VGA分配器將來(lái)自一個(gè)信號(hào)源的視頻信號(hào)分配成兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)。高分辨率視頻分配放大器的一個(gè)常見(jiàn)應(yīng)用就是,在接收來(lái)自一個(gè)計(jì)算機(jī)視頻端口的信號(hào)后將其放大,并在保持原有信號(hào)質(zhì)量的情況下將其分配到兩個(gè)或多個(gè)高分辨率數(shù)據(jù)顯示設(shè)備。分配放大器同時(shí)提供信號(hào)的峰值和電平調(diào)整和均衡等放大和增強(qiáng)功能。分配放大器上的每路輸出都經(jīng)過(guò)緩沖處理,所以在信號(hào)分配時(shí)仍可保持原始信號(hào)的清晰度和強(qiáng)度,完全達(dá)到桌面效果。分配器可以做成1分2,1分4等。VGA雙絞線傳輸具有長(zhǎng)距離驅(qū)動(dòng)能力,可將電腦主機(jī)輸出的RGBHV形式的信號(hào),通過(guò)非屏蔽五類(lèi)及五類(lèi)以上雙絞線(CAT5/5E/6)平衡傳輸,高保真地傳輸30.0 m,傳輸后的視頻效果沒(méi)有重影、沒(méi)有拖尾、畫(huà)面清澈如初,線材好時(shí)可達(dá)500 m,可廣泛應(yīng)用在液晶、等離子平板多媒體廣告工程中。
1 系統(tǒng)組成
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括兩部分,一部分是視頻信號(hào)的本地分配,實(shí)現(xiàn)1分2、1分4等;另一部分是視頻信號(hào)的遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng),遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)又包括本地發(fā)送端和遠(yuǎn)程接收端。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。
2 VGA信號(hào)分配
VGA信號(hào)分配是指在本地分配,即一路VGA信號(hào)帶2個(gè)、4個(gè)顯示器。VGA信號(hào)分配包括兩部分,一是視頻信號(hào)R,G,B的分配;二是同步信號(hào)HSYNC,VSYNC的分配。
2.1 同步HSYNC,VSYNC信號(hào)的分路
水平、垂直同步信號(hào)HSYNC,VSYNC經(jīng)過(guò)74HC04高速反相器后,輸出波形得到整形,提高帶負(fù)載的能力后,分別接至輸出分路器1、2路的水平、垂直同步信號(hào)線上,實(shí)現(xiàn)VGA水平、垂直同步信號(hào)的1分2功能。同步信號(hào)分路如圖2所示。
2.2 視頻信號(hào)R、G、B的分配
視頻信號(hào)R,G,B分路如圖3所示。C101和R107構(gòu)成高通網(wǎng)絡(luò),下限截止頻率為1/(2πRC),如果C101選33 nF,R107選150 Ω,則下限截止頻率fL=1/(2πRC)=1/(2π×150×33×10-9)=3 215 Hz,改變電阻R107和電容C101的值,就可以改變下限頻率。Q100,Q101,Q102為高頻三極管,截止頻率應(yīng)大于視頻信號(hào)的最高頻率。頻率信號(hào)經(jīng)電容C101耦合至Q100的基極,Q100飽和導(dǎo)通,導(dǎo)通時(shí)Q100的VCES約為0.3 V,流過(guò)R102電阻的電流為ic,流過(guò)電阻R101的電流為ie。因?yàn)閕c≈ie,則Q100集電極的電壓為。如果,VCC設(shè)置為5V,則VC=1.76V。Q101,Q102構(gòu)成兩級(jí)射極跟隨器,VGA OUT1 RED,VGA OUT2 RED分別接至輸出分路器1,2路VGA的紅色信號(hào)輸入端,驅(qū)動(dòng)VGA紅色信號(hào),輸出電壓為VCC-VCES=(5-0.3)V=4.7 V,提高了系統(tǒng)的帶負(fù)載能力。VGA信號(hào)的藍(lán)色信號(hào)、綠色信號(hào)分路原理與紅色信號(hào)一致,從而實(shí)現(xiàn)了VGA信號(hào)的1分2功能。
3 VGA信號(hào)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)
VGA信號(hào)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)包括兩組發(fā)送端和接收端。發(fā)送端將信號(hào)差分放大后,接入RJ-45網(wǎng)口,通過(guò)CAT-5雙絞線傳輸至遠(yuǎn)程端。遠(yuǎn)程接收端從RJ-45口將信號(hào)接收下來(lái),處理后還原成清晰的視頻信號(hào)接入本地VGA接口。
3.1 VGA發(fā)送端
