妥善利用高速運算放大器，能提供媲美電晶體解決方案的優勢，實現高速、節省空間的目標。因此，目前市面上許多地面廣播視頻應用，都採用了高速視頻放大器。
本文主要將探討高速運算放大器的視頻應用。文中將為您分析何種應用需要使用高速運算放大器，以確保視頻線路與輸出級之間良好的阻抗匹配。並將以一個消費性視頻應用為例，討論類比視頻格式與頻寬與解析度的對比關係。
目前在市場上有兩種主要的視頻應用：地面廣播視頻與圖像視頻。地面廣播視頻受限於指定頻寬的電視訊號傳輸(如電視、STB、DVD錄放影機、視頻照相機等)。而圖像視頻主要是滿足不受頻寬限制之電腦應用的需求。
用放大器級來驅動通過75Ω視頻線路的電視機類比視頻訊號，這種應用通常會出現在STB、DVD錄放影機與視頻照相機等消費性領域內。在這些應用中，放大器的輸出能力(包括輸出電流與負載/失真比)非常重要，因為它必須驅動一個具有低阻抗特性(75Ω)的視頻線路(圖1)。
同樣的，電視機也需要高速運算放大器。在電視機內部，放大器能夠保障在視頻線路與輸出級之間良好的阻抗匹配。這裏的放大器可將視頻訊號驅動到晶片組的輸出級，並具有高阻抗特性(與電容器的PicaFarads值相比，通常為數kΩ)。
在這種情況下，驅動器必須在電容負載下維持高度穩定。STB在同樣條件下也具有類比視頻輸出功能。而視頻訊號源的選擇則可透過STB來完成。同時，這個訊號源也能傳送到DVD或視頻照相機等裝置上。
這個放大器的用途非常廣泛，它能整合緩衝+濾波功能(如STv6433)；或視頻矩陣(STv6412)；為了迎合市場需求，它還能內嵌到晶片組中。
另一方面，這個放大級(Amplifier Stage)也能用電晶體或高速放大器作為分離式解決方案。一個高速運算放大器能提供可媲美電晶體解決方案的優勢，協助客戶實現高速、節省空間的目標。因此，目前市面上許多地面廣播視頻應用都採用了高速視頻放大器。
類比視頻訊號格式對高速運算放大器要求的評估頻率與振幅約束來說非常重要。這裏有三種主要的訊號切割格式，每一種都提供了不同品質的電視影像(圖2)。
第一種訊號格式包含了三個分離的R、G、B訊號，這種訊號是「純」視頻訊號，可提供極高品質的影像。這三種R、G、B訊號使用相同頻寬。該頻寬與視頻解析度有直接關聯。在標準視頻地面廣播應用中，我們通常使用YIQ、YUV或YpbPr，此處用來展現亮度(Y)、(I,U,Pb)以及(Q,V,Pr)的是 R、B與Y元素。三種訊號能夠在這些格式中被驅動。
第二種訊號格式則基於兩種訊號，如亮度－色彩飽和度(Y/C)或S視頻，此處的C指的是色彩飽合度(Chroma)。對RGB訊號的編碼符合美國、歐洲與亞洲等地的NTSC、PAL、SECAM等視頻標準。第3種訊號格式為混合視頻(CVBS)，這種訊號格式在單一訊號上整合了所有視頻元素。CVBS是Y 與C的總和，這是一種最低品質的訊號格式。
應用在標準交錯型視頻與720×480畫素(標準值：480I)之電視螢幕的視頻訊號，頻寬可達6MHz(圖3)。
非交錯影像，主要目的是強化影像品質。該訊號的頻寬是基本解析度頻寬的兩倍，達12MHz。這種訊號適用於逐行掃描電視，以及720×480畫素(標準值：480P)的DVD播放器等產品上。然而，由於100Hz電視加入市場競爭行列，因此這種視頻格式目前在歐洲地區並不普及(圖4)。
HDTV的主要目標是透過增加線路與每條線路的畫素來改善影像解析度。其視頻訊號頻寬可達到30MHz，適用於1280×1920畫素(標準值： 1280P)的逐行掃描電視螢幕，以及1920×1080畫素(1080I)的非交錯型電視。HDTV目前在美國非常風行，並已逐漸擴展到亞洲與歐洲等地 (圖5)。
圖6展示了包含同步、黑色位階(Black Level，依照振幅參考0)、白色位階(White Level)與色彩等資訊的標準視頻訊號振幅。
