Видеоустройства //

Технические статьи

09.07.2012

Новая жизнь видео балуна

Видео балун  или  UTP  балун  представляет собой устройство, позволяющее  транслировать стандартный видеосигнал по витым парам проводов. Используемый в паре на передающем и приемном концах видео линии из  витой пары проводов,  этот пассивный  приемо-передатчик   позволяет передавать видеосигнал   на расстояния до 300 метров. Простота инсталляции   и малая стоимость этого устройство, а также повсеместное распространение структурированных  кабельных линий передач на основе   кабеля UTP, обеспечили этому простому  пассивному устройству  широкое распространение в аналоговых системах видеонаблюдения.

 

Видео ролик демонстрирующий преимущества видео балунов от RD ALFA Микроэлектроника

 

 balun ground loop

Стандартный  видео  балун  изготавливается  на основе широкополосного  двухобмоточного дросселя рис.1a. Упрощенное объяснение  функционирования такого стандартного устройства  показано  на рисунке 1b. При подключении источника сигнала на входы   двухобмоточного дросселя,  начала N1 и N2, и нагрузки к  выходам  дросселя, концы N1 и N2,  благодаря взаимоиндукции  между обмоткой  N1 и обмоткой  N2,   в проводах  L1 и L2  протекают равные, по величине но противоположные по направлению токи  +I  и  -I, такие токи называются симметричными. Если в разрыв двухпроводной линии  передачи  и сопротивления нагрузки подключить видео балун  в обратном включении, (понятие обратный балун обозначает обратное преобразование симметричного тока линии в несимметричный сигнал на нагрузке) т. е. концы N1 и N2 подключить к линии, а начала  N1 и N2  к нагрузке, то мы получим  законченную видео линию. На одном конце  несимметричный видеосигнал при помощи балуна 1 преобразуется в симметричные токи +I  и –I , текущие по линии и преобразовывающиеся при помощи балуна 2 в  несимметричный  ток нагрузки  на приемном конце видео линии.

Исходя из вышеописанного, видно что  видео балун  представляет собой   двунаправленное пассивное  устройство.  

При подключении входов балуна к несимметричному источнику сигналов, а выходов его к симметричной линии передач, происходит преобразование несимметричного сигнала источника в симметричный сигнал в симметричной линии  передач.

При включении балуна на конце передающей линии, т.е. при подключении выходов балуна к симметричной линии передач, а входов его к несимметричной нагрузке, происходит обратное преобразование симметричного сигнала линии в несимметричный  сигнал  в  нагрузке  на приемном конце линии.

 balun scheme

Реальная же картина  преобразования   несимметричного входного сигнала в симметричный  сигнал в линии в этой схеме происходит несколько иначе. Для уточнения принципа работы стандартного видео балуна, рассмотрим схему на рис.2а. На вход балуна подается  положительный  импульс напряжения сигнала, под воздействием которого на  симметричных сопротивлениях нагрузки, подключенных к противоположным обмоткам  дросселя, появляются импульсы выходных сигналов  2в.  Как видно на рис.2в симметрия выходных сигналов соблюдается только  при  передаче  фронтов  импульсов, т.е. в области высоких частот. При  передаче  плоской части импульса, т.е. в области низких частот  симметрия выходных сигналов в нагрузках практически отсутствует.  На рис.3 приведены экспериментально снятые  амплитудно-частотные  характеристики   широко  используемых  видео балунов типа TTPV111 фирмы SC&T и  NV-214A фирмы NVT.  Как видно из рис.3  в области низких частот  от 100 Гц до 10 кГц  устройства  представляют собой   несимметречные  преобразователи видео сигнала,  симметричное преобразование  видео сигнала происходит только в области  высоких частот, начиная с  10 кГц и  до частот 5-10 МГц.   

Pic3

Вместе  с полезными  токами  видеосигнала, направление которых противоположно в линиях передачи и  которые  называются противофазными, в реальной линии всегда присутствуют токи помех.  Токи помех,  наводимые  в линиях передачи,  протекают в одном направлении  и называются синфазными рис.1.  Способность видео балуна как устройства,  установленного на приемном  конце линии подавлять синфазный сигнал помехи определяется коэффициентом подавления синфазного сигнала CMR. Схема измерения коэффициента подавления синфазного сигнала показана на вкладке рис.4.  Коэффициент подавления синфазного сигнала CMR имеет частотную зависимость, которая характеризует подавление синфазных сигналов в частотном диапазоне видеосигнала. Частотный диапазон подавляемых балуном синфазных сигналов  напрямую связан с частотным диапазоном симметричного  преобразования сигналов при помощи  балуна.

Pic4

В виду того что балун это двунаправленное  пассивное устройство,  симметрия  преобразования в противофазный  сигнал и подавление  синфазного сигнала при обратном включении балуна  в диапазоне частот   это  взаимосвязанные параметры.  Отсутствие  в стандартном балуне симметричного преобразования сигналов в области низких частот, однозначно определяет отсутствие подавления синфазных помех на этих же частотах. На рис.4 приведены частотные зависимости коэффициентов подавления синфазного сигнала  видео балунов типа TTT111VP  фирмы SC&T и  NV-214A фирмы NVT. В области низких частот  от 100 Гц до 10 кГц  устройства  плохо подавляют синфазную помеху, и  только в области  высоких частот, начиная с  10 кГц и до частот 5-10 мГц  подавление синфазной помехи значительно улучшается.

