专利名称:数字视频信号处理系统的制作方法
本发明涉及应用数字视频信号处理技术的视频信号处理系统中图象显示装置的驱动电路。
最近，国际电话电报公司的全球半导体集团(Worldwide Semiconductor Group)(联邦德国的弗赖堡)在该公司的出版物上，以“超大规模集成电路数字电视系统-数字2000”(VLSI Digital TV System-DIGIT2000)为标题，介绍了一个数字电视信号处理系统。该系统的彩色视频信号径数字形式(二进制)处理后，在输入显象管之前，被数字-模拟转换器转成模拟形式。模拟彩色视频信号径模拟缓冲放大器和视频输出显象管驱动放大器加到显象管上，该视频输出显象管驱动放大器提供了适用于驱动显象管强度控制极的高电平视频输出信号。
这里，我们如愿以偿地得到了一种数字视频信号处理系统，在此系统中，将输出数字-模拟转换器与显象管驱动器的功能结合起来，从而淘汰了模拟显象管驱动放大级，并且消除了与这一级相关的许多问题。
相应地，根据本发明的原则，这里公开了一种视频信号数字-模拟转换器，这种转换器能直接驱动强度控制电极，比如电视接收机或类似的视频信号处理系统中的显象管的阴极，这种处理系统采用了数字视频信号处理技术。在一实施方案的实例中，所公开的驱动级采用了高压纵向金属-氧化物-半导体(VMOS)场效应管输出器件，这些器件与数字视频输入整流恒流源相连接并一起工作，以便从累加的整流恒流信号中得到适于直接驱动显象管的阴极强度控制电极的高压模拟输出信号。
作为一个特征，本发明还包括一个用于稳定所公开的驱动级的输出直流电平的电路。
在下列附图中图1示出了彩色电视接收机的一部分，其中包括本发明的数字-模拟转换器/驱动器;
图2a-2c是图1中转换器/驱动器部分的电路详图;
图3描绘出用来稳定图1的转换器/驱动器直流电平输出的电路;
图4给出了与图1的转换器/驱动器相关的对比度控制和白电平控制电路;
图5a和5b给出了图1的转换器/驱动器所使用的选择输出电路。
在图1中，来自视频信号源10的模拟彩色电视视频信号经模拟-数字转换器(ADC)12转换成数字信号(二进制的)从模拟-数字转换器12输出的数字信号由数字视频信号处理器14进行处理，此数字视频信号处理器包括亮度信号和色度信号相混合而产生代表彩色图象的输出信号r、g和b。在这个实例中，信号r、g和b分别被一个八位的二进制数字信号(20……27)所表示，并且被分别加到数字-模拟转换器/驱动器级20R，20G和20B的二进制输入端。来自驱动器20R，20G和20B的高电平模拟输出信号R，G和B被分别直接加到彩色显象管25的阴极强度控制电极上。由于转换器/驱动器级在结构和作用上是相似的，因此，这里只对驱动器20R的结构和作用做详细描述。
八位(20……27)数字信号r被耦合到输入接口网络30，此网络包括缓冲器和电平移动电路。接口30以及它所包括的电路是转换器/驱动器级的一部分，而且接口30所包括的电路通过把数字信号的逻辑电平从视频信号处理器14移到与转换器/驱动器级的其它电路的要求相一致的逻辑电平，产生逻辑的一致性。
来自接口30的数字输出信号分别被耦合到电子流开关S0-S7(为简单起见，图中画成机电开关)的控制输入端，这些控制输入端分别与二进制加权恒流源I0-I7相连接。S0-S7每个开关都有第一输出和第二输出。所有开关的第一输出连在一起，并经由端点T1与电阻器32相连。第二输出分别与相应的高压金属-氧化物-半导体(MOS)输出晶体管Q0-Q7的源电极相连这些管子最好用增强型纵向金属-氧化物-半导体(Vertical MOS)场效应管器件，联邦德国弗赖堡的国际电话电报公司通用的BS107型器件或联邦德国慕尼黑的西门子公司(Siemens of Munich，West Germany)通用的BSS93型器件。
纵向金属-氧化物-半导体(VMOS)晶体管Q0-Q7相当于纵向(与横向对照)结构的半导体器件，这些器件并联式耦合，并且不论是单独的，还是连同开关S0-S7，电流源I0-I7，和接口网络30一起，它们都可以很容易地被制作在一块普通的集成电路基片上。
