摘要：时基校正器是电视制作和播出系统中必不少的设备。本文对在播出系统中使用的时基校正器的特点、技术发展趋势进行了介绍，并在此基础上介绍了新一代时基校正器的设计思想。

　　时基校正器是一种在电视节目制作系统和电视播出系统中常用设备。它连接在录像机和制作或播出切换台之间，被用于纠正录像机输出的非标准电视信号中存在的时基误差，使经过处理后的信号能与电视制作和播出系统中的主同步信号同步。并以此来保证输入制作或播出切换台的输入电视信号的行相位和副载波相位的同步，以适应制作和播出对电视信号的要求。

　　时基校正器出现于70年代，是最早投入使用的一种数字电视设备。时基校正器对电视信号进行数字化，并利用数字存储器对数字电视信号进行存储延时，再以系统主同步信号为基准，将延时后的数字电视信号取出，转换成模拟电视信号输出，其框图见图1。

　　一个重要的领域。由于播出系统的一些结构和使用上的特点。在播出系统中对时基有一

　　些特殊的要求，以下将对这些要求作详细的分析。按照在播出系统中时基校正器的使用方式的不同，可以将播出系统分为多时基播出系统和单时基播出系统两大类。

　　系统同步信号不同步的电视信号都必须使用一台时基校正器或帧同步器，见图2。

　　在图中，BVW录像机由于内部已有时基，可以与系统主同步信号同步，其输出直接连接到播出切换台上；演播室信号也可以与系统主同步信号同步，其输出直接连接到播出切换台上；BVW录像机和外来信号不能与系统主同步信号同步，其输出通过时基连接到播出切换台上。在这种情况下，输入播出切换台的电视信号与主同步信号都建立了同步，可以用播出切换台直接切换，叠加台标和字幕。时基的档次可以按照信号源的质量来选择，以使系统达到最佳的性能价格比。

　　单时基播出系统的特点是在播出系统中只使用一台时基校正器。单时基播出系统又可分为两类，由于其结构的不同，其性能有很大的出入。

　　将时基串接在播出切换开关的输出端，时基的输出接键混以实现台标和字幕的叠加。这种方式实现简单，但其最大的缺点是所有的电视信号都必须经过时基。

　　第二级切换开头只在第一能切换开头选择与播出系统主同步信号不同步的电视信号时，才选择使用时基。这种方式保证了那些与播出系统主同步信号同步的电视信号的播出质

　　对时基校正器而言，单时基播出系统的一个重要特点是：与系统主同步信号不同步的电视信号相互不同步，当播出切换开关在这些信号间切换时，会造成输出电视信号间的行、场同步信号不连续。

　　如果时基校正器不具有防止不同步信号间切换时跳动的特殊电路设计，在每一次切换时，都可能出现时间长度在0.5秒至3秒的跳动，这将严重影响播出系统的播出效果。

　　三点：①设备的高可能性；②设备的性能指标；③对单时基播出系统，时基必须能解决不同步电视信号切换时的跳动。

　　设备的可靠性是播出系统对设备最重要的要求。只有可靠性好的设备，才能满足播出系统全天不中断工作的要求。

　　设备的性能指标是保证电视信号播出质量另一个重要的要求，特别是对串接方式单时基播出系统，由于所有的电视信号都必须

　　经过时基校正器，时基校正器具有较好的指标可明显提高播出质量。对信号质量影响最大的指标是视频带宽和信噪比。

　　的要求。采用全数字处理方式和超大规模集成电路是提高设备可靠性的最有效的方法。全数字处理方式可以改善输入/输出部分的稳定性，同时通过使用超大规模集成电路，使设备的元器件数量从原来的近千个减少到300个左右，提高了设备的可靠性。元器件数量的减少同时可以降低设备功耗和温升，有助于提高设备的可靠性。BW10系列时基校正器正是通过采用全数字处理方式，使设备的可靠性得到显著提高。为充分利用全数字处理的优点，采用带LCD显示的菜单方式来设置和调整设备的工作参数。