在視頻線路上驅動一個訊號時，我們可以得出以下約束條件，這些約束條件可在任何有關線路傳輸的教科書上找到。
為了去除任何反射因數，這個線路必須透過其特有的阻抗同時在兩側載入，標準的視頻線路阻抗為75Ω。如同趨近於零的運算放大器輸出阻抗，我們能在板上自然實現75Ω的電阻，以實現右邊值的匹配。第二個75Ω的電阻(TV端)則能與其他側端匹配。
如圖7所示，這個網路的作用類似用於訊號振幅的電阻分配器。因為這個架構，運算放大器會失去一半的輸出振幅。就像運算放大器的輸入振幅必須與線路所需的振幅相同(在視頻應用中標準值為1Vpp)，運算放大器需要一個+2(6dB)的增益。
R值必須儘可能地小，以降低噪音與穩定度等問題(假設雜散電容主要在反相輸入上)，但不可小到像透過運算放大器輸出載入所見的2R網路。
針對VFA，R值並不會被加入。1kΩ是不錯的選擇，能滿足上述需求。針對CFA，以TSH11x元件為例，會自動加上R值，讀者可上網查詢技術資料(增益為+2時R=680Ω)。反射因數：，此時線路是透過其具有相同值之特有阻抗Zc載入。
為降低成本，每個設計人員都需要一個設計約束。例如一個雙供給電源(-5V/+5V)的設計必須增加一個-5V供給電路。
一種解決方案是將供給電源減少到0/+5V的單一供給電壓。如同圖6所描述的，同步訊號會下降到0V(有時僅10mV)。在這個範例中，最佳解決方案是使用一個輸入/輸出的軌接軌運算放大器，如TSH7x-TSH8x系列。
假設經過測試的最大輸出軌值為：VOL=150mV(參照技術文件)，則可保證線路上訊號的最小振幅為75mV。這意味著底部訊號的損耗僅75mV(在最壞情況下)。
假設運算放大器並非軌接軌，則視頻訊號的DC元件必定會用圖8所示的網路漂移到較高的值。在這個設計中，視頻訊號並不會被運算放大器的輸出級截短(最大VOL=1.2，參見技術文件)。
Cin-R3的作用類似一個高通輸入濾波器(fc=16Hz)，它移除了視頻訊號所需的原始DC原件，並增加了一個「浮動」訊號。R1-R2電阻分配器則提供新的DC元件。DC元件的最小位準必須為最大的1/2VOL(經過測試的值)。為了限制通過R1與R2的電阻，阻抗值必須夠高。而為了在最大的輸入偏壓電流(+Ibias)上使1%的電流通過R1與R2，R1與R2的最大值必須經過計算。Cout則移除DC元件並回復到原始的視頻訊號以滿足電視應用需求(圖9)。
在這個例子中，實現運算放大器要簡單得多，因為視頻訊號振幅距離軌非常遠。但這個解決方案也有缺點，就是它必須提供一個-5V的供給電壓，因而導致成本增加(圖10)。
請注意，在TSH7x-8x-9x應用中，Rfb可以等於1kΩ；而TSH11x則為680Ω(圖11)。(請參照技術文件)
MPEG解碼器的輸出級為一個DAC(數位類比轉換器)。這個DAC可將數位訊號轉換為類比視頻訊號。在轉換期間，在視頻頻譜中的採樣頻率會像寄生頻率一樣，會在視頻頻帶中導致失真和噪音(圖12、13)。一個低通濾波器(稱為重建濾波器，Reconstruction Filter)用來移除這些寄生頻率。這個濾波器的切斷頻率適用於6MHz、12MHz或30MHz等視頻頻寬。在這裏，濾波器的階數與被視為視頻頻帶之採樣頻率值有直接關連。增加的採樣頻率允許使用較少的濾波器。目前一些最新的DAC設計鎖定了高頻採樣，以便在新一代應用中減少濾波器的使用(圖14- 16)。
一個高速運算放大器可用於電視或STB輸入級的視頻訊號匹配。與一些10Pf的電容相比，晶片組的輸入(從類比到數位轉換的標準輸入動作)大約為1kΩ或 2kΩ的純電阻。因此，為了在運算放大器穩定度應用中限制電容效應，我們可依序放置電阻(Rs)來加以隔離(圖17)。圖18與19顯示了透過晶片組載入時，TSH7x-8x與TSH11x系列元件的頻率響應。最壞情況為30pF(大多數時間為10pF)。