??? 摘 要: 介紹了一種寬頻帶" title="寬頻帶">寬頻帶低串?dāng)_" title="串?dāng)_">串?dāng)_視頻切換" title="視頻切換">視頻切換矩陣的設(shè)計(jì)。該矩陣采用美國(guó)ADI公司的AD8108作為寬頻帶視頻切換矩陣的信號(hào)切換芯片,采用AT89C51作為微控制器完成矩陣切換的控制和外圍界面的維護(hù),。實(shí)現(xiàn)的視頻切換矩陣具有325MHz的帶寬能力和低通道間串?dāng)_、低進(jìn)出串?dāng)_的特性,同時(shí)具有-98dB的高進(jìn)出隔離度,完全可以滿足各行業(yè)中對(duì)高性能視頻和VGA信號(hào)的切換需求。
??? 關(guān)鍵詞: 寬頻帶? 視頻切換矩陣? 低串?dāng)_? AD8108

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??? 隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中對(duì)視頻切換的要求也越來越高,。在有線電視系統(tǒng),、高質(zhì)量視頻監(jiān)控系統(tǒng)和大屏幕顯示系統(tǒng)中,高質(zhì)量視頻和VGA信號(hào)要求使用寬帶寬、低串?dāng)_的切換矩陣系統(tǒng)來完成信號(hào)源的切換過程,。以前的切換矩陣使用的大多是機(jī)械式或是電子開關(guān)式的,它們的缺點(diǎn)通常是通道帶寬不能通過高質(zhì)量高分辨率的信源,并且存在強(qiáng)的串?dāng)_現(xiàn)象,。
1 AD8108芯片簡(jiǎn)介
??? AD8108是一種8×8的高速無交叉切換開關(guān)芯片,傳輸帶寬可達(dá)325MHz。芯片輸入口使用NPN差分輸入管,并帶有150Ω電阻對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行緩沖,加上無阻塞式的傳輸,使得AD8108能達(dá)到高性能的視頻應(yīng)用效果,。AD8108具有0.1dB的增益平坦度和0.02%/0.02度的差分增益/差分相位錯(cuò)誤率,而串?dāng)_抑制僅為-83dB,。通過串行或并行輸入的控制信號(hào)可以對(duì)AD8108實(shí)現(xiàn)切換控制。串口" title="串口">串口控制數(shù)據(jù)的輸出可以方便地結(jié)合多個(gè)AD8108芯片來生成更大規(guī)模的視頻切換矩陣,。AD8108芯片可應(yīng)用在高速信號(hào)切換矩陣中,實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合視頻(NTSC,PAL,SECAM),、分量視頻(YUV,RGB)、壓縮視頻(MPEG,Wavelet)和HDB3數(shù)字視頻的切換,。通常計(jì)算機(jī)的VGA信號(hào)可以轉(zhuǎn)換成R,、G、B,、H,、V等五路信號(hào),然后通過AD8108組成的切換矩陣進(jìn)行切換。AD8108芯片的信道切換時(shí)間小于25ns,并且僅有小于1%的信號(hào)耗損。
2 視頻切換矩陣的硬件原理
??? 寬帶寬低串?dāng)_視頻切換矩陣系統(tǒng)主要由三片AD8108芯片,、兩片可編程邏輯器件ispMACH4A5和一片AT89C51微控制器組成,。AD8108芯片內(nèi)部集成了8×8的矩陣切換單元,用于對(duì)輸入輸出信號(hào)進(jìn)行切換。兩片ispMACH4A5模擬AD8108芯片的切換過程,用于對(duì)同步數(shù)字邏輯進(jìn)行切換,。而AT89C51芯片作為微控制器用于對(duì)切換矩陣各單元進(jìn)行切換控制以及用于構(gòu)成人機(jī)界面和構(gòu)建RS232串行通信接口,。
