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　　【摘 要】 这篇文章是作者设计的一种CVBS（复合视频基带信号）宽带隔离变压器的技术总结，设计得到了相关视频工业标准的认证。针对复合视频信号传输系统存在的接地环路工频干扰的问题，文中讨论了地回路隔离设备基于模型的开发技术，涉及到物理器件的模型构建、仿真迭代和产品实现的可操作过程及其工具使用；由于设计行为已经深度嵌入到众多工程师的职业生涯中，从任何程度和职业视角对设计过程的回顾，都将有益于对设计技能的探索和改进，因此这个技术总结还触及到设计技能的具体经验乃至设计筧棠J降哪承┧伎肌N恼掳苏庋恍┱陆？问题背景与目标；快速原型；模型迭代；设计验证。

　　【关键词】 CVBS 地环路 快速原型 建模 仿真

　　以往有的视频监控系统工程项目，竣工时才发现视频图像信号传输质量存在问题。图1记录了这种典型的影像缺陷。交付缺陷与项目的各个子系统可能都有关系，这种缺陷主要是由于系统集成时CVBS传输存在地环路噪声干扰引起的。

　　视频监控基础设施建设采用招标商业模式。通常由系统设计单位和业主向专业市场发布项目或设备需求信息，但仍有需要投标方提交技术方案和需求规格的情况。因此设备竞标方对专业项目的投标，除了包含了他们过去积累的技术成就也可能会启动新的自主产品设计，如文中CVBS传输抑制系统地环路噪声的宽带隔离变压器。

　　“设计”这个词的存在，表明它已经具有独立的服务性质：设计者不再同时也是使用者，两者呈现“需求-满足”契约性质的关系。这种分离是知识演化的必然结果，但同时要求供需之间必须建立有效的信息沟通。现实是，用户对需求“朝三暮四”，而设计者也会“画蛇添足”，这种不确定性影响着设计过程，成功、失败或“歪打正着”都可能发生。由于人类理性的限度，设计行为具有多重属性：它既包含人利用自然规律的能力，也具有人实现价值因素的祈愿。从制造商的角度，结合已完成的每一个具体设计任务反思设计过程，对改进设计技能是很好的学习机会。

　　1 问题背景与设计目标

　　1.1 设计目标

　　图1显示了被干扰的图像扭曲现象，设计任务的目标是实现一种独立装置，从技术上有效保持CVBS信号传输的信息完整性。

　　1969年，Herbert Alexander Simon出版了《人工科学》（The Sciences of The Artificial）一书[1]，他试图探索人们在设计过程中所体现的创造性问题求解技能的本质。用他的话来说，设计的目标就是创造一个适应特定目的的“人造物（artificiality）”，事实也是如此。

　　1.2 任务环境

　　对于人为事物来说，我们可将其看成是“内在”环境—即其自身物质及组织，同“外在”环境—即它所处的外部环境，这两者之间的接触点，用今天的话来讲，就是“界面”。如果内在环境适应外在环境，或者外在环境适应内在环境，则该人为事物就能够为预想的意图服务[1]。

　　CVBS系统广泛使用同轴电缆实现信号传输。不同地点的视频设备之间存在着地电位差，而同轴电缆屏蔽层将设备的安全接地端互连构成了地电流环路，就导致50Hz共模信号叠加在信道上。地环电流极易干扰CVBS信号并可能破坏视频同步机制。

　　根据CVBS系统的功能和信号理论的性质，图2描述了信号传输系统可分解的层次构造：信源、信宿、信道、规约和环境，亦即设计目标的任务环境。

　　1.3 问题空间和领域知识

　　通常设计首要关心的是要解决的问题。设计的问题，既包含反映设计目标的需求，也包括人造物外在环境和内在环境的相关事实因素对设计目标的影响。

　　1.3.1 问题空间

　　（1）CVBS传输系统环境：这是人们早年设计出来的。工业界制定了各种标准，即规约，目的是为了在信源和信宿之间提供信息通道并使各制造商的产品具有互操作性。独立装置的设计任务因信号传输逻辑上的联系将围绕信道子系统展开，系统地看它是人为事物的内部环境。从外部环境看，标准或法规是外在系统中存在的最具刚性的约束形式。

　　（2）规范性文件是影响设计的外部环境因素：GB 14050-93[2]对电气系统接地的安全技术基本要求中的b项，要求做到“电气装置中的外露可导电部分，都应通过保护导体或保护中性导体与接地极相连接，以保证故障回路的形成。凡可被人体同时接触的外露可导电部分，应连接到同一接地系统。”由于电气化历史早于信息化，视频同轴电缆的屏蔽层不得不将不同地点的视频设备连接起来。这就出现了图3所示的地环路问题。

　　（3）地环路[3]：地表两点之间的电阻总不为零且随时间变化。电力系统负载不平衡以及太阳磁暴产生的地磁电流都会导致电气设备不同接地点之间产生时变电位差，一旦有导体将两处设备连接起来形成环路，设备之间就有地环电流叠加，形成信号传输系统中的共模噪声（主要的频谱分量集中在50Hz及其谐频）。CVBS视频信号动态范围在56.9dBmV量级，而严重的地环路共模噪声一般都会达到50dBmV以上。显然，设计的问题空间包含了建立原始设计目标与针对信道噪声处理技术需求的内在关系。

　　1.3.2 领域知识

　　（1）纵向电流和横向电流：电气/电子专业领域使用“横向电流”定义信号回路中的电流；而“纵向电流”代表地环路中的噪声电流，它被称为共模噪声，会引起信号接收端参考电位的不平衡。

　　PAL制式的CVBS水平行信号波形参数中与设计目标密切相关的数据[4]：

　　行同步脉冲电平为300mV；视频模拟信号的动态范围为20log700=56.9dBmV；彩色副载波信号的峰-峰值为300mV，载频4.43MHz；CVBS带宽比至少要达到105；传输功率峰值13mW（属于小功率信号范畴）。