采用交流耦合视频信号时必须恢复直流电压，以确保信号位于下级电路的线性区域内。这项工作称为偏置，对于不同的视频信号需使用不同的电路，要求偏置点准确和稳定。对于正弦波信号，用阻容(R-C)耦合即可建立一个稳定的偏置电压。不幸的是，只有S视频端子的色度信号(C)类似于正弦波。而亮度(Y)、复合视频(Cvbs)和RGB信号都是从一个参考电平开始单向变化的合成信号，在参考电平以下附有同步脉冲。这种视频信号需要独特的偏置方法，称其为钳位，因为它将信号的一端钳置在一个参考电位上。传统的钳位电路为二极管钳位，其中叠加在视频信号上的同步脉冲使二极管导通。除此之外，还有其它形式的电路，例如，色差信号Pb和Pr、RGB信号，都可以较好地通过"键控钳位"方式处理。这种方式利用开关代替二极管，由外部信号控制视频钳位。“直流恢复”是一种新的偏置方法，它在键控钳位中增加了反馈环路，放置在ADC的前端，以提高偏置点的精确性。本文阐述了几种偏置方式的工作原理，以及每种方式所适合的信号。
视频信号的交流耦合
任何信号经过交流耦合后，耦合电容器将存储信号的平均值，信号源和负载之间直流电位的差值。为了说明不同信号对偏置点稳定性的影响，可以观察一下图1所示波形，负载为一个接地电阻，采用交流耦合方式连接正弦波和脉冲信号时，耦合后的信号直流电平发生了变化：正弦信号的直流电平大约为其振幅的一半，而脉冲信号的直流电平则是占空比的函数。这说明对于占空比变化的脉冲信号将需要更大的动态范围。由于这个原因，所有针对脉冲信号的放大器都采用直流耦合，保证所需的动态范围。视频信号类似于脉冲信号，所以更适合采用直流耦合。
亮度、复合信号和RGB信号在“黑”电平和“白”电平之间变化，变化范围一般在0V~+700mV。视频信号可能附加有同步信号(如NTSC、PAL中的RGB信号)，也可能不包括同步信号(如PC机中采用独立的同步信号)。在单电源应用中，如DAC输出，同步期间的静态电平是不同的，这将影响到偏置方式的选择。双电源应用中，如果色度信号的静态电平在同步期间不是0V，它将类似于脉冲波，而非正弦波。
尽管如此，视频信号必须采用交流耦合。用直流耦合连接两个不同的电源很危险，这通常是安全规范所禁止的。视频设备制造商通常对其设备输入端采用交流耦合方式，而在输出端采用直流耦合，需要下级电路重建直流分量。如果不能达成这样一个协议，必将导致“双重耦合”。这一规则的唯一例外是电池供电设备，如：便携式摄像机和照相机，采用交流耦合输出，以降低电池损耗。
接下来的问题是：耦合电容需要多大的电容量。图1中，假定电容储存信号“平均电压”的时间(RC的乘积)大于信号的最小周期。这意味着RC网络的-3dB频率一定比信号的最低频率低6~10倍，以确保稳定的均值。这对电容容量的要求差异很大，举例来说，S视频端子的色度是一个脉冲调制的正弦波，其最低频率大约是2MHz。即使对于75W的负载，也只需要一个0.1mF的电容，除非需要传递行同步脉冲。对于亮度、Cvbs和RGB信号，则向下扩展到视频的帧速率(25~30Hz)。对于一个75W负载，-3dB频率为3~5Hz，这就需要大于1000mF的电容。如果使用的电容过小，会引起显示图像变暗，并可能导致图像扭曲。
视频信号的单电源偏置电路
图2A所示的RC耦合可用于任何视频信号，只要 RC的乘积足够大，运放电源提供足够的正、负电压，传统方案中一般利用双电源供电实现。假定Rs与Ri具有相同的参考地，而且Rs等于Ri与Rf的并联阻值，运放能够抑制所有的共模干扰、保持最小的输出失调电压。-3dB频率等于1/(2pRsC)，而且，无论采用多大的耦合电容，电路都能保持它的电源抑制比(PSRR)、共模抑制比(CMRR)和动态范围。大多数视频电路采用了这种方式。
