Signalkonditionierung Analoge Videosignale über lange Leitungen unverzerrt in hoher Qualität übertragen

Der Baustein ISL59605 (MegaQ) ist eine Analog-/Digitaltechnik-Lösung für die Signalentzerrung bei langen Leitungen. Er erfasst die Videosignalparameter automatisch und sorgt für eine entsprechende Korrektur und Entzerrung. Der Baustein erfordert für die meisten Anwendungen kein Eingreifen des Nutzers und stellt bei einer Vielzahl von Kabelarten und -längen einen Videoausgang mit voller Bandbreite zur Verfügung.

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ODU GmbH & Co. KG

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MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Intersil Corporation

Vor mehr als einem Jahrhundert waren die Signale einfach und notgedrungen digital: die Punkte und Striche der Morsezeichen sind einfache Muster von „Ein“ und „Aus“. Die Leitungen verliefen über Masten, die zuerst Bezirke, dann ganze Kontinente überspannten und schließlich sogar auf dem Meeresgrund verlegt wurden. Die ersten Versuche einer transatlantischen Nachrichtenübermittlung waren natürlich mit Fehlern verbunden. Der leitende Entwickler dieser ersten transatlantischen Kommunikation, Wildman Whitehouse, versuchte, die lange Leitungslänge durch eine höhere Spannung zu kompensieren, wobei die Drähte schmolzen. Er hoffte, die Datenrate über den Standard seiner Zeit zu erhöhen, was nur einigen Wörtern pro Tag entsprach. Im Laufe der Zeit wurden die Leitungen untersucht und verbessert; die Herausforderung war aber die gleiche: mehr Nachrichten sollten über längere Leitungen schneller übertragen werden.

Es mag einfach klingen, aber je länger die Leitung ist, desto größer sind die Verluste. Diese Verluste beeinträchtigen jede Art der Übertragung; aber bei hohen Datenraten, wie z.B. bei der Videoübertragung, sind sie äußerst komplex.

Vom Wesen der Entzerrerschaltung

Der Schaltungsblock, der Verluste in einem System (z.B. Leitungsverluste) kompensiert, wird Entzerrer genannt. Warum? Ganz einfach: das Signal, das am Ende der Leitung austritt, soll das selbe sein wie das, das am Anfang eingespeist wurde. Da mit Leitungen auch Verluste verbunden sind (außer bei Supraleitern, was aber keine kosteneffiziente Alternative darstellt), wird der Entzerrer mit integriert, um diese Verluste rückgängig zu machen und das Ausgangssignal an das Eingangssignal anzugleichen.

Selbst heute ergeben sich noch Einschränkungen bei den Leitungslängen. So ist z.B. das Ethernet in all seinen Formen nur bis 300 m Reichweite spezifiziert; HDMI bei Unterhaltungstechnik nur auf ein paar Meter – falls nicht ein spezielles Kabel verwendet wird und die USB-Peripherie innerhalb von 5 m vorhanden ist. Auch Überwachungskameras müssen innerhalb von 300 m Reichweite installiert werden, damit die Bildqualität nicht allzu sehr leidet.

Warum sollen Videosignale aber auch mehr als über 300 m übertragen werden? Gebäude werden größer. Man denke an all die Videodisplays auf Flughäfen. Werbefilme könnten in einem Supermarkt oder in einem Einkaufszentrum von einer zentralen Stelle aus gesteuert werden. Und wie sieht es mit Live-Videobildern von Sicherheitskameras in diesen Einrichtungen oder in Unternehmen aus?

Dieser Beitrag beschreibt eine Lösung, die nicht nur die 300-m-Grenze durchbricht, sondern auch um das 5-fache übersteigt. Der Baustein erübrigt Repeater und erhöht die Reichweite normaler Cat-5-Kabel auf eine Meile (1,6 km).

Lösungen gegen Signalverluste bei langen Leitungen

Es gibt zwei Möglichkeiten, Verluste bei langen Leitungen zu mindern: Erstens, durch eine höhere Spannung am Leitungsanfang. Diese Preemphasis verstärkt das Signal an der Quelle – in der Hoffnung, dass es unbeschadet am anderen Ende ankommt. Diese offensichtlich einfache Lösung führte zum Verschwinden des vorher erwähnten Transatlantik-Kabels. Selbst bei modernen Leitungen gestaltet sich dies problematisch, auch wenn sie nicht den Atlantik unterqueren. Möchte man z.B. ein Videosignal über eine Meile auf einem Cat-5-Kabel übertragen (24AWG Twisted Pair) und sei die gemessene Dämpfung bei der kritischen Farbträgerfrequenz von 3,58 MHz an die 70 dB, müsste bei 1 V Signalstärke am Leitungsende eine Spannung von über 3000 V am Leitungsanfang anliegen! Selbst wenn man die Elektronik bereitstellen könnte, um ein 3000-V-Videosignal zu erzeugen, würden 30 A durch ein dünnes, verdrilltes Doppelkabel (24AWG) fließen. Die Leitung würde in einem Funkenfeuerwerk mit geschmolzenem Kupfer aufgehen. Dies führt uns zur zweiten Lösung: der Entzerrung.

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