VGA信號(hào)遠(yuǎn)程傳輸中,由于傳輸導(dǎo)線的阻抗會(huì)引起信號(hào)的衰減,傳輸?shù)木嚯x越長(zhǎng)衰減越大,從而造成信號(hào)不能正確讀取。因此,VGA信號(hào)在遠(yuǎn)程傳輸?shù)陌l(fā)送端需要將信號(hào)差分放大,以提高信號(hào)的傳輸能力。本系統(tǒng)發(fā)送端選用EL4543為差分放大器件。EL4543是Intersil公司生產(chǎn)的帶同步編碼的三路差分雙絞線驅(qū)動(dòng)器。EL4543是高帶寬(350 MHz)的三路差動(dòng)放大器,可對(duì)視頻同步信號(hào)進(jìn)行完整的編碼,它的輸入適合處理單端或差分形式的高速視頻或其他通信信號(hào)。高帶寬是標(biāo)準(zhǔn)雙絞線或同軸電纜線上的差分信號(hào),有非常低的諧波失真,同時(shí),內(nèi)部反饋保證輸出有穩(wěn)定的增益和相位,以減少輻射的電磁干擾和諧波。嵌入邏輯將標(biāo)準(zhǔn)的視頻水平和垂直同步信號(hào)編碼到雙絞線的共模信號(hào)上,帶同步信息的VGA輸入RGB信號(hào)后與EL4543輸入端上的75 Ω的終端電阻相連,單端的RGB信號(hào)被轉(zhuǎn)換為差模信號(hào),HSYNC和VSYNC在三個(gè)差動(dòng)信號(hào)各自的共模信號(hào)上進(jìn)行編碼。EL4543的50 Ω終端輸出驅(qū)動(dòng)差分R,G,B,同步信號(hào)編碼在CAT-5雙絞線電纜的共模中。不帶信號(hào)頻率均衡的系統(tǒng),可在200英尺的CAT-5雙絞線上很好的傳輸。對(duì)于更長(zhǎng)的電纜,在接收端用頻率和增益均衡技術(shù)(EL9111)和延遲線技術(shù)(EL9115)來(lái)補(bǔ)償信號(hào)的衰減,從而調(diào)整接收端的信號(hào)的相位不匹配。發(fā)送端EL4543驅(qū)動(dòng)如圖4所示。
3.2 VGA信號(hào)接收端
EL9111是三通道差分接收器和均衡器,含有三個(gè)高速差分接收器,具有5個(gè)可編程的電極。EL9111帶寬為150 MHz,均衡長(zhǎng)度由一個(gè)單獨(dú)引腳上的電壓設(shè)定。EL9111有兩個(gè)邏輯輸入引腳(ENBL)和開(kāi)關(guān)增益(X2)。邏輯電路的邏輯基準(zhǔn)管腳(VREF)的電勢(shì)之上都有1.1V的額定門(mén)限。在多數(shù)應(yīng)用中,芯片工作在+5 V,0 V,-5 V的供電系統(tǒng)中,邏輯值在0~+5 V之間。EL9111的特點(diǎn)是共模譯碼,可對(duì)水平和垂直方向上的信息進(jìn)行譯碼,該信息由EL4543的三個(gè)差分輸入端譯碼,因此僅用三對(duì)電纜,就可完整地傳輸RGB視頻信號(hào)和相關(guān)的同步信息,如圖5所示。
EL9115是三路模擬延遲線,可對(duì)三個(gè)信號(hào)提供斜率補(bǔ)償。EL9115對(duì)由典型的CAT-5電纜(每對(duì)電線有不同的電長(zhǎng)度)引入的斜率,可提供非常好的補(bǔ)償。EL9115總延遲為62 ns,可在每個(gè)通道上設(shè)置2 ns的步長(zhǎng)。EL9115延遲時(shí)間由延遲寄存器內(nèi)8 b數(shù)據(jù)決定,延遲寄存器的數(shù)據(jù)格式為:0abVWXYZ。當(dāng)ab=01時(shí),表示紅色寄存器,當(dāng)ab=10時(shí),表示綠色寄存器當(dāng)ab=11時(shí),表示藍(lán)色寄存器。延遲寄存器的數(shù)據(jù)乘以步長(zhǎng)即為延遲的總時(shí)間。如表1所示。
延遲寄存器數(shù)據(jù)由外部AVR單片機(jī)程序設(shè)置(圖5中未畫(huà)出),NSEnable,SCLOCK,SDATA三個(gè)引腳和單片機(jī)的三個(gè)引腳構(gòu)成串行總線通信,通信時(shí)序如圖6所示。
通信的模擬程序如下:
4 結(jié)語(yǔ)
當(dāng)頻率較高或有較大負(fù)載時(shí),內(nèi)部功耗引發(fā)芯片溫度升高,EL4543的驅(qū)動(dòng)能力將受到限制。EL4543的模片最高為125℃,因此設(shè)計(jì)線路板時(shí)應(yīng)做好芯片的散熱工作。同時(shí),傳輸視頻信號(hào)時(shí),PCB上要有一個(gè)“健康”的接地平面,接地端必須靠近輸入端,以使輸入電容最??;而接地平面應(yīng)盡量遠(yuǎn)離信號(hào)輸入端,以防止負(fù)載和電源電流流入輸入接點(diǎn)。采用此系統(tǒng)設(shè)計(jì)要做好相關(guān)的電磁干擾(EMI),才能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的功能。