　　在上一节的介绍中，我们知道在单时基播出系统必然存在信号切换时的跳动。由于受到费用的限制，国内电视台使用的播出系统大部分是单时基播出系统，因此不解决这个问题的时基是不是能用作播出时基校正器的。

　　PHILPS的集成电路并没有办法解决切换跳动的问题，使我们按照大家常用方法设计的第一个时基BW12没有防止切换跳动的功能，影响了在播出上使用的效果。BW15通过增加特殊的电路设计，具有了防止切换跳动的功能。

　　在BW20系列时基校正器中，我们对这部分电路作了进一步的完善。通过对输入切换点的判别，形成写入场存储器禁止信号，防止错误信号的写入，在存储器读出部分通过判别电路用切换前的信号替代存在切换错误的信号，从而避免了在时基校正器的输出信号中出现切换断点。通过这些处理，使BW20系列时基校正器较好地解决了切换跳动。

　　基播出系统中，一些高质量的电视信号如Betacam录像机和演播室的信号都要经过时基校正器，改善时基校正器的带宽可以明显地改善播出系统的播出质量。

　　校正器带宽的最有效的办法，在BW20系列播出时基校正器中我们采用了自适应数字梳状滤波器，以使其带宽能达到6MHZ。

　　拟向数字过渡的发展变化分阶段，这给选择设备带来了很大的困难。采用模块化可升级结构的另一个优点是一个系列的产品具有相同的电路结构，便于提高设备的稳定性、方便设备的维护和提供更好的技术支持。

　　BW20系列是由BW20、BW20W和BW20D三种不同档次的播出时基校正器组成。这些时基校正器都具有全数字处理方式、防止切换跳动的功能。

　　BW20没有采用梳状滤波器，其带宽可以满足配合U_matic3/4录像机使用的需要，是在多时基播出系统中配合3/4录像机使用最佳的选择。防止切换跳动的功能使BW20也可以好地配合单时基播出系统使用。

　　BW20W 采用了梳状滤波器，其带宽可以 达到 6MHZ±1dB，可处理像 Betaca 录像机和

　　BW20D 在 BW20W 的基础地增加了串 行数字分量接口，为系统向数字分量过渡了 准备。BW20D 可以在数字分量系统中被作为 带帧同步器的 A/D 转换器使用，将现有的各 种格式的录像机信号转换成串行数字分量信

　　摘 要：本文介绍了可编程模拟器件的基本原理和开发流程，列举了主流器件系列，并说明其核心技术，展望了可编程模拟器件的发 展前景。

　　可编程模拟器件 （Programmable Analog Device） 是近年来崭露头角的一类新型集成电 路。它既属于模拟集成电路，又同可编程逻辑器 件一样，可由用户通过现场编程和配置来改变 其内部连接和元件参数从而获得所需要的电路 功能。配合相应的开发工具，其设计和使用均可 与可编程逻辑器件同样方便、灵活和快捷。与数 字器件相比，它具有简洁、经济、高速度、低功耗 等优势；而与普通模拟电路相比，它又具有全集 成化、适用性强，便于开发和维护（升级）等显著 优点，并可作为模拟 ASIC 开发的中间媒介和低 风险过渡途径。因此，它特别适用于小型化、低 成本、中低精度电子系统的设计和实现，未来其 应用将会日益广泛。

　　1 内部结构与基本原理通用型可编程模拟 器件主要包括现场可编程模拟阵列 （FPAA）和 在系统可编程模拟电路（ispPAC）两大类。二者 的基本结构与可编程逻辑器件相似，主要包括