纵向金属-氧化物-半导体(VMOS)器件Q0-Q7有沿纵轴排列的漏极和源极(与在同一平面上具有栅极，源极和漏极元件的横向器件相对照)。例如，在美国专利第4，364，073号中可以看到，有关纵向金属-氧化物-半导体(VMOS)器件结构的资料，在1984年8月27日提交的题为“数字-模拟转换器”的美国专利申请第644，397号中给出了纵向金属-氧化物-半导体(VMOS)器件的一种实际结构。那份申请描述了一种能直接驱动图象显示装置(例如电视接收机中显象管)的高压强度控制极的纵向金属-氧化物-半导体(VMOS)数字-模拟信号转换器，那份申请中特别描述了一种较好的转换器/驱动器级，其中多个纵向金属-氧化物-半导体(VMOS)输出器件有选定的源极区，以便维持高频响应并减少功率消耗。
纵向金属-氧化物-半导体(VMOS)输出器件的纵向结构便于制造这些具有高额定击穿电压的器件，这样就使这些器件能直接驱动显象管的高压阴极。纵向金属-氧化物-半导体(VMOS)场效应管输出器件也很好地显出了具有基本相同通导延迟和断开延迟的相互一致的高压快速开关特性，并且可以基本上避免不希望出现的开关瞬整(“假信号过程”)，特别是与双极型晶体管的高压开关特性相比更是如此。纵向金属-氧化物-半导体(VMOS)输出器件的导通时间和断开时间基本上不受所转换的电压大小的影响，因此，驱动高压显象管是可能的。此外，纵向金属-氧化物-半导体(VMOS)技术使得具有公共栅极和公共漏极的廉价集成纵向金属-氧化物-半导体(VMOS)器件阵列的制造变得很容易。
输出器件Q0-Q7的栅极都与一参考电压源+V相连，并且，器件Q0-Q7的输出漏极都与一输出负载阻抗35相连，在此输出负载阻抗上，高电平模拟信号R产生并出现在输出T2端上。由此，相对于经开关S0-S7传导到各个源极的电流，将器件Q0-Q7如同单位增益电流放大器那样连接成共栅结构。
根据来自接口30的二进制输出信号(20……27)的逻辑状态所确定的开关S0-S7的各个不同位置，电流源I0-I7的电流由电流开关S0-S7位置确定通路，或到T1端和电阻器32，或到输出器件Q0-Q7。由于负载电阻35的值的作用和负载电阻35中流过的器件Q0-Q7的漏极电流数值的作用，在T2端出现一模拟显象管阴极驱动电压。由负载电阻35和与显象管阴极相关的电容对在输出端T2产生的信号进行相应的低通滤波。
在T1端电阻器32上产生的电压相当于在电阻器35上产生的阴极驱动电压的互补同相形式，此电压可以用于某些系统中，比如，希望在低电压点监测阴极驱动电压的系统，或为了对信号进行处理，要使用互补信号的系统，象1984年8月27日提交的题为“具有高频补偿的显象管驱动器”的美国专利申请第644，453号所公开的那种高频补偿网络。像上述申请中所描述的那样，T2端产生的视频输出信号的一部分与电阻器32上产生的互补信号相结合，产生一个代表高频分量的合成高频信号，由于输出电路的寄生电容的影响，这些高频分量在视频输出阴极驱动信号中可能很少。合成信号被加到驱动器级的一个输入端以补偿高频不足，这种高频不足现象可以由视频输出信号清楚地显示出来。
所述的高压转换器/驱动器电路可以很好地直接驱动显象管的阴极而不需要在转换器/驱动器级后补充附加的放大级，而且此电路还可以做成集成电路。此外，所述驱动器电路避免了与模拟显象管驱动器级相关的许多问题。例如，模拟显象管驱动器级可能会出现非线性，除非通过与显象管驱动器相关的反馈网络进行补偿。然而，使用反馈会导致稳定性问题，特别是在宽带驱动器级。模拟驱动器级也可能出现信号幅值偏移的上升时间和下降时间不等的情况，在大信号条件下，可能出现转换速率的问题，除非通过反馈进行补偿。
图2a给出了图1中的一个电流开关(即S7)的一种双极形式。双极电流开关包括NPN型晶体管40和41，它们被配置成发射极耦合的差动输入形式。来自接口30的输出端的相位相反的信号，比如与二进制信息位27相关并由它得出的信号，驱动晶体管40和41的基极，以致晶体管40和41的集电极输出电流相互相位相反地变化。由晶体管40和41传导的电流是由恒流源I7提供的。晶体管40的集电极输出电流被导入图1中输出器件Q7的输入源极，并且晶体管41的集电极输出电流被导入图1中的T1端和电阻器32。
