视频集成电路要了解视频集成电路的发展趋势,我们要看看视频集成电路细分市场。视频集成电路的功能主要由目标细分市场决定。虽然道理简单,但是很多人都忽略了特定市场的发展趋势和需求直接影响集成电路的设计和制造方式。视频市场的划分方式很多,将视频市场划分为三大细分市场—消费市场、专业/广播市场和工业市场,比较有利于讨论视频集成电路发展趋势。

消费市场 

        消费市场是视频市场中增长最快的细分市场,包括平板显示器/电视机、DVD播放器和手机。从历史观点来看,消费市场是成本驱动型市场,产品面临来自消费者的巨大价格压力。这种价格压力也迅速由OEM传递至半导体供应商。为满足消费市场的高要求,制造商必须将各种视频功能集成在一块芯片上,同时降低集成电路成本,使其具备市场竞争力。例如,在驱动数模转换器(DAC)输出信号时,以前通常采用运算放大器和离散电路实现滤波、黑电平箝位和多路复用,现在很多半导体供应商已将上述功能集成在单一视频集成电路中。 

        消费市场对视频集成电路的集成度要求越来越高,同时需要一些高级功能,比如可编程阻断频率滤波器、内部电荷泵及高清多媒体接口(HDMI)等。阻止用户非法复制数字视频内容的高带宽数字内容保护技术(HDCP)大大推动了HDMI技术的普及。HDMI技术支持用户直接将视频信息从源头(即DVD播放器)数字视频处理器(DVP)输送至显示器(即液晶电视)的数字视频处理器中,从而获得最佳视频图像和清晰度。大部分新型消费产品都将在信号源设备和显示器上安装单/双HDMI接口,这已经成为一种新的发展趋势。随着HDMI技术成本不断降低,越来越多视频集成电路制造商将在其新一代集成电路产品中集成 HDMI功能,从而使HDMI接口成为消费市场的主流接口。放眼未来,视频集成电路兼容HDMI技术和集成各种功能将成为基本要求。

广播/专业市场 

        高清电视(HDTV)在广播/专业视频市场的部署推动广播专业机构将模拟传输转变为数字传输,这就要求支持更新的视频标准。活动图像和电视工程师协会(SMPTE)为广播/专业视频市场制定了终端设备制造商必须遵循的数字视频传输性能规范和标准。为满足上述规范要求,视频集成电路的性能要比以往更高 —例如功率更小、数据传输速率更快,最重要的是抖动现象(噪音)更少。 

        随着专业机构由模拟传输转变为数字传输,模拟视频信号至串行数字接口(SDI)转换应用就是说明市场发展趋势如何推动视频集成电路发展的一个实例(见图1)。 

 

图1:模拟视频信号至串行数字接口(SDI)转换应用中的LMH1981

        通过同步分离器和锁相环(PLL)从模拟视频源分离出的数字传输时钟信号,其抖动值不得超过SMPTE规定的最大抖动值(参见SMPTE 259M/334M/292M)。对定时/时钟信号路径抖动值的特定要求迫使OEM在信号路径内使用多个滤波级或大型现场可编程门阵列(FPGA),以减少抖动。这种方法不仅成本高昂,同时设计滤波级还会延长产品上市时间。视频集成电路制造商非常重视降低信号抖动值,信号抖动值的降低将减轻外部抖动减少电路的负担。为满足抖动性能要求,视频集成电路的发展趋势是采用更先进的模拟设计技术和专有硅工艺。 

        在视频市场全部采用高清技术之前的过渡期,视频集成电路必须支持高清(HD)和传统视频格式。例如,美国国家半导体公司生产的新型同步分离器 LMH1981支持NTSC、PAL、480i、480p、576i、576p、720p、1080i和1080p视频格式。这涵盖了从传统标清到未来高清的所有视频格式,同时保持较低的输出抖动值。高性能视频集成电路将在广播/专业市场推广普及。

工业市场 

        工业视频市场涵盖会议厅/会议室、机场、计算机培训中心和多媒体机构使用的设备,比如:交换机、路由器、视频扩展器和KVM转换器等。虽然HDMI 和数字视频接口(DVI)正在该细分市场不断推广,但是目前大多数系统仍然采用模拟视频格式。视频市场的视频内容主要来自于计算机和笔记本电脑,并且由于成本和数字设备问题,仍然使用模拟视频格式。 

        上述视频源一般采用具有最高视频分辨率的RGBHV视频格式。随着模拟视频系统视频分辨率的提高,系统带宽(速度)要求也随之增加。例如,支持 UXGA(1600×1200)视频源所需的最低系统带宽约为215MHz,而支持XGA(1024×768)视频源仅需86MHz带宽。与消费市场不同,工业市场的视频设备不经常更换,视频系统的平均使用寿命为七到十年。这带来了一个难题—工业视频设备不仅需要支持现有视频格式,同时还要支持未来视频格式。 

        在采用多个级联段的信号路径中,其有效带宽由平方定律确定。简而言之,级联段数量越多,系统总带宽越低。要想在级联应用中保持所需系统带宽,单一级联段的带宽必须更高。例如,根据级联段数量,支持215MHz系统带宽可能需要高达500MHz带宽的多个视频集成电路。 

        因此,设计工程师们不断开发具有最高带宽的视频集成电路。但是,提高带宽意味着功耗增加。目前视频集成电路的主流发展趋势是开发最低功耗的最高带宽终端。美国国家半导体最近推出的16×8交叉点开关LMH6583和LMH6582充分考虑了市场和应用需求,其小信号带宽为500MHz。该公司开发的 VIP10工艺技术支持集成电路设计工程师无需增加现有解决方案功耗即可提高带宽。当视频分辨率超过UXGA要求时,则视频工程师需要开发更高带宽、更低功率的视频集成电路。