　　可编程模拟单元 （Configurable Analog Block， CAB）、可编程互连网络 （Programmable Inter－ connection Network）、配置逻辑（接口）、配置数 据存储器（Configuration Data Memory）、模拟 I/O 单元（或输入单元、输出单元）等几大部分。模拟 I/O 单元等与器件引脚相连，负责对输入、输出 信号进行驱动和偏置、配置逻辑通过串行、并行 总线或在系统编程（ISP）方式，接收外部输入的 配置数据并存入配置数据存储器；配置数据存 储器可以是移位寄存器、SRAM 或者非易失的 E2PROM、FLASH 等，其容量可以数十位至数千 位不等；可编程互连网络是多输入、多输出的信 号交换网络，受配置数据控制，完成各 CAB 之 间及其与模拟 I/O 单元之间的电路连接和信号 传递；CAB 是可编程模拟器件的基本单元，一般 由运行放大器或跨导放大器配合外围的可编程 电容阵列、电阻阵列、开关阵列等共同构成。各 元件取值及相互间连接关系等均受配置数据控 制，从而呈现不同的 CAB 功能组态和元件参数 组合，以实现用户所需的电路功能。CAB 的性能 及其功能组态和参数相合的数目，是决定可编 程模拟器件功能强弱和应用范围的主要因素。 数模混俣可编程器件可看作是可编程模拟器件 的推广形式。 以 SIDSA 公 司（/ fipsoc）的 FIPSOC 系列（数模混合现场可编程片 上系统）为例，它既包含有模拟的可编程单元和 互连网络，又包含有由逻辑宏单元和开关矩组 成的 FPGA，还包含有 A/D、D/A 转换器和用于 配置与控制的嵌入式微处理器等要，可用于片 上系统（SOC）的开发与实现。但其模拟部分的规 模较小，主要面向数据采集、实时监控等特定应 用。

　　2 基本开发流程可编程模拟器件开发的主 要步骤依次为：电路表达，即根据设计任务，结

　　合所选用的可编程模拟器件的资源、结构特点， 初步确定设计方案；分解与综合，即对各功能模 块进行细化，并利用开发工具输入或调用宏函 数自动生成电原理图；布局布线，即确定各电路 要素与器件资源之间的对应关系以及器件内部 的信号连接等。可自动或手动完成；设计验证， 即对设计进行仿真（根据器件模型和输入信号 等，计算并显示电路响应），以初步确定当前设 计是否满足功能和指标要求。如果不满足，应返 回上一步骤进行修改；由开发工具自动生成当 前设计的编程数据和文件；器件编程，即将编程 数据写入器件内部的配置数据存储顺。一般通 过在线配置方式完成，也可利用通用编程器脱 机编程；电路实测，即利用仪器对配置后的器件 及电路进行实际测试，详细验证其各项功能和 指标。如果发现问题，还需返回前有关步骤加以 修改和完善。

　　流程主要在微机上利用开发工具完成，基 本可做到“所见即所得”。以往由于元件超差、接 触不良等实际因素造成的延误和返工可基本消 除，对设计者的要求也大大降低。

　　3 主流器件与核心技术 FAS 公司（） 的 TRAC 系列现有 TRAC020、 TRAC020LH（微功耗版本）、ZXF36Lxx(模拟门 阵列)等器件，采用电压运行算技术一一以随时 间连续变化的模拟电压为信号参量。其 CAB 由 运放配置电阻、电容、多路模拟开关等组成，可 编程互连网也主要利用模拟开关实现。利用配 置数据控制多路模拟开发即可改变 CAB 的内 部连接（即功能组态）；改变一组按特定规律取 值的同类元件（电阻或电容）之间的连接关系， 获得所需的等效元件取值；改变各 CAB 间的信 号传递关系等。

　　该系列具有接近常规器件的优良特性（如 闭环带宽可达 12MHz），面向模拟计算的器件结 构和便于向 ASIC 移植的产品线。其 CAB 具有 加（ADD）、取 负（NEG）、对 数（LOG）、反 对 数