图2b给出了图1中的一个电流开关(即S7)的一种金属-氧化物-半导体(MOS)场效应管的形式。这个电流开关包括一对源极耦合的金属-氧化物-半导体(MOS)器件42和43，这对管子由电流源I7提供工作电流，并借助于耦合到晶体管43栅极的开关信号，表现出单端驱动。开关信号是由接口30的27二进制信息位输出信号中导出的。晶体管42和43的漏极输出电流被分别耦合到图1中输出器件Q7的输入源极和T1端及电阻器32上。根据图2b的电路，电阻器32接在T1端和正电位的一点之间。
图2c画出了图1中二进制加权电流源I0-I7的一相应电路。每一电流源包括一个NPN型晶体管，比如，电流源I7的晶体管是晶体管50，管子的集电极连接着相应的电流开关，管子的发射极连接着一个二进制加权R/2R梯形电阻网络。根据通过放大器52耦合到NPN电流源晶体管的基极的增益控制电压，可以对电流源的增益进行控制。因此，控制电压GC幅值的变化可以改变图1中数字-模拟转换器/驱动器级的增益，控制电压GC可以代表由观看者操作的对比度控制而产生的对比度控制电压。
图3画出了与图1中转换器/驱动器级(包括晶体管Q0-Q7)一起使用的输出直流稳定网络，其中图1与图3中同样的元件将用相同的参考号码表示。直流稳定网络补偿电源工作电压B+的变化和电源B+垂直率的被动以及B+电源的其他变化，并消除了对稳定的电源工作电压B+的需要。
直流稳定网络包括互导运算放大器62，该放大器在每一水平图象消隐期间，响应包括每一水平消隐间隔的所谓“后沿”部分的采样脉冲SP而导通。当采样脉冲SP使运算放大器62导通时，此运算放大器将来自参考电压源65的输入电压与由分压电阻器60和61的连接处引出的输入电压进行比较。分压电阻器与显象管阴极信号通路和驱动器负载电阻器35相连，因此，电阻器60和61连接处产生的电压与水平消隐期间没有视频信号调制时的驱动器级的直流输出电平值有关。与放大器62输入幅值差有关的误差信号由电容器68存贮，并被加到一高压纵向金属-氧化物-半导体(VMOS)控制晶体管Q8的栅极输入端。误差信号改变晶体管Q8的通导性，以致引起负载电阻器35上的电流朝着把放大器62输入电压的电位差减到最小的方向变化，进而稳定水平消隐电平和输出端T2的直流电平。这样，通过反馈的作用，包括放大器62和晶体管Q8在内的稳定网络将放大器62的输入电压维持在基本相等的水平上，这就相当于在输出端T2获得一所期望的，基本上恒定静止的直流电平。
如图所示，分压电阻器61可自由调节，以提供一种手动调节装置，来调节T2端上产生的显象管阴极直流偏置。这样，借助于反馈直流稳定网络的作用，调节电阻器26，可以建立一理想的显象管阴极偏置电平。
对于每一转换器/驱动器级20R，20G和20B，图象对比度的控制和白平衡控制是由图4所示电路完成的。对于每一驱动器级，+VR和-VR输入相应于与图2c中所示并讨论过的各电流源网络相关的输入。一个可由观看者调节的电位器71在其滑臂上产生一模拟对比度控制电压CC。对比度控制电压经缓冲放大器70，并由可变电阻器72a，72b和72c耦合到每一驱动器级电流源的+VR输入端。在系统的校准期间，可变电阻器72a，72b，72c作为手动白平衡控制器，分别调节驱动器级的信号增益。因此，相应于代表视频信号的输入白图象，显象管正确地再现一白图象显示，如图2c所示，根据对比度控制电位器71和各可变电阻器72a，72b和72c的不同位置，通过控制各驱动器级电流源I0-I7的导通，可以以模拟方式改变各驱动器级的增益。
在数字视频信号处理系统中，这种模拟增益控制方法具有不需要一个或多个附加数字信息位(即9位而不是8位)的优越性，以适应对比度控制和白平衡控制所需的附加动态范围，因此，上述增益控制机理节省数字信息位，并且避免增加不必要的数字处理电路尺寸和复杂程度。在美国专利申请第644，400号中(该专利是1984年8月27日提交的，其标题“由模拟电平控制的数字视频信号处理器”)可以看到有关使用视频输出纵向金属-氧化物-半导体(VMOS)转换器/驱动器级的数字视频信号处理和显示系统的其他资料，其中，观看者发出的控制显示图象亮度和对比度的控制信号，是以模拟形式而不是数字形式控制视频信号幅值的。