随着数字视频和电池供电装置的出现，负极性电源成为昂贵的电源负担。早期的RC偏置电路如图2B所示，它增加了一个分压器，并假设R1=R2，图2B中的Vcc等于图2A中Vcc与Vee的总和，图2A与图2B很相似，但他们具有不同的交流性能。图2B中Vcc的任何变化都将通过分压比直接影响运算放大器的输入电压，而在图2A中，Vcc允许在运放电源的容限内变化。如果R1=R2，图2B的电源抑制比仅为-6dB，这就要求电源必须稳定，并经过适当滤波。改善交流电源抑制比的一种低成本方法是插入一个隔离电阻(Rx)，如图2C，但是它将产生额外的直流失调，除非使Rx完全匹配于Rf和Ri。另外，还需保证Rx×C1及C2×Ri小于3~5Hz。虽然在这个电路里有一个较大的旁路电容器(C3)，允许较小的Rx，以减少失调电压，但它需要更大的C1。可见，在低成本的设计方案里，需要使用电解电容器。
另一种可供选择的方案如图2D，它用一个3端稳压器代替分压器，并使PSRR向下扩展到直流。稳压器的低输出阻抗允许Rx接近Rf和Ri，减小了电路的失调电压。由于C3的唯一目的就是减少来自稳压器的噪声、补偿稳压器的输出阻抗(Zout)，该输出阻抗是频率的函数，它的取值比图2C中的取值要小。C1和C2仍然取较大值，而且CMRR对低于Ri*C1的频率是个问题，其稳定性也是个问题。总之，双电源供电时采用交流耦合要比单电源供电的效果好，这与共模抑制及电源抑制有关。
视频钳位
亮度、复合信号和RGB信号在0V~+700mV范围内变化，附加有同步信号(-300mV)。如同图1中占空变化的脉冲波，如果采用交流耦合，偏置电压会随着视频内容的不同而改变，亮度信息将丢失，必须有一个电路能使“黑色”电平(0V)保持恒定。图3A称为二极管钳位，二极管相当于一个单向开关，视频信号的负极性电压 — 行同步头，被强置在地电位。因此，该电路也成为同步头钳位。假定同步电压(-300 mV)不会改变，且二极管的正向导通电压为零，该电路将使参考电压(0V)保持恒定。虽然无法控制同步电平，但通过把钳位二极管置于运算放大器的反馈回路中，能够减小导通电压，构成“有源钳位”。使用“有源钳位”的一个主要问题是：如果没有适当的终端匹配，容易引起振荡。所以，这种方式很少用于分立电路设计。集成电路可以加适当补偿，而且更可靠。
如果同步电平是变化的，或没有同步脉冲，可以用一个开关代替二极管，如：由外部信号控制的场效应管(见图3B)，这是一个键控钳位电路，控制信号是键控信号。如果键控信号与同步脉冲一致，电路就成为同步头钳位，但与二极管钳位不完全相同，它可以在同步脉冲的任何位置开启。如果键控信号出现在视频信号的“黑色”电平(见图3C)，便得到黑电平钳位。如果开关不存在二极管的正向导通电压，就能实现精确的“黑色”电平(0V)钳位。增加一个直流电源(Vref)， 可以对色度、Pb和Pr以及复合信号、亮度信号等设置偏置电压。缺点是它需要一个同步分离器获取键控信号，对有些应用还不够精确。对视频信号进行量化处理时，需要使“黑色”电平精确到±1LSB或大约±2.75mV以内，钳位电路无法达到这一精度要求。
另外一种方法是用直流重建电路偏置视频信号，它能得到±1LSB精度的黑色电平。图3D中并不存在耦合电容。取而代之的是，U2把U1的输出直流电压与Vref进行比较，并在U1引入负反馈，强制输出跟随其变化。显然，如果环路连续运行，所得到的输出将全部是直流。如果在反馈回路中插入一个开关，而且只在行同步期间立即闭和，则在该处(同步头或黑色电平)可以得到希望设定的参考电位。电压被储存在一个电容上，但它没有串联在输入通道，通过反馈回路中的开关把它置为采样/保持(S/H)结构。图4通常有两个电容器Chold与Cx，两个运算放大器和一个采样/保持电路。具体的比较和信号平均由Rx、Cx、U2完成。选择RC满足场频的要求，U2为低频器件，需具有低失调电压/电流、高稳定性。另一方面，U1的选择需注重它的频响特性，而不是它的失调参数。对于采样/保持电路、Chold需注意其泄漏参数，它会引起行同步电压的改变。采用直流重建的最大问题是所恢复的黑色电平(Vref)是模拟的，与数字域的取值无关。为了进行修正，可以用DAC产生Vref。■ (姚玉坤译)
