FMS6346：六通道6阶SD/HD视频滤波驱动器的深度解析

引言

在当今的电子设备中，视频处理是一个至关重要的环节。从有线电视和卫星机顶盒到高清电视，高质量的视频滤波和驱动是实现清晰图像的关键。Fairchild Semiconductor（现属于ON Semiconductor）的FMS6346六通道6阶SD/HD视频滤波驱动器，为视频处理提供了一种高效、低成本的解决方案。本文将深入探讨FMS6346的特点、应用、电气特性以及设计注意事项，帮助电子工程师更好地理解和应用这款产品。

文件下载：FMS6346MTC20X.pdf

产品概述

FMS6346是一款旨在取代传统无源LC滤波器和驱动器的低成本集成设备。它具有六个6阶Butterworth滤波器，与典型的无源解决方案相比，能够显著提高图像质量。该器件结合了低功耗的标清（SD）和高清（HD）滤波器，大大简化了DVD视频输出电路。

主要特点

• 滤波器选择灵活：具备三个可选的6阶8/32MHz（SD/HD）滤波器和三个固定的6阶8MHz（SD）滤波器。
• 输入输出灵活：支持AC或DC耦合输入和输出，DC耦合输出可消除AC耦合电容。
• 低功耗设计：仅需5V电源，且具有强大的输出ESD保护（12kV HBM）。
• 封装环保：采用无铅TSSOP - 20封装。

应用领域

FMS6346广泛应用于各种视频设备，包括有线电视和卫星机顶盒、DVD播放器、高清电视、个人视频录像机（PVR）和视频点播（VOD）系统。

技术细节

引脚配置与功能

FMS6346共有20个引脚，每个引脚都有其特定的功能。例如，引脚1 - 3为SD视频输入通道，引脚7 - 9为可选的SD或HD视频输入通道，引脚12 - 14和18 - 20为滤波后的视频输出通道。详细的引脚分配如下表所示：	Pin#	Pin	Type	Description
1	SD IN1	Input	SD视频输入，通道1
2	SD IN2	Input	SD视频输入，通道2
3	SD IN3	Input	SD视频输入，通道3
4	N/C	Input	无连接
5	VCC	Input	+5V电源
6	FcSEL	Input	选择引脚7、8和9的滤波器截止频率：“0” = SD，“1” = PS
7	SD/HD IN1	Input	可选的SD或PS视频输入，通道1
8	SD/HD IN2	Input	可选的SD或PS视频输入，通道2
9	SD/HD IN3	Input	可选的SD或PS视频输入，通道3
10	N/C	Input	无连接
11	N/C	Input	无连接
12	SD/HD	Out-	滤波后的SD或PS视频输出，通道3
13	SD/HD	Out-	滤波后的SD或PS视频输出，通道2
14	SD/HD	Out-	滤波后的SD或PS视频输出，通道1
15	N/C	Input	无连接
16	GND	Input	必须接地
17	GND	Input	必须接地
18	SD OUT3	Out-	滤波后的SD视频输出，通道3
19	SD OUT2	Out-	滤波后的SD视频输出，通道2
20	SD OUT1	Out-	滤波后的SD视频输出，通道1

电气特性

绝对最大额定值

器件的绝对最大额定值定义了其能够承受的最大应力，超过这些值可能会损坏器件。例如，DC电源电压（VCC）的范围为 - 0.3V至6V，模拟和数字I/O（VIO）的范围为 - 0.3V至VCC + 0.3V，任何一个通道的输出电流（IOUT）不得超过50mA。	Symbol	Parameter	Min.	Max.	Unit
V CC	DC Supply Voltage	-0.3	6	V
V IO	Analog and Digital I/O	-0.3	V CC + 0.3	V
I OUT	Output Current, Any One Channel (Do Not Exceed)		50	mA

可靠性信息

包括结温（TJ）、存储温度范围（TSTG）、引脚温度（TL）和热阻（θJA）等参数，这些参数对于评估器件的可靠性和稳定性非常重要。	Symbol	Parameter	Min.	Typ.	Max.	Unit
T J	Junction Temperature			150	°C
T STG	Storage Temperature Range	-65		150	°C
T L	Lead Temperature (Soldering, 10 Seconds)			300	°C
θ JA	Thermal Resistance, JEDEC Standard Multi-Layer Test Boards, Still Air		74		°C/W

推荐工作条件

为了确保器件的最佳性能，建议在特定的工作条件下使用。例如，工作温度范围（TA）为0°C至70°C，电源电压范围（Vcc）为4.75V至5.25V。	Symbol	Parameter	Min.	Typ.	Max.	Unit
TA	Operating Temperature Range	0		70	C
Vcc	Supply Voltage Range	4.75	5.00	5.25	V

直流电气特性

在特定的测试条件下（TA = 25°C，V∞ = 5V，Rsource = 37.5Ω，输入AC耦合0.1μF，所有输出AC耦合220μF到150Ω负载，参考400kHz），测量器件的直流电气特性，如电源电流（ICC）、视频输入电压范围（VIN）、数字输入低电平（VIL）和数字输入高电平（VIH）等。	Symbol	Parameter	Conditions	Min.	Typ.	Max.	Units
I CC	Supply Current (1)	No Load		60	80	mA
V IN	Video Input Voltage Range	Referenced to GND, if DC-coupled		1.4		V pp
V IL	Digital Input Low (1)	f cSEL	0		0.8	V
V IH	Digital Input High (1)	f cSEL	2.4		V CC	V

