[精彩]vga矩阵切换器(讯维)

[精彩]vga矩阵切换器(讯维) VGA矩阵切换器 简介 VGA矩阵切换器英文名 VGA Matrix，矩阵用来表示统计数据等方面的各种有关联的数据。VGA矩阵切换器又称VGA矩阵 矩阵切换器 在广电行业与显控等行业中，矩阵切换器的应用日益普及，本文主要针对模拟信号(视频、音频、VGA信号)矩阵切换器的一些问题进行研讨，因为模拟信号的信号格式、电路形式，主要指标及主要问题基本相同，当然针对不同的带宽、阻抗等会有些差异，但可归为一类问题，而数字矩阵在电路形式等方面与模拟方式差别较大，故另外讨论。 矩阵切换的概念及功能 矩阵切换器的概念引用高数中的线性代数的概念，一般指在多路输入的情况下有多路的输出选择，形成下图的矩阵结构，既每一路输出都可与不同的输入信号“短接”，每路输出只能接通某一路输入，但某一路输入都可(同时)接通不同的输出，如: 输出1=输入1，输出2=输入2，而输出3=输出4=输入3，或者说，每一路输出可“独立”地在输入中进行选择，而不必关心其它通道的输出情况，即可以与其它输出不同，也可以相同。举例说，8选4是指有4个独立的输出，每个输出可在8个输入中任选，或者说有4个独立的8选1，只是8个输入是相同的。经常与此混淆的是分配的概念，比如8选1分4，是指在8个输入中选择出1个输出，并将其分配成4个相同的输出，虽然外观上看有4个输出，但这4个输出是相同的，而不是独立的。一般习惯中，将形成M×N的结构称为矩阵，而将M×1的结构称为切换器或选择器，其实不过N=1而已，我们在讨论时都当作矩阵对待。 矩阵切换器的功能是在多路信号输入的情况下，可独立地根据需要选择多路(包括1路)信号进行输出，完成信号的选择。 矩阵切换的原理与技术指标 电路原理 切换原理选择的方式有很多种，最简单的就是将信号线直接接在一起，比如接线板，利用人工将输出信号线跳接在输入信号线上，也可完成选择，或利用琴键开关完成接通与断开，当然这是人工操作的，机械的，不存在指标等技术问题，故不作为矩阵切换讨论。第二种方式，利用继电器也可完成选择，利用电平控制继电器的通断，可完成输出线与输入信号之间的断开与联接，也可完成信号的选择，第三种方式是根据电路原理，利用芯片内部电路的导通与关闭进行接通与关断，并可通过电平进行控制完成信号的选择。 继电器方式与芯片方式各有优缺点。 继电器方式:如果不考虑输入匹配与输出驱动的电路部分的话，它与联线方式一致，是靠物理接触进行接通与断开，从这个角度上讲，是没有什么指标概念的(最多有接触电阻和反应时间)，因此技术指标好且价格低廉，其缺点在于稳定性较差，毕竟是靠物理接触，继 电器有一定寿命，原则上讲，有8万次平均无故障操作且操作时有声响，由于线路板走线原因，不能做的规模较大，显得不够高档。 芯片方式:由于靠电路进行接通与关断，芯片本身存在技术指标(在输入匹配与输出驱动一样的情况下)，因此要保障技术指标，就要选择专用的切换芯片，因此价格较高，但稳定性好，可形成的矩阵规模较大。 矩阵切换应保证的技术指标 矩阵切换器根据不同的应用领域，所 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 的技术指标也不同。以广电行业为例，为保证终端的显示质量，广电行业将整个信号传输过程，从摄像头开始到电视机为止，都进行了技术指标分配，对模拟矩阵切换和分配，所定的技术指标如表:GB/T14236-93 与本公司MCON-128*32实例指标: 国标中日常用到最主要的指标如下 1) 随机信噪比:信号通过任何设备，都会因为引入“噪声”而使质量变差，信噪比就是指信号与所产生的噪声的比，该值越大，表示引入噪声越小，在视频信号时，(6MHZ以内)信噪比要求至少达到65dB。 