??? 視頻切換矩陣系統(tǒng)的硬件原理圖如圖1所示。圖中的三片AD8108芯片分別完成R,、G,、B信號(hào)的8路輸入和8路輸出的切換,Rin[1-8]、Gin[1-8]和Bin[1-8]表示R,、G和B信號(hào)8路輸入,。Rout[1-8]、Gout[1-8]和Bout[1-8]表示R,、G和B信號(hào)的8路輸出,。對(duì)AD8108切換芯片的控制有串行輸入控制和并行輸入控制兩種。AD8108芯片通過芯片內(nèi)的32個(gè)寄存器對(duì)8路輸入和8路輸出進(jìn)行切換控制,。在串行輸入控制時(shí),AD8108的DI腳通過CLK腳信號(hào)的下降沿驅(qū)動(dòng),依次傳輸OUT7[D3],、OUT7[D2]……OUT0[D1]、OUT0[D0]信號(hào)到芯片內(nèi)的32個(gè)寄存器中由寄存器控制輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的對(duì)應(yīng)切換關(guān)系,。而并行輸入控制則通過D0,、D1、D2,、D3信號(hào)管腳和A0,、A1、A2信號(hào)管腳來完成,。A0,、A1、A2信號(hào)定義要控制的輸出信道,D0,、D1,、D2選擇這一信道對(duì)應(yīng)的輸入切換信道,而D3則控制由A0、A1,、A2信號(hào)指定的輸出信道的開通和關(guān)閉,。在AD8108中,/CE信號(hào)用來選中芯片。/RST用來對(duì)AD8108芯片進(jìn)行初始化,但這個(gè)初始化沒有對(duì)寄存器內(nèi)容進(jìn)行初始化,而僅僅對(duì)切換矩陣輸出狀態(tài)進(jìn)行初始化,使得所有通道輸出處于禁止?fàn)顟B(tài),而寄存器中切換邏輯仍置于一個(gè)隨機(jī)的排列中,。/UPDATE信號(hào)用于將寄存器內(nèi)的信息置于切換矩陣上,使得設(shè)置的矩陣切換邏輯起作用,。而DO管腳則用于多個(gè)AD8108芯片之間的串聯(lián)控制。在實(shí)現(xiàn)了R,、G,、B信號(hào)切換之后,可由兩片可編程邏輯芯片ispMACH4A5對(duì)H、V信號(hào)進(jìn)行切換。由于H信號(hào)和V信號(hào)是同步的數(shù)字邏輯信號(hào),這里采用15ns上升時(shí)間的數(shù)字可編程邏輯器件來完成H,、V信號(hào)的切換,以保證數(shù)字同步邏輯的沿同步,。圖1中的ispMACH4A5(1)完成H信號(hào)的8×8切換,ispMACH4A5(2)完成V信號(hào)的8×8切換。ispMACH4A5芯片的S/PAR,、CLK,、DI、DO,、/UPDATE,、/CE、/RST,、D[3:0]和A[2:0]信號(hào)的連接和AD8108芯片連接相一致,同時(shí)在ispMACH4A5中組建了與AD8108邏輯一致的切換矩陣邏輯,。AD8108和ispMACH4A5中的/CE信號(hào)連接在一起是將R、G,、B,、H、V捆綁起來一起控制,以完成對(duì)VGA信號(hào)的五路信號(hào)R,、G,、B、H,、V的同步切換過程,。當(dāng)然,R、G,、B、H,、V也可以分開進(jìn)行單獨(dú)控制以形成更多組合和更細(xì)的切換,。

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??? 在圖1中,AT89C51用于對(duì)AD8108和ispMACH4A5芯片進(jìn)行切換控制。P10到P15通過74F244緩沖形成CLK,、S/PAR,、DI、/UPDATE,、/CE和/RST后與AD8108和ispMACH4A5芯片中相應(yīng)的管腳相連,。而P20到P26管腳則通過74F244芯片緩沖后依次與AD8108和ispMACH4A5芯片的D0、D1,、D2,、D3、A0,、A1,、A2相連。AT89C51的P0口與ALE/P管腳,通過74F373與8255芯片進(jìn)行連接。8255擴(kuò)展出來的PA口,、PB口和PC口用于鍵盤的輸入和LED的顯示控制,。AT89C51還將TXD和RXD管腳與MAX232的TX1和RX1相連,擴(kuò)展出串口以方便遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過串口控制切換矩陣系統(tǒng)的切換邏輯。AT89C51還與X5045芯片中的看門狗電路和E2PROM模塊對(duì)應(yīng)連接來完成對(duì)MCU的監(jiān)控和控制數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),。
