供的视频信号电压钳位电路图之二。

具体实施方式

为了给出能够可复用于AC耦合输入和DC输入复合视频信号的电压钳位电路，本发明实施例提供了一种视频信号电压钳位电路，以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图2所示，其为本发明实施例提供的视频信号电压钳位电路的结构示意图，包括：电压钳位模块21和电平移位模块22；

电压钳位模块21，用于接收复合视频信号并从中恢复出同步参考电平，以及将该同步参考电平钳位在设定电压值后输出；

电平移位模块22，用于接收所述电压钳位模块输出的同步参考电平并对所述同步参考电平进行电平移位，以使后级电路的晶体管工作在饱和区。

图2中所示的结构示意图的具体电路可以为如图3所示，图3中IN1电流源用于吸收I3电流并提供对电容C1放电的电流。

图3中，所述电平移位模块，包括：第三电流源I3和第三电阻R3；

所述第三电流源I3，其正极与电压源相连，其负极与第三电阻的第一端相连，相连后的连接端作为电平移位模块的输出端；

所述第三电阻R3，其第二端与所述电压钳位模块的输出端相连。

图3中，第二电流源I2为电压钳位模块提供固定的充电电流。第一运算放大器不限定放大器类型，但是该第一运算放大器优选的可采用PMOS管或PNP管做输入的运算放大器，此时，可以把VREF设置到GND附近，扩大输入信号的幅值范围。第一运算放大器的输出端驱动一个第三晶体管N03(可以为NMOS管)，第三晶体管N03为电压钳位模块的输出端VOUT提供一个低阻抗节点，改善环路的稳定性，减少包含视频信号电压钳位电路的芯片的输入端参数的影响。

下面，对图3中所示的电路的工作原理进行说明：

当视频信号电压钳位电路工作于AC耦合输入模式时，输入端需要通过一个耦合电容C1接到电压钳位模块输入端(节点OUT)。当耦合信号VOUT小于VREF时，第三晶体管N03开启，第二电流源I2对电容C1充电；当耦合信号VOUT大于VREF时，第三晶体管N03关断，钳位电路以(IN1-I3)电流对电容C1放电。经过若干个行周期后，视频信号电压钳位电路进入稳定状态，视频信号电压钳位电路将视频信号的同步参考电压固定在VREF。电平移位模 块的第三电流源I3在第三电阻R3上产生一个固定的移位电平I3*R3，因此，耦合信号VOUT到VOUT1有一个I3*R3的电平抬升，可以使后级电路工作在饱和区，扩大了输入信号的范围。

当视频信号电压钳位电路工作于DC输入模式时，VIN直接连接到电阻R1，VIN>VREF时，第一运算放大器输出为低，第三晶体管N03处于关断状态，VIN经过I3*R3的偏移后输出到VOUT1。若VIN<VREF，运放输出高电平，第三晶体管N03开启，第二电流源I2对电容C1充电，VIN被钳位到VREF，也就是说DC输入时，同步信号会被截断在VREF，所以VREF不应设置的太大，通常VREF被设置到GND附近。

为了保证视频信号的质量，每个行周期内视频信号的倾斜电压不能大于一个IRE(Institute of Radio Engineers，无线电工程学会)(约7mV)，因此，上述放电电流(IN1-I3)不能设置的太大，一般为2～3uA。理论上IN1＝K*I3,实际上由集成电路由于器件工艺变化、器件失配以及环境温度变化，(IN1-I3)不是一个固定值，(IN1-I3)服从正态分布，放电电流(IN1-I3)可能会比设计值小很多，甚至为负值。这将降低了包含视频信号电压钳位电路的集成电路的良率，使得视频信号的质量下降。为了减少器件的适配对视频信号电压钳位电路的影响，确保视频信号的质量，提高集成电路的良率，较佳的，在图2所示的结构的基础上，上述视频信号电压钳位电路还可以包括电流调整模块23，如图4所示：

所述电流调整模块23，用于对电压钳位模块的放电电流进行调整，以使调整后的放电电流是电平移位模块输出的电流的预设倍数，所述预设倍数小于1。

上述第三电流源I3的电流小于IN1的电流，(IN1-I3)是一个弱的下拉电流，在复合视频信号AC耦合输入时，对电容C1的VOUT节点放电。

具体的，当电压钳位模块的放电电流(IN1-I3)小于设定的电流值时，电流调整模块调整IN1的镜像电流，从而调整(IN1-I3)的值，使得调整后的放电电流是电平移位模块输出的电流的预设倍数，改善(IN1-I3)参数的参数分 布，提高集成电路的良率。

具体的，上述包括电流调整模块的电路具体可以如图5所示，所述电压钳位模块，包括：第一运算放大器、第一电流源I1、第二电流源I2、第一晶体管N01、第二晶体管N02和第三晶体管N03；