2) 幅频特性:信号通过设备时，各种频率的信号会有不同的衰减，一般是频率越高，衰减越大，对视频信号而言，一般不用带宽的概念(衰减3dB时的频率)，而是采用在6MHZ的频谱内(视频信号的频谱都在6MHZ以内)最大的衰减量，标准要求不超过0.2dB，如果考虑到音频的调制，在8MHZ内不超过0.5dB。 3) 路间串扰:多路信号在同一设备中，由于空间的辐射与电源的波动，彼此之间会形成干扰，称为串扰。串扰不能大于-55dB。 根据不同的应用，对指标的要求 1) 监控行业:监控行业中，由于信号只经过摄像，传输(一般是基带传输)，控制与显示，且显示时对图象的质量要求相对较低，只要能看清，并不作转播等工作，因此监控行业对矩阵的要求是功能多(能带云台控制、报警等)、指标低，此行业对矩阵的指标无明确的强制要求。 2) 广电和视频会议，广电不必多言，肯定是服从国标，按广播级标准要求，值得一提的是视频会议领域，视频信号要经传输，记录和转播，且受众对图象质量也有较高要求，故应选择广播级指标，而不能简单地采用监控类产品。 3) VGA信号应用，由于VGA信号带宽较宽，而且是有五路信号(R、G、B、H、V)同时传输，因此要求各通道的指标尽可能高(在6MHZ之内应满足广电的要求)，且必须保持一致，应该按照广播级对分量设备的技术要求。但由于VGA信号切换不象广电中应用得广，牵扯到广大的用户，故现在也没有强制的指标标准。 VGA矩阵开发设计 VGA矩阵的RGB交叉矩阵主要采用美国模拟器件公司生产的AD8108/AD8109，不仅集成了许多分立元件实现的功能，而且使用寿命长、电磁兼容性好、扩展性好;VGA矩阵的行场交叉属于数字信号，大部分厂家使用CPLD可编程逻辑器件。 1)AD8108/AD8109工作原理 AD8108(G=1)和AD8109(G=2)具有相同的内核。其容量都是8×8。主要由32bit移位寄存器、并行锁存器、解码器、64点的切换矩阵和输 出缓冲器等部分组成，AD8108/AD8109有两种控制方式，它们均通过芯片内的32bit移位寄存器对8路输入和8路输出进行切换控制。 当为低电平时，选择串行模式。在该模式下，以默认的顺序确定输出端口，而不用输入地址。AD8108/AD8109有8个输出端口，分别对应4bit数据，即D3,DO。其中D3用来阻断或使能该输出端口，当D3为0时，D2,DO无效，相应的输出端口阻断。D2,DO用来确定与某个输出端口相连接的输入端口。DATAIN通过CLK信号的下降沿驱动，依次传输OUT7[D3]、OUT7[D2]、OUT7[D1]、OUT7[D0]、……、OUT0[D3]、OUT0[D2]、OUT0[Dl]、OUT0[D0]数据到芯片内的32bit移位寄存器中，并由移位寄存器控制输入信号和输出信号的对应切换关系。当32bit数据全部输入完毕时，停止CLK信号，变为低电平，同时根据刚输入的32bit数据来切换矩阵的输入和输出。若CLK信号没有停止，则切换矩阵数据动态更改。当变为高电平时，32bit数据锁存完毕。采用串行模式的特点是使用的控制信号少，但速度慢:同时每次更改输入输出配置时，必须提供32bit的串行数据，这样才能将整个矩阵数据更改:此外，串行数据输出端也可为构建大容量的矩阵切换器提供方便，此时，只需将一个芯片的DATAOUT端连接到另一个芯片的DATAIN，而其它(如CLK、、、)则应该 并行连接。 当为高电平时。选择并行模式。在该模式下，当为低电平，设置为高电平且在CLK下降沿时，包括、A2,A0、D3,DO在内的引脚上的逻辑值都将进入带有4位并行加载功能的32位移位寄存器中。至于4位数据D3,D0装入到32位移位寄存器的哪一个4位单元，则由A2,A0决定。A2,A0将32位移位寄存器分成8个4位单元段，每一个4位单元段对应一个输出缓冲器。当为低电平时，上述移位寄存器的内容进入并行锁存模块，然后经8x4:8解码后，即可对开关矩阵进行控制，以实现由D3、D2,D0、A2,A0决定8路输入中的任一路输入向8路输出中的任一路输出。并行模式的特点:一是使用的控制信号多，但速度快;二是在改变单个输出通道的工作方式时，不需要重新编程设置整个切换矩阵。 2)时序及控制逻辑编程 AD8108/AD8109的信号通道带宽不低于250MHz(-3dB)，高于计算机视频信号和许多雷达视频脉冲的带宽，因而可用于复合视频、分量视频、压缩视频等许多宽频带信号的切换;该芯片将输出缓冲器集成在芯片内，减少了寄生电容，且使它的抗干扰能力较强;这种高密度集成模块更便于集成更大规模的视频矩阵切换电路;器件有串行或并行两种控制方式，其控制都比较简单，而且驱动能力强，能驱动150Ω负载。此外，该芯片功耗低，工作电流仅45mA，并有输出禁止功能，可允许多个芯片的输出直接连接。 3)控制逻辑的编程 串行工作模式通常使用引脚、CLK、DATAIN、和。第一步，应在低电平有效的情况下，设为低电平，使其工作在串行模式;第二步，串行输入32bit的数据以完成一次输入输出配置的更改。每个输出端口对应4bit位(D3,DO，D3先输入，如D3为低电平，则相应的输 出阻断，紧跟的D2,D0则没意义)，共8个输出端口，第8个输出端口的数据最先输入;第三步，在32bit的数据全部输入完毕时，停止CLK信号，变为低电平，并根据刚输入的32bit数据来切换矩阵的输入输出配置。如果在为低电平期间，CLK信号没有停止。则切换矩阵数据动态更改;第四步，变为高电平，32bit数据锁存完毕。 需要注意的是:如果多个AD8108/AD8109器件级联，则一次更改所需bit数是32与器件数的乘积。串行数据首先输入第一个芯片的DATAIN，然后依次进入其它芯片，直至最后的芯片。因此，给最后一个芯片的数据是程控序列的前端。 并行工作模式一次只允许更改一个输出端口的配置。由于一次更改只花费一个CLK和周期，因而极大地提高了更改速度。并行工作模式需用到引脚、CLK、、D3-D0、A2,A0和。第一步，首先是在低电平有效的情况下，设置为高电平，使其工作在并行模式;第二步则设置为高电平，同时设置输出地址A2,A0，和输入地址D2,DO，以及输出使能端D3，以使4位数据D3,D0装入由A2,A0决定的32位移位寄存器中的某个4位单元段。第三步，端置低电平。32位移位寄存器中的数据被锁存到并行寄存器中，再经8x4:8解码后控制矩阵完成切换。 必须重点考虑的是:复位信号不能复位AD8108/AD8109中的所有寄存器，只是将切换矩阵的所有输出通道设为禁止状态，而寄存器中切换逻辑仍置于一个随机的排列中。因此，不管是串行模式还是并行模式，初始上电后，都必须将所有的移位寄存器编程为期望的状态。 矩阵切换器选择 种类选择，广电和视讯会议应用，应选用广播级产品，监控应用可采用监控类产品，VGA信号(有些人也将其视为视频)要采用VGA信号矩阵。 大小选择 在一个 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 中，应将音频信号和视频信号和VGA信号看成三种不同的媒体。音频信号一般情况下输入数量较多，如话筒和CD以及碟机的音频等，但考虑到功放和音响一般只有一套，最多在功放之前加一级调音台进行混音，有可能需要几路信号，因此音频矩阵的输出不会很大，比如可以32×8或64×8，但没必要选择32×32或64×64，除非是广电和视讯会议传输，每路视频一定会有音频同步传送。 在设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 时，信号源的数量比较容易确定，看看有多少个信号源，矩阵的输入数量就定下来了，但要考虑好独立的输出通道个数，这是根据系统的操作模式而定，有时可能有几台显示设备之间仅有分配关系(彼此永远一致，不独立)那么就可考虑占用一个输出口再加分配器，如果这些设备有可能是独立的，那么还是各占一个独立的输出口好一些。 矩阵切换器做为传输系统的一部分，所出现的主要问题请见拙作“工程中常见的问题与解决”，原理是相同的，不外乎是几种产生的机理，只要能将现象分清，解决的方向应该没有大问题。比较特殊一点的是利用小规模矩阵组成大规模的问题，例:在用64×32组成128×32时，不能用二台64×32组成128×64，这还是分组使用的概念，而应用三台64×32 组成128×32，如下图，这是全矩阵的概念，因此组合使用时应分清分组使用和全矩阵的区别(全矩阵是指每一输出口都可在所有输入中全选，而且彼此独立)。 厂家的选择 生产矩阵的厂家很多，标称指标各不相同，由于这类设备不是实验室的样机，而是工程应用产品，因此工程中的适用性问题和可靠性问题非常重要。工程现场情况各有不同，在产品的成熟过程中需要经过不断的工程检验，发现问题需要及时改进，因此产品的成熟过程比较长，常见到的情况是:在现场，利用某些品牌的产品，工程中会出现一些技术问题，而用其它品牌的产品后，问题便可解决，并非前一品牌产品有多大错误，只是它的适用性不及后一种品牌产品，通俗地讲，是学费没有交够，遇到的问题没有足够多，产品设计上有考虑不周之处，因此选择专业生产公司的产品，因为它的产品已经相对成熟一些了。 厂家的标称指标，尤其是VGA信号产品，矩阵设备是显示的核心设备，如果出问题会是全局性的问题，会使整个系统瘫痪，因此稳定性、可靠性是压倒一切的，情愿价格高一点，甚至是指标低一点，也要保证稳定、可靠。 技术支持方面，在工程现场中遇到的问题千奇百怪，厂家的技术支持能力是很重要的指标，有独立的研发能力，对问题产生的机理有正确认识，产品适用性强，稳定可靠，有较强现场解决能力的厂家合作，如:成都讯维信息技术有限公司。 特性 ? 实现自动增益技术 VGA 矩阵切换器带有断电现场保护功能; 能够自动保存设备上次关机时的状态; 部分允许对 HV 信号和 RGB 信号进行延迟切换; 调整延迟时间; 采用新型的 LED 面板显示和轻触式按键; 状态显示直观合理，设备操作更加简便; LCD 屏显示输入输出的控制状态; 具有断电现场保护功能; 简捷的前面板操作，后面板上有一个能与控制系统联机使用的 RS-232C 通讯端口; 安装快捷，操作简单。 主要技术参数 VGA通道 带宽:500MHz 亮度色度干扰 :-50dB@10MHz 信号类型:数字VGA，数字TMDS 微分相位I/0S:<1.28度，3.58MHz 微分增益误差 :0.1%, 3.58-4.43MHz 隔离度(串扰) : <-85db(10MHz) 输入信号电平:1.2伏p,p ，5伏p,p(TTL) 非线性失真 : <0.02%/0.02º (RL=150Ω) 支持分辨率:高清480i,1080p/640X480,1600X1200(60Hz) 输入输出接口:HD15PIN(VGA) 控制方式:RS-232、红外、键盘面板 控制 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 :9600 波特， 8 位， 1 个 停止位，无奇偶校验 输入电平: 0.7Vp-p 输入助抗: 75Ω 输出助抗: 75Ω 同步通道 输入电平: TTL 输出电平: TTL 输入阻抗: 10KΩ 输出阻抗: 33Ω 同步极性: 跟 随输入 产品规格: 电源AC:110V - 240V , 50 / 60 Hz 功率: 50W 尺寸:482mm(长)x 280mm(宽) x 90mm(高) 重量:5.0kg 机架安装:19英寸标准 2U高度 平均故障间隔时间MTBF:42000 小时 选择 1) 种类选择，广电和视讯会议应用，应选用广播级产品，监控应用可采用监控类产品，VGA信号(有些人也将其视为视频)要采用VGA矩阵切换器。 2) 大小选择:在一个工程中，应将音频信号和视频信号和VGA信号看成三种不同的媒体。音频信号一般情况下输入数量较多，如话筒和CD以及碟机的音频等，但考虑到功放和音响一般只有一套，最多在功放之前加一级调音台进行混音，有可能需要几路信号，因此音频矩阵的输出不会很大，比如可以32×8或64×8，但没必要选择32×32或64×64，除非是广电和视讯会议传输，每路视频一定会有音频同步传送。 在设计方案时，信号源的数量比较容易确定，看看有多少个信号源，矩阵的输入数量就定下来了，但要考虑好独立的输出通道个数，这是根据系统的操作模式而定，有时可能有几台显示设备之间仅有分配关系(彼此永远一致，不独立)那么就可考虑占用一个输出口再加分配器，如果这些设备有可能是独立的，那么还是各占一个独立的输出口好一些。 在很多情况下，输入和输出数量很大，如果采用大型VGA矩阵切换器，造价会较高(矩阵是越大越难作、成本也越高)可以考虑是否能够分组使用，例如在监控时，可以让显示墙中某些显示设备只显示某一区域的信号，而其它设备各自显示其它特定区域的信号，那么就可将大规模矩阵折分成小规模的矩阵(如将128×64折分成4台32×16)如果各区之间有可能需要互传信号。 VGA矩阵切换器做为传输系统的一部分，不外乎是几种产生的机理，只要能将现象分清，解决的方向应该没有大问题。比较特殊一点的是利用小规模矩阵组成大规模的问题，例: 在用64×32组成128×32时，不能用二台64×32组成128×64，这还是分组使用的概念，而应用三台64×32组成128×32，这是全矩阵的概念，因此组合使用时应分清分组使用和全矩阵的区别(全矩阵是指每一输出口都可在所有输入中全选，而且彼此独立)。 功能单元设计 实现VGA矩阵切换器显示，除了实现时序控制，还必须有其他功能单元的支持才能实现完整的图像显示。 1 控制器 VGA显示有多种模式，需要通过控制器实现模式间切换，还需要对显示的内容进行接收、处理和显示。所以控制器的性能越高，数据更新和显示效果就越好。 2 显示数据缓存区 VGA显示要求显存速度快、容量大。读速度要达到65MHz以上，存储容量至少要2MB。可采用高速SRAM或SDRAM作为显示数据缓存。 3 数模转换器DAC VGA显示对数模转换DAC有如下要求:一是高速转换，转换的速度应该在80MHz或以上;二是同步性好，能保证 R、G、B三路信号的同步性;三是有相应的精度。可选择一种包括3路8位高速D/A的专用视频芯片。 4 数据源及其接口 要提高VGA显示的效率，就要不断更新数据，同时还要保证实时性，因此需要非常高的接口速度。VGA显示卡虽可达到100Mbps的数据更新速度，但是一般设备、特别是嵌入式设备达不到这么高的速度，而且大多数情况下也不需要这么高的数据更新率。目前常用接口为EPP接口、USB接口、 TCP/IP、RS232C/485等。其中TCP/IP、EPP接口和USB接口是基于计算机的，速度较快;TCP/IP、RS232C/485是基于网络通信的接口，其中RS485速度虽慢，但应用广泛且容易实现远程控制。在数据源为低速接口时，可以考虑采用 Flash或者SM存储卡等预先存储一些常用的图像显示数据和字库文件，在更新数据时直接应用这些数据，从而加快显示缓存的更新速度。这样既能满足高分辨率图像的显示，又能满足文字信息数据的快速更新。刚时为了存储更多的图像，可以先存储JPEG格式图像，再由控制器解码成BMP位图图像后送到显示缓存显示，这样就相对扩展了Flash的存储空间。同时，由于图像的解码速度要大大快于数据源接口的速度，也就相应提高了显示缓存的数据更新速度。显存数据更新与显示的同步实现在VGA显示时，要考虑如何实现显存数据更新与显示的同步进行。解决的方案有以下几种: (1) 采用具有缓存作用的双口RAM，这种方法使用的器件数量多、功耗大、成本高，基本不可取。 (2) 采用两组SRAM进行乒乓工作模式，一组SRAM用于显示的同时，另一组SRAM用于图像数据的更新，然后在两组SRAM之间切换。这样做会提高一些成本，而且需要更复杂的总线控制。 (3) 利用FPAG/CPLD和SDRAM构造双口SRAM。这种方法实时性好，成本较低，时序控制比较复杂，它是 实现高性能低成本要求的最佳方案。 (4) 采用一组SRAM作为显存，可以简化系统设计、降低成本。这时可以考虑利用行时序和帧时序中SRAM总线空闲的时序段，在不关闭图像显示的情况下实现显存SRAM的数据更新。该方法的更新率与数据写速度密切相关，显存的写数据速度越快，该方法的更新率就越高。假设CPU的工作时钟最大为60MHz，并采用JPEG解码更新方式。这时如果将解码缓存区分配在CPU片内内存，则更新数据时直接由内存向 SRAM写数据，一次需要0.17μs;如果将解码缓存区分配在片外空间，则更新数据时CPU要先从片外读数据，再向SRAM写数据，这样写一次需要 0.25μs。在相邻显示的两帧图像只存在局部差别或更新文本显示信息时，可使用局部数据更新方法，以提高更新率。 嵌入式VGA显示系统 基于以上方案设计的嵌入式VGA显示系统在只有系统控制板和CRT显示器的情况下实现了嵌入式高分辨率VGA显示。通过对嵌入式VGA显示系统的设计 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 和实际使用，得到如下结论: (1) 由于VGA显示是一个高速过程，所以选择器件时要选择高速器件。 (2) VGA显示时序要求较严格，时序中的前后沿及同步脉冲宽度都要依照严格的参考数据设置。 (3) 在一般情况下，由于数据接口的限制，数据更新率不能达到计算机的水平。通过一些特殊设计，还是能够满足大多数嵌入式VGA的需求。 (4) 性能、成本和复杂度要综合考虑，要以系统的实际需求为目标，采用合理而实用的设计方案。 VGA信号 在显卡上所有处理信息最终都会输出显示到显示器上，因此显卡的输出接口就是电脑与显示器之间的媒介,负责输出相应的图像信号。CRT显示器因为设计制造上的原因，只能接受模拟信号输入，这就需要显卡能输入模拟信号。VGA接口就是显卡上输出模拟信号的接口。市面上许多显示器产品为了与VGA接口相匹配，所有常采用VGA接口。VGA接口是一种D型接口，共有15针孔，五个一排。VGA接口是显卡上广为使用的接口类型，绝大多数的显卡都支持该种接口。 在目前，计算机与外部显示设备之间的连接都是通过模拟VGA接口完成。计算机本身已数字方式生成显示信息，然后显卡中的转换器将其转变为RGB三原色信号输入显示器，完成信号同步，信号通过电缆传输到显示设备中。对于显示设备，如模拟CRT显示器，信号被直接送到相应的处理元器件上进行驱动控制显像管，最终形成生成图像。对于DLP投影等数字显示设备，显示设备中需配置相应的模拟/数字转换器将模拟信号转变成数字信号。在经过D/A与A/D转换后，通常会造成图像不可避免地细节损失。因此VGA接口常应用于CRT显示器液晶之类的显示设备，但是转换过程中显示效果略微下降。VGA矩阵实现的是多路VGA信号输入，多路信号输出。