3 軟件流程
??? 軟件流程圖如圖2所示,。通過5V供電的硬件系統(tǒng)上電后,首先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化。這里,AT89C51完成對(duì)串行口,、E²PROM芯片讀寫的初始化;8255芯片完成鍵盤掃描和顯示的初始化;而AD8108芯片的/RST起作用完成切換矩陣的初始化,。然后AT89C51讀入X5025 E²PROM中上一次掉電時(shí)存下來的切換邏輯并通過DI串行控制口發(fā)送到AD8108芯片和ispMACH4A5芯片中的寄存器,當(dāng)它們的/UPDATE管腳加上一個(gè)低電平,則上一次掉電時(shí)的邏輯在AD8108和 ispMACH4A5中起作用,從而形成輸入輸出切換邏輯;以后軟件進(jìn)入掃描鍵盤和串口中斷的循環(huán)過程。由于切換矩陣系統(tǒng)顯示LED是采用動(dòng)態(tài)顯示方法,因而在收到串口中斷控制信號(hào)和鍵盤輸入控制信號(hào)時(shí),一般使用并行控制方法對(duì)AD8108進(jìn)行切換以節(jié)省切換處理時(shí)間,。當(dāng)然,在其它場(chǎng)合,若對(duì)矩陣進(jìn)行大規(guī)模的模式切換,用DI串行控制則可以更方便和快捷些,。

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??? 為解決串?dāng)_的問題,在設(shè)計(jì)中采用了多項(xiàng)措施來保證,。R、G,、B,、H、V五路信號(hào)的PCB排布采取并行排布,更好的方法是把它們分別排布于不同的板子上;另外,要做好電源的濾波,在每個(gè)芯片的電源接線端采用高容量濾波電容進(jìn)行濾波,而且濾波電容盡可能地靠近芯片電源接線端;再有,R,、G,、B的輸入和輸出端采用75Ω的電阻接地,以與外部的75Ω視頻連線電阻相匹配,。
5 應(yīng)用分析
??? 基于AD8108的高性能矩陣切換系統(tǒng)可以應(yīng)用在有線電視系統(tǒng)、大屏幕顯示系統(tǒng),、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中,。它的325MHz的通道帶寬可以對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的分辨率為1280×1024的75Hz的24bit的真彩SXGA信號(hào)實(shí)現(xiàn)無損傷切換。在高分辨率大屏幕顯示系統(tǒng)中,需要切換不同分辨率的計(jì)算機(jī)信源信號(hào)到顯示大屏幕上,基于AD8108的切換矩陣可以有效地完成這樣的切換過程,。在實(shí)現(xiàn)時(shí),一般是將計(jì)算機(jī)的VGA信號(hào)的各色度信號(hào)與同步信號(hào)分解成R,、G、B,、H,、V信號(hào),再通過基于AD8108的切換矩陣切換到顯示投影儀上。另外,AD8108芯片的串行控制輸入輸出鏈功能和輸出禁止功能還可以使多個(gè)AD8108組成16×8,、16×16甚至更多輸入輸出端口的切換矩陣,。輸入可以采用并行輸入,而輸出則可使用線與方式,就能有效地實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的寬頻帶低串?dāng)_的視頻切換矩陣。
參考文獻(xiàn)
1 AD8108/AD8109 Data Sheet. ADI公司,2001
2 張毅坤.單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2000