 

Из-за плохой симметрии преобразования,  на низких частотах,  линия  передачи на стандартных балунах  практически вырождается из двухпроводной симметричной линии в  простой проводник, передающий сигнал над эквипотенциальной поверхностью. Поэтому наиболее  часто встречающиеся в длинных линиях передачи помехи, возникающие в линии  из-за   разности земляных потенциалов  в точке передачи и в точке приема видео сигнала, так называемые “земляные петли”, этими устройствами практически не подавляются, поскольку напрямую суммируются с несимметричным видео сигналом. По этой причине использование стандартных балунов в системах видеонаблюдения с несколькими   разнесенными  видеокамерами  часто приводит к появлению  помех типа “земляных петель”.

 

Классическим  примером возникновения такого рода помех является  схема системы видеонаблюдения с использованием нескольких камер  с DC питанием  +12 В рис 5а. Для питания такой системы использован  один центральный блок питания PSU.  Передача видеосигналов  и питания к камере происходит по одному UTP кабелю, по одной  из пар проводов передается видеосигнал, по другой  паре проводов на камеру подается питание +12 В. При использовании общего источника питания,  по цепи, состоящей из  общего для всех камер выходного сопротивление PSU  через общую землю  камера – передающий балун, в  видео  линию  камеры Cam 2 проникает  ток  соседней камеры Cam1.  Приемный стандартный  балун не подавляет этот низкочастотный ток помехи и на изображении  этой камеры появляется помеха  в виде медленно плывущей горизонтальной полосы.   Увеличение количества камер,  подключаемых к центральному блоку питания PSU, еще более ухудшает ситуацию.   Для решения проблемы помех приходится применять отдельные источники  питания для каждой камеры рис 5в.  Помехи сильно возрастают при использовании камер  со встроенной  инфракрасной  подсветкой.  Дополнительные токи питания подсветки приводят к дополнительным помехам.  Простая и дешевая система превращается в дорогую и сложную и ненадежную систему.

 multy camera ground loop balun

Pic5b

multy camera ground loop balun

 

Фирмой  RD ALFA Microelectronics  разработан и серийно выпускается видео балун  TWIST-P1 с улучшенными симметрирующими  свойствами.  Применение в конструкции  балуна специальнного  симметрирующего   дросселя  позволило значительно улучшить низкочастотные  параметры устройства.  В новое устройство дополнительно добавлен  дроссель, обмотки которого включены в противофазе с основным дросселем.  Для уточнения принципа работы этого  балуна,  рассмотрим схему на рис.6а.  На вход  балуна  подается  положительный  импульс напряжения сигнала, под воздействием которого на  симметричных сопротивлениях нагрузки, подключенным к противоположным  обмотокам  дросселя, появляются импульсы выходных сигналов  6в.  Как видно на рис.6в симметрия выходных сигналов соблюдается в течении  времени  передачи  всего импульса, т.е. в  широком диапазоне  частот.  На рис.3 приведены  экспериментально снятые  амплитудно-частотные  характеристики   TWIST-P1 .  Как видно из рис.3,   во всей области видео частот   от 100 Гц до 10 МГц  устройства  представляют собой   симметричный преобразователь  видео сигнала. Амплитуды  входных  сигналов на симметричных нагрузках практически равны в широкой полосе видео сигнала .

 

В виду того, что как и стандартный балун,  TWIST-P1 это  двунаправленное  пассивное устройство,  симметрия  преобразования в противофазный  сигнал и подавление  синфазного сигнала при обратном включении балуна  в диапазоне частот  это  взаимосвязанные параметры.  Хорошее  симметричное преобразование сигналов в широкой области,  включая низкие частоты,  балуном TWIST-P1 однозначно определяет и  подавления синфазных помех  в  широкой области частот, включая низкие частоты. На рис.4 приведены частотные зависимости  коэффициента подавления синфазного сигнала видео балуна  типа TWIST-P1 в  сравнении со стандартными.  В  диапазоне  видео частот   от 50 Гц до 10 МГц  устройство TWIST-P1  имеет практически постоянный  коэффициент подавления  синфазной помехи.  В области низких частот   от 100 Гц до 10 кГц  подавление синфазных помех на два порядка лучше, чем у стандартных балунов.  В зону хорошего подавления  попадают наиболее  распространенные помехи  “земляных петель” и взаимные помехи от других видеосигналов, передаваемые по соседним витым парам.

 Pic6

Теперь если мы вернемся к примеру  схемы системы видеонаблюдения с использованием нескольких камер  с DC питанием  +12 В рис.5с.  Использование  балунов типа TWIST-P1 для передачи видео сигналов и DC питания по одному UTP кабелю и применение  централизованного источника питания, не вызовет проблем за счет возникновения  помех типа  “земляная петля”.   Хорошее подавление помехи в низкочастотном диапазоне видео сигнала ( не менее чем в 100 раз) повысит качество вашей системы видеонаблюдения. Становится возможным даже использование  50 Гц переменного тока для питания камер с последующим выпрямлением и стабилизацией питающего напряжения непосредственно возле камер.  Такой способ питания позволит автоматизировать компенсацию потерь напряжения в длинных проводах и обеспечить хорошую развязку камер между собою по цепям питания, без риска получить помеху при  изменении тока потребления от  включении инфракрасных прожекторов подсветки камер.

 

Применение широкополосных балунов TWIST-P1 значительно упрощает создание многокамерных систем видеонаблюдения с зоной действия до 300 метров, повышает в 10-ки раз помехозащищенность аналоговых систем видеонаблюдения в области низкочастотных помех.

 

                                                   Ведущий конструктор А. Н. Майборода,  alexander.maiboroda@rdalfa.lv

Рига, 31.01.12.

 

67109 400
youtube rdalfa linkedin rdalfa
ISO GOST R ISO chamber of commerce