图5a和5b给出了选择输出缓冲电路，这些电路允许驱动器级的改善的高频响应，尤其是图示的缓冲电路允许在不过多损失高频信号响应的情况下增加驱动器级负载阻抗(图1中电阻器35)的数值。
在图5a中，NPN型晶体管80和NPN型晶体管81连接成一互补射极跟随器级，其基极输入端耦合到驱动器级的输出端T2，发射极输出端耦合到显象管阴极，图5b画出了一有源负载输出缓冲器，它包括一个NPN型晶体管85和一个二极管86，其排列如图。图5a的互补跟随器级可以获得更对称的响应特性。
权利要求
1.数字视频信号处理系统，其特征是一数字视频信号源(12)；图象显示装置(25)，此装置响应加到它的强度控制极上的视频信号；信号转换驱动装置(20R)，此装置有一个响应上述数字视频信号的输入端(30)和一个为上述强度控制极提供数字视频信号的模拟形式的输出端(T2)，上述数字视频信号具有可以直接驱动上述强度控制极的幅值。
2.根据权项1的系统，其中，来自数字视频信号源的数字视频信号包含N个信息位，此系统的特征在于，驱动装置相当于一数字-模拟信号转换器，此转换器有N个分别接收数字视频信号的N个信息位的信号输入端，以及一与上述显示装置的强度控制极相耦合的输出端。
3.根据权项2的系统，其特征在于，驱动装置包括多个输入开关装置，它们分别响应N个信息位中的各个位，并且每个开关装置都有一输入端和一输出端;分别耦合到各开关装置输入端的多个电流源;多个输出器件，每个器件都有第一电极，第二电极和第三电极，定义输出器件的主电流通路，器件的第一电极连在一起，第二电极也连在一起，并与上述输出端连接，第三电极分别与开关装置的输出端相连。
4.根据权项3的系统，其特征在于，每一个输出器件都是高压纵向金属-氧化物-半导体(VMOS)场效应管器件。
5.根据权项4的系统，其特征在于，输出器件的第一电极，第二电极和第三电极分别相应于栅极、漏极和源极。
6.根据权项3的系统，其特征在于每一开关装置都有互相互补的第一输出和第二输出，根据输入数字信息位的各个状态，这两个输出有选择地耦合到电流源;开关装置的第一输出分别耦合到输出器件的第三电极;开关装置的第二输出连接在一起，并与驱动装置的一个辅助输出端相连。
7.根据权项2的系统，其特征是，此系统具有与驱动装置连接，用来稳定驱动装置的直流输出电平的装置。
8.根据权项7的系统，其特征在于稳定装置包括定期对驱动装置的直流输出电平采样的装置，用以产生一个表示被采样的直流电平和参考电平之差的控制信号;该稳定装置还包括将控制信号耦合到驱动装置的控制输入端的装置，其目的是将采样直流电平和参考电平之差减到最小。
9.根据权项8的系统，其特征在于驱动装置包括一负载阻抗;分别相应于一个输入数字视频信号的信息位的多个输出器件，这些器件的输出都与负载阻抗相连;其中采样装置在视频信号消隐期间工作，对负载阻抗上的直流输出电平采样;控制信号被耦合到负载阻抗上，来改变其上传导的电流，以便维持一理想的直流输出电平。
10.根据权项1的数字视频信号处理系统，其特征在于驱动装置包括多个纵向金属-氧化物-半导体(VMOS)输出晶体管器件，每一器件都有第一电极、第二电极和第三电极，这些电极定义输出器件的主电流通路，这些器件的第一电极连在一起，第二电极与构成驱动装置输出端的一端相连，第三电极用于接收数字视频信号。
11.根据权项10的系统，其特征在于，上述第一、第二和第三电极分别相当于栅极，漏极和源极。
专利摘要
在一数字视频信号处理系统中包括显示视频图象的显象管(25)，视频信号数字——转换器(20R)，此转换器接收输入数字视频信号(12)，并提供高电平输出(T2)模拟视频信号，此视频信号具有可直接驱动显象管强度控制极(即阴极)的幅度。
文档编号H04N5/14GK85104464SQ85104464
公开日1986年12月10日 申请日期1985年6月11日
发明者维尔纳·欣 申请人:Rca公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan