AV系統集成工程中常見(jiàn)信號模糊拖尾現象分析

    目前系統集成工程中，尤其是VGA信號遠距離傳輸是工程中較為常見(jiàn)的問(wèn)題，所謂傳輸系統是指從計算機出口到顯示部分入口之間的所有環(huán)節，包括分配器、矩陣、電纜及圖形控制器等等，由于信號傳輸距離較遠，傳輸系統的參數及周?chē)姶怒h(huán)境對信號質(zhì)量產(chǎn)生的影響不容忽視，

    常見(jiàn)到的現象表現為：圖像模糊、變暗，拖尾和重影，以及圖像顯示不穩定（如：跳動(dòng)或黑屏等）等

    以上現象產(chǎn)生的原因不同，解決的方法不同。我們將其分為四大類(lèi)：

    由于傳輸系統的幅頻特性及群延時(shí)特性造成的圖像模糊、變暗、拖尾；
    由于設備產(chǎn)生自激或環(huán)境電磁干擾產(chǎn)生的高頻干擾；
    由于系統電源地線(xiàn)處理不當造成的低頻干擾； 
    由于設備或傳輸系統或接插件等阻抗不匹配而引起的重影反射及顯示不穩定。
    本文先對模糊拖尾現象做出原理分析并提供一些解決方案，其他幾種情況將在今后加以論述。

造成模糊拖尾和變暗現象的原因從原理上可分為兩部分，一是信號在傳輸過(guò)程中的幅頻特性既帶寬不夠而引起的模糊和變暗；二是傳輸過(guò)程中的群延時(shí)特性造成的拖尾現象。幅頻特性，簡(jiǎn)言之就是不同頻率分量與幅度衰減之間的關(guān)系，以1024x768分辨率為例，一般認為其帶寬在90）120MHz之間，所以我們關(guān)心100米100MHz的衰減情況。就矩陣切換器和分配器而言，本身均帶有一定的提升和驅動(dòng)能力，滿(mǎn)足信號傳輸不是問(wèn)題，但考慮到接插件的損耗，此部分的提升和驅動(dòng)能力在傳輸系統設計和分析時(shí)不予考慮。目前造成模糊、變暗、拖尾現象的問(wèn)題主要集中在傳輸的電纜上，因為傳輸中使用的電纜，就幅頻特性而言，其衰減呈反對數型。（如圖1-1中A曲線(xiàn)）

即頻率越高衰減越大，具體指標祥見(jiàn)下表

由于各頻率分變量的衰減，所以造成圖像變暗（亮度不夠）和模糊，為改善該種情況，應使傳輸設備的特性曲線(xiàn)呈對數型，如圖1-1中的B曲線(xiàn)。但在電路實(shí)踐中不可能達到這種理想狀態(tài)，一般呈拋物線(xiàn)型如圖1-1中的C曲線(xiàn)。合成的結果呈如圖1-1中的D曲線(xiàn)。我們一般關(guān)心合成后的整形帶寬，可保證線(xiàn)路傳輸帶寬為80）120MHz，能夠明顯地改善變暗、模糊等情況，確保其高頻分量的傳輸與顯示。也有一些其它品牌的驅動(dòng)器，由于設計及各種原因，其帶寬較窄，在30）50 MHz左右，這樣雖有提升改善，但并未解決根本問(wèn)題。

群延時(shí)特性（Group Delay）是指：信號傳輸過(guò)程中，由于分布參數的存在，傳輸系統的特性參數不是純阻的，而是由電阻、電容、電感組成的網(wǎng)絡(luò )，因此不同的頻率分量在同一介質(zhì)傳輸時(shí)，到達的時(shí)間不同或有相位差，具體數學(xué)模型及分析這里不作詳細論述，就其產(chǎn)生的實(shí)際結果而言。這種群延時(shí)特性會(huì )造成信號波形的后延，即造成拖尾。如圖2-1。在傳輸設備中，要解決群延時(shí)問(wèn)題，就要對傳輸系統進(jìn)行預加重，即預失真，如圖2-2，合成后的波形將有明顯改善，如圖2-3。不同的電纜和不同的傳輸距離其幅頻特性和群延時(shí)特性不同，應根據不同情況進(jìn)行調整。根據我們的研究，傳輸系統幅頻特性越好，其群延時(shí)特性也越好。即一般而言的線(xiàn)越粗衰減和拖尾就越小。

在無(wú)補償情況下，65HZ 1024x768分辨率的RGBHV信號（100MHZ）理論上用SYV-75-3的電纜傳輸僅僅為20米，SYV-75-5-1的電纜也只能傳輸30多米。但在工程實(shí)踐中多數工程商和用戶(hù)認為-6dB帶內損耗傳輸的圖像可以接受，-9dB帶內損耗傳輸的圖像能夠容忍，但群延時(shí)特性則必須進(jìn)行延時(shí)預加重調整，以解決拖尾問(wèn)題。

用于補償電纜幅頻特性和群延時(shí)特性的長(cháng)線(xiàn)驅動(dòng)補償分配器（Line Driver），以解決工程中對信號遠距離傳輸的問(wèn)題，一般認為，3+2或3+4電纜，距離應控制在20 m左右，75-5電纜應控制再50m左右，如大于此距離，就應用長(cháng)線(xiàn)驅動(dòng)器進(jìn)行補償。因工程中使用的電纜規格型號不同，其直流阻抗、等效阻抗、分布電容、電感等參數不同，因此，必須對不同的情況進(jìn)行補償，理論上講，通過(guò)對電容、電感和電阻的調整可以解決，但實(shí)際應用中，電容、電感的可調范圍較小，而且要對R、G、B三路信號同時(shí)調整，且調整量要一致，因此要想實(shí)現連續可調難度很大，目前多采用預先設計好的網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行迭加，即進(jìn)行分檔調整而不采用連續調整，但必須是可調整的，如果采用固定電路進(jìn)行一定的補償，不可能符合現場(chǎng)的不同情況，不應稱(chēng)為長(cháng)線(xiàn)驅動(dòng)器。

長(cháng)線(xiàn)驅動(dòng)補償設備可根據不同規格電纜的衰減特性及電纜的不同長(cháng)度，仿真電纜的反對數曲線(xiàn)特性，進(jìn)行了分檔位的增益補償和群延時(shí)調整，大部分設備補償最多達8/16級（每級約15米），設備帶寬可達200MHz（未加補償），調整后傳輸系統帶寬可達80）120MHz。VGAD-1x2CC/L 8檔調整補償器針對10dB/100米、100MHz電纜，對參數進(jìn)行優(yōu)化，在20m時(shí)起步調整，100m時(shí)達到最大，而VGAD-1x2CC/LT 16檔調整設備，在50m時(shí)起步調整，300m時(shí)達到最大，從目前看能滿(mǎn)足實(shí)際工程使用要求。

針對圖像不穩定乃至黑頻等現象，長(cháng)線(xiàn)補償驅動(dòng)器還可以對同步信號進(jìn)行了數字校正（ADSP，該技術(shù)非本文討論重點(diǎn)，這里不做細述）。長(cháng)線(xiàn)補償驅動(dòng)器操作便捷，設備前面板上設計了觸摸按鍵進(jìn)行補償檔位操作，此外，有的設備還增加了RS-232接口控制（VGAD-1x2CC/LT），便于客戶(hù)利用中控或PC機對其控制，并能節省設備，如圖3-1，例中對矩陣切換器而言，輸入線(xiàn)的長(cháng)度與輸出線(xiàn)的長(cháng)度各不相等，進(jìn)行補償時(shí)，原則上應在輸入部分采用不同的補償，以使輸入信號在矩陣入口時(shí)保持一致，由于輸出線(xiàn)長(cháng)度又不一致，也應針對其采取不同的補償，設備較多，如果采用圖3-2的方案，在完成切換的同時(shí)，將輸入、輸出線(xiàn)長(cháng)度的信息通知長(cháng)線(xiàn)驅動(dòng)器，令其按不同的長(cháng)度進(jìn)行補償調整，可節省設備，減少投資。

以上僅是我們對工程應用及相關(guān)原因分析的引玉之見(jiàn)，如有不足之處敬請指正！