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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的問題，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圍電磁環境對信號質量產生的影響不容忽視，常見到的現象表現為：圖像模糊、變暗，拖尾和重影，以及圖像顯示不穩定（如：跳動或黑屏等）等，以上現象產生的原因不同，解決的方法不同。我們將其分為四大類：一、由于傳輸系統的幅頻特性及群延時特性造成的圖像模糊、變暗、拖尾；二、由于設備產生自激或環境電磁干擾產生的高頻干擾；三、由于系統電源地線處理不當造成的低頻干擾；四、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；二是傳輸過程中的群延時特性造成的拖尾現象。幅頻特性，簡言之就是不同頻率分量與幅度衰減之間的關系，以1024*768分辨率為例，一般認為其帶寬在90~120MHz之間，所以我們關心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能力，滿足信號傳輸不是問題，但考慮到接插件的損耗，此部分的提升和驅動能力在傳輸系統設計和分析時不予考慮。目前造成模糊、變暗、拖尾現象的問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）
即頻率越高衰減越大，具體指標祥見下表
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SYV-75-2 |
SYV-75-3 |
SYV-75-5-1 |
LG-RG59/5 |
| 1MHZ/100米 |
-3dB |
-2.2dB |
-1.2dB |
-1dB |
| 100MHZ/100米 |
-22dB |
-15dB |
-10dB |
-8Db |
| 200MHZ/100米 |
-38dB |
-24dB |
-15dB |
-12dB |
| 外徑尺寸 |
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15mm |
22mm |
18mm |
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呈對數型，如圖1-1中的B曲線。但在電路實踐中不可能達到這種理想狀態，一般呈拋物線型如圖1-1中的C曲線。合成的結果呈如圖1-1中的D曲線。我們一般關心合成后的整形帶寬，如：利國的長線驅動器（VGAD-1*2CC/L、VGAD-1*2CC/LT）。可保證線路傳輸帶寬為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，但并未解決根本問題。
群延時特性（Group Delay）是指：信號傳輸過程中，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、電感組成的網絡，因此不同的頻率分量在同一介質傳輸時，到達的時間不同或有相位差，具體數學模型及分析這里不作詳細論述，就其產生的實際結果而言。這種群延時特性會造成信號波形的后延，即造成拖尾。如圖2-1。在傳輸設備中，要解決群延時問題，就要對傳輸系統進行預加重，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特性不同，應根據不同情況進行調整。根據我們的研究，傳輸系統幅頻特性越好，其群延時特性也越好。即一般而言的線越粗衰減和拖尾就越小。
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在無補償情況下，65HZ 1024*768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。但在工程實踐中多數工程商和用戶認為-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，但群延時特性則必須進行延時預加重調整，以解決拖尾問題。
利國公司專門研制和生產了用于補償電纜幅頻特性和群延時特性的長線驅動補償分配器（Line Driver），以解決工程中對信號遠距離傳輸的問題，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，就應用長線驅動器進行補償。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行補償，理論上講，通過對電容、電感和電阻的調整可以解決，但實際應用中，電容、電感的可調范圍較小，而且要對R、G、B三路信號同時調整，且調整量要一致，因此要想實現連續可調難度很大，目前多采用預先設計好的網絡進行迭加，即進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行一定的補償，不可能符合現場的不同情況，不應稱為長線驅動器。該長線驅動補償設備根據不同規格電纜的衰減特性及電纜的不同長度，仿真電纜的反對數曲線特性，進行了分檔位的增益補償和群延時調整，該設備（VGAD-1*2CC/L、VGAD-1*2CC/LT）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-1*2CC/L 8檔調整補償器針對10dB/100米、100MHz電纜，對參數進行優化，在20m時起步調整，100m時達到最大，而VGAD-1*2CC/LT 16檔調整設備，在50m時起步調整，300m時達到最大，從目前看能滿足實際工程使用要求。
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針對圖像不穩定乃至黑頻等現象，該長線補償驅動器還對同步信號進行了數字校正（ADSP，該技術非本文討論重點，這里不做細述）。利國長線補償驅動器操作便捷，設備前面板上設計了觸摸按鍵進行補償檔位操作，此外，還增加了RS-232接口控制（VGAD-1*2CC/LT），便于客戶利用中控或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，輸入線的長度與輸出線的長度各不相等，進行補償時，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保持一致，由于輸出線長度又不一致，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，將輸入、輸出線長度的信息通知長線驅動器，令其按不同的長度進行補償調整，可節省設備，減少投資。
以上僅是我們對工程應用及相關原因分析的引玉之見，如有不足之處敬請指正！
續：系統集成工程中常見問題分析（二）
北京市利國電子技術有限公司
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系統集成工程中常見問題分析（一）