标清和高清电气特性

分别测量标清和高清模式下的通道增益、带宽、衰减、失真、串扰、信噪比和传播延迟等参数。这些参数对于评估器件在不同视频格式下的性能至关重要。	模式	特性	条件	Min.	Typ.	Max.	Units
标清	通道增益（AV SD）	所有SD通道	5.8	6.0	6.2	dB
标清	-1dB带宽（f 1dBSD）	所有SD通道	5.50	7.15		MHz
标清	-3dB带宽（f cSD）	所有SD通道	6.5	8.0		MHz
标清	衰减（f SBSD）	所有SD通道在f = 27MHz	43	50		dB
标清	微分增益（DG）	所有SD通道		0.7		%
标清	微分相位（DP）	所有SD通道		1.0		°
标清	输出失真（THD）	V OUT = 1.4V pp，3.58MHz		0.35		%
标清	串扰（X TALKSD）	在1MHz		-54		dB
标清	信噪比（SNR）	NTC - 7加权，100kHz至4.2MHz		72		dB
标清	传播延迟（t pdSD）	输入到输出延迟，4.5MHz		90		ns
高清	通道增益（AV HD）	所有HD通道	5.8	6.0	6.2	dB
高清	-1dB带宽（f 1dBSHD）	所有HD通道	28	31		MHz
高清	-3dB带宽（f cHD）	所有HD通道	30	34		MHz
高清	衰减（f SBHD）	所有HD通道在f = 74.25MHz	30	41		dB
高清	输出失真（THD）	V OUT = 1.4V pp，22MHz		0.9		%
高清	串扰（X TALKHD）	在1MHz		-54		dB
高清	信噪比（SNR）	未加权；100kHz至30MHz		60		dB
高清	传播延迟（t pdHD）	输入到输出延迟		25		ns

典型性能特性

文档中提供了多个典型性能特性图，包括SD和HD模式下的增益与频率、平坦度与频率、群延迟与频率、微分增益和微分相位等关系图。这些图有助于工程师直观地了解器件在不同频率下的性能表现。

应用信息

功能描述

FMS6346从输入到输出提供6dB的增益，并且输入有轻微的偏移以优化输出驱动器性能。输入直流电平到输出直流电平有280mV的偏移，即VOUT = 2 * VIN + 280mV。器件内部提供了二极管钳位电路，以支持AC耦合输入信号。当输入信号不低于地电平时，输入钳位不工作，这使得DAC输出可以直接驱动FMS6346而无需AC耦合电容。

I/O配置

根据不同的应用场景，可以选择不同的I/O配置。例如，对于DC耦合DAC驱动和DC耦合输出，可以使用特定的配置；如果DAC的平均DC输出电平导致信号超出0V至1.4V的范围，可以采用AC耦合输入和DC耦合输出的配置；当由未知外部源或带有自身钳位电路的SCART开关驱动时，输入应采用AC耦合。

功耗计算

在计算FMS6346的整体功耗时，需要考虑输出驱动配置。为了避免超过最大芯片结温，需要谨慎计算。可以使用以下公式计算功耗和内部温度上升： [T{J}=T{A}+P{d} cdot theta{J A}] [where P{d}=P{CH 1}+P{CH 2}+P{CHx}] [and P{CHx}=V{s} cdot I{CH}-left(V{O}^{2} / R{L}right)] [where V{0}=2 V{n}+0.280 V] [I{CH}=left(I{CC} / 6right)+left(V{O} / R{L}right)] [I{cc}=60 mA] [V_{s}=5 V] 其中，RL为通道负载电阻。

布局考虑

良好的布局和电源旁路对于高频性能和热特性至关重要。Fairchild提供了示范板FMS6346DEMO，这是一个四层板，具有完整的电源和接地平面。为了获得最佳性能，建议遵循以下布局步骤：

• 包含10μF和0.1μF的陶瓷旁路电容。
• 将10μF电容放置在距离电源引脚0.75英寸以内。
• 将0.1μF电容放置在距离电源引脚0.1英寸以内。
• 对于多层板，使用大的接地平面来帮助散热。
• 对于两层板，使用延伸到器件至少0.5英寸的接地平面。
• 最小化所有走线长度以减少串联电感。

输出考虑

FMS6346的输出相对于输入有150mV的DC偏移，即VOUT = 2 * VIN DC + 150mV。为了获得最佳输出驱动器性能，这个偏移是必要的，并且保持在最小值以减少流入负载的静态DC电流。由于FMS6346具有2x（6dB）的增益，输出通常通过一个75Ω的串联匹配电阻连接到75Ω的视频电缆。在AC耦合输出时，需要确保选择的耦合电容能够通过视频信号中的最低频率成分，并尽量降低行时间失真（视频倾斜）。

总结

FMS6346六通道6阶SD/HD视频滤波驱动器为视频处理应用提供了一种高效、低成本的解决方案。它具有灵活的滤波器选择、低功耗设计、强大的ESD保护和多种I/O配置选项。通过合理的布局和输出考虑，可以充分发挥其性能优势。电子工程师在设计视频处理电路时，可以参考本文提供的技术细节和应用信息，以确保系统的稳定性和可靠性。你在实际应用中是否遇到过类似的视频滤波驱动器的设计挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。