　　（ANT）、积分（AUX-def）、微分（AUX-int）等运行 型功能组态，设计得可根据设计目标的数字描 述或信号流图，利用开发工具以绘制框图方式 完成电路设计而无须考虑其内部细节。缺点是 可编程能力较强，器件内部连接基本固定，仅能 利用 NIP（直通）和 OFF（断开）功能组态或外部 连接线（Link）等加以改变；器件内电阻等元件 均取值固定，须外接 RC 元件来改变有关的电 路参数。设计过程的自动化程度和电路的整体 集成度也因而降低。Lattice 公司的 ispPAC 系列 等采用跨导运算技术，以模拟电流作为主要信 号参量，以跨导运算放大器（OTA）取代电压运 算放大器，以基于 OTA 的有源元件取代部分无 源元件。该类器件利用 D/A 转换器按照配置数 据改变 OTA 的偏置电流，从而改变其互导增益

　　gm 和电压放大器增益 Au，实现对 CAB 的配置 和参数调整。由于在 IC 中易于改变且调整范围 较大，控制精确较高，因此该类器件的参数变化 范围和分辨率均可显著提高。此外，该类器件还 具有电流模电流共有的高速、低电压、低功耗、 宽动态范围、高稳定性等优点。ispPAC 系列包 括 PAC10、PAC20、PAC30 等 通 用 型 器 件 和 PAC80、PAC82 等 ISP 滤波器。以 PAC10 为例， 其可编程模拟单元（PAC Block）以两个增益可 配置（±1～±10） 的跨导型仪表放大器作为输入 级，以运放、有源反馈元件（跨导放大器）和电容 阵列（7 个电容可组合出 128 种等效电容）等构 成输出级，可实现放大、迭加、积分和滤波等功 能且精度较高；其模拟布线池可灵活地配置器 件内部及其与引脚之间的连接关系；自校准单 元可自动测量输出失调并利用专用 DAC 加以 补偿；ISP 接口支持在系统编程和数据保密。因 此，ispPAC 的电路性能与可编程能力俱佳。 PAC20 等还配有 DAC 和迟滞比较器，仅需单片 便可构成的监控系统。

　　Anadigm 公 司 （.anadigm） 的 AN10E40 器件则采用开关电容技术 （同 MO－ TOROLA 原产的 MPAA020），通过改变电容比 或开关电容的时钟频率来配置电路参数。其内 部为典型的阵列式结构，由 CAB、模拟 I/O 单元 和分布其间的布线资源及可编程时钟资源等组 成，信号带宽约 250kHz。其 CAB 由运放、电子 开关和开关电容等组成，对信号来原、去向和各 电容容量（均有 256 种选择）等均可灵活配置。 可编程时钟资源则为各开关电容提供所需的时 钟频率（共 32 种分频比） 和相位（每种频率 4 种）。这样，单个 CAB 即可实现整流器、放大器、 可编程比较器和一阶滤波器等信号调理功能； 将多个 CAB 加以组合、连接，便可实现高阶滤 波器、脉宽调制器等更为复杂的电路。由于现有 IC 工艺可制造的电阻和电容范围有很且误差较 大，而电容比的制造精度较高（0.1%），因此该 类器件的电路精度较高，可编程能力较强而制 造成本较低，但信号带宽较小，内部噪声较大。

　　目前，可编程模拟器件已在数据采集、信号 处理、仅器仪表、控制与监测、人工神经网络、电 路实验等重要领域得到应用，其典型应用包括 信号调理、模拟计算、中高频应用、人工神经网 络、电路进化设计（EHW）等。尽管可编程模拟器 件问世不久，有关的技术与产品仍显稚嫩，但其 内在的便利性和经济性以及作为其数字域对应 物的可编程逻辑器件的成功经历，都使我们有 理由相信：在不远的将不，可编程模拟器件的技 术必将日益成熟，器件品种必将日益丰富，最终 成为模拟电路设计和应用中的首选器件。

　　新一代 BW20 系列播出时基校正器具有 良好的使用效能。通过了原广播电影电视部

　　唯一的计量检测中心的测试，其中实测的带 宽达到电影电视部标准。其纠正了录像机输 出的非标准电视信号中存在的时基误差，使 经过处理后的信号能与电视制作和播出系统

　　中的主同步信号同步。保证了输入制作或播 出切换台的输入电视信号的行相位和副载波 相位的同步，以适应制作和播出对电视信号 的要求。