第一运算放大器，其正相输入端输入参考电压，其反相输入端输入复合视频信号并与第三晶体管N03的源极相连，相连后的连接端作为电压钳位模块的输出端，其输出端连接第三晶体管N03的栅极，所述参考电压的电压值等于所述设定电压值；

第三晶体管N03，其源极连接第二晶体管的漏极，其漏极连接第二电流源的负极；

所述第一电流源I1，其正极接电压源，负极连接第一晶体管的栅极和漏极，即节点VBN1；

所述第一晶体管N01，其源极接地，栅极和漏极连接第二晶体管的栅极，此时，第一晶体管N01实现二极管偏置；

所述第二晶体管N02，其源极接地，其栅极作为电流调整的受控端；

所述第二电流源I2，其正极连接电压源，负极连接第三晶体管N03的漏极。

进一步的，为了防止CDM(Charged-Device Model,组件充电模式)事件对集成电路MOS管栅氧的损害，所述电压钳位模块，还包括：第一电阻和二极管；

所述第一电阻R1，其第一端连接外接的电容以及连接电压钳位模块的输出端，其第二端连接第一运算放大器的反相输入端；

所述二极管D，其阴极连接第一电阻的第二端，其阳极接地。

也即VOUT通过第一电阻R1连到第一运算放大器反相输入端，同时第一运算放大器反相输入端接一个反偏二极管D，第一电阻R1和二极管D用来保护第一运算放大器输入对管的栅极。

具体的，所述电流调整模块23，包括：第二运算放大器、第二电阻R2、 第四晶体管N04和第五晶体管N05；

所述第二运算放大器，其正相输入端连接第四晶体管N04的漏极，其反相输入端连接第二电阻R2的第一端，其输出端连接第五晶体管N05的栅极；

所述第二电阻R2，其第二端接地；

所述第四晶体管N04，其栅极作为电流调整的控制端，其源极接地；

第五晶体管N05，其漏极连接电压源，其源极连接第四晶体管N04的栅极。

此时，第一晶体管N01为第二晶体管N02和第四晶体管N04提供偏置电压。

由上述第二运算放大器、第二电阻R2、第四晶体管N04和第五晶体管N05构成的电流调整模块23的工作原理如下：

第二运算放大器比较镜像IN2和电流源I4电流值的差异，当IN2≥I4时，第五晶体管N05的栅极电压小于2*Vth(阈值电压)，第五晶体管N05管处于关断状态，电流调整模块不影响IN1、IN2的值；当IN2<I4，N05漏极电压将被I4充电到一个较高的电平(大于2*Vth)，第五晶体管N05管打开，第五晶体管N05对VBN1充电，IN1、IN2增加，最终IN2＝I4，由于IN1和IN2成比例，因此，IN1也被间接调整。

具体的，所述第一晶体管N01、第二晶体管N02和第四晶体管N04的尺寸成比例，第二晶体管N02和第四晶体管N04成比例镜像第一晶体管N01的漏电流，第二晶体管N02的漏电流IN1＝K*I1，第四晶体管N04的漏电路IN2＝I1＝I3，其中，K为比例因子，K的取值范围为大于0小于1。

具体的，所述第二运算放大器包括：第四电流源I4、第五电流源I5、第六晶体管N06和第七晶体管N07；

第四电流源I4，其正极连接电压源，其负极与第六晶体管N06的漏极相连，相连后的连接端作为第二运算放大器的输出端；

第五电流源I5，其正极连接电压源，其负极连接第七晶体管N07的漏极；

第六晶体管N06，其源极作为第二运算放大器的正相输入端，其栅极连接 第七晶体管N07的栅极；

第七晶体管N07，其源极作为第二运算放大器的反相输入端，其栅极和漏极短接。

上述电流调整模块23还可以包括第二电容C2，其第一端接地，其第二端连接第五晶体管N05的栅极；

上述第一晶体管N01、第二晶体管N02、第四晶体管N04、第六晶体管N06和第二运算放大器构成了电流调整模块的反馈环路，而电容C2提高了环路的稳定性。

在实际应用中，上述第一电流源I1、第三电流源I3、第四电流源I4、第五电流源I5的电流可以相等。

本发明提供的视频信号电压钳位电路，可以用于视频系统中的滤波驱动电路、EQ均衡电路等。本发明主要用于改善现有的视频信号电压钳位电路功能单一、无法复用于视频信号DC输入和AC耦合输入的缺点，本发明的视频信号电压钳位电路可用于AC耦合输入和DC直流输入，进一步的，还可以包括电流源调整模块，对电压钳位模块的放电电流进行调整，以减少器件失配对视频信号电压钳位电路造成的影响，确保视频信号的质量，提高集成电路的良率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。