系統(tǒng)集成工程中常見問題分析

    目前系統(tǒng)集成工程中，尤其是VGA信號遠(yuǎn)距離傳輸是工程中較為常見的問題，所謂傳輸系統(tǒng)是指從計算機(jī)出口到顯示部分入口之間的所有環(huán)節(jié)，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(yuǎn)，傳輸系統(tǒng)的參數(shù)及周圍電磁環(huán)境對信號質(zhì)量產(chǎn)生的影響不容忽視，常見到的現(xiàn)象表現(xiàn)為：圖像模糊、變暗，拖尾和重影，以及圖像顯示不穩(wěn)定（如：跳動或黑屏等）等，以上現(xiàn)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：一、由于傳輸系統(tǒng)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(shè)備產(chǎn)生自激或環(huán)境電磁干擾產(chǎn)生的高頻干擾；三、由于系統(tǒng)電源地線處理不當(dāng)造成的低頻干擾；四、由于設(shè)備或傳輸系統(tǒng)或接插件等阻抗不匹配而引起的重影反射及顯示不穩(wěn)定。本文先對模糊拖尾現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(guān)系，以1024*768分辨率為例，一般認(rèn)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(qū)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(qū)動能力在傳輸系統(tǒng)設(shè)計和分析時不予考慮。目前造成模糊、變暗、拖尾現(xiàn)象的問題主要集中在傳輸?shù)碾娎|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(shù)型。（如圖1-1中A曲線）

即頻率越高衰減越大，具體指標(biāo)祥見下表

    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(yīng)使傳輸設(shè)備的特性曲線呈對數(shù)型，如圖1-1中的B曲線。但在電路實踐中不可能達(dá)到這種理想狀態(tài)，一般呈拋物線型如圖1-1中的C曲線。合成的結(jié)果呈如圖1-1中的D曲線。我們一般關(guān)心合成后的整形帶寬，如：利國的長線驅(qū)動器（VGAD-1*2CC/L、VGAD-1*2CC/LT）�？杀ＷC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(qū)動器，由于設(shè)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(shù)的存在，傳輸系統(tǒng)的特性參數(shù)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，到達(dá)的時間不同或有相位差，具體數(shù)學(xué)模型及分析這里不作詳細(xì)論述，就其產(chǎn)生的實際結(jié)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(shè)備中，要解決群延時問題，就要對傳輸系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)加重，即預(yù)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(yīng)根據(jù)不同情況進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)我們的研究，傳輸系統(tǒng)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。

    在無補(bǔ)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(shù)工程商和用戶認(rèn)為-6dB帶內(nèi)損耗傳輸?shù)膱D像可以接受，-9dB帶內(nèi)損耗傳輸?shù)膱D像能夠容忍，但群延時特性則必須進(jìn)行延時預(yù)加重調(diào)整，以解決拖尾問題。

    利國公司專門研制和生產(chǎn)了用于補(bǔ)償電纜幅頻特性和群延時特性的長線驅(qū)動補(bǔ)償分配器（Line Driver），以解決工程中對信號遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯栴}，一般認(rèn)為，3+2或3+4電纜，距離應(yīng)控制在20 m左右，75-5電纜應(yīng)控制再50m左右，如大于此距離，就應(yīng)用長線驅(qū)動器進(jìn)行補(bǔ)償。因工程中使用的電纜規(guī)格型號不同，其直流阻抗、等效阻抗、分布電容、電感等參數(shù)不同，因此，必須對不同的情況進(jìn)行補(bǔ)償，理論上講，通過對電容、電感和電阻的調(diào)整可以解決，但實際應(yīng)用中，電容、電感的可調(diào)范圍較小，而且要對R、G、B三路信號同時調(diào)整，且調(diào)整量要一致，因此要想實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)難度很大，目前多采用預(yù)先設(shè)計好的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行迭加，即進(jìn)行分檔調(diào)整而不采用連續(xù)調(diào)整，但必須是可調(diào)整的，如果采用固定電路進(jìn)行一定的補(bǔ)償，不可能符合現(xiàn)場的不同情況，不應(yīng)稱為長線驅(qū)動器。該長線驅(qū)動補(bǔ)償設(shè)備根據(jù)不同規(guī)格電纜的衰減特性及電纜的不同長度，仿真電纜的反對數(shù)曲線特性，進(jìn)行了分檔位的增益補(bǔ)償和群延時調(diào)整，該設(shè)備（VGAD-1*2CC/L、VGAD-1*2CC/LT）補(bǔ)償最多達(dá)8/16級（每級約15米），設(shè)備帶寬可達(dá)200MHz（未加補(bǔ)償），調(diào)整后傳輸系統(tǒng)帶寬可達(dá)80~120MHz。VGAD-1*2CC/L 8檔調(diào)整補(bǔ)償器針對10dB/100米、100MHz電纜，對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在20m時起步調(diào)整，100m時達(dá)到最大，而VGAD-1*2CC/LT 16檔調(diào)整設(shè)備，在50m時起步調(diào)整，300m時達(dá)到最大，從目前看能滿足實際工程使用要求。

    針對圖像不穩(wěn)定乃至黑頻等現(xiàn)象，該長線補(bǔ)償驅(qū)動器還對同步信號進(jìn)行了數(shù)字校正（ADSP，該技術(shù)非本文討論重點，這里不做細(xì)述）。利國長線補(bǔ)償驅(qū)動器操作便捷，設(shè)備前面板上設(shè)計了觸摸按鍵進(jìn)行補(bǔ)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(jī)對其控制，并能節(jié)省設(shè)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(jìn)行補(bǔ)償時，原則上應(yīng)在輸入部分采用不同的補(bǔ)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(yīng)針對其采取不同的補(bǔ)償，設(shè)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(qū)動器，令其按不同的長度進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整，可節(jié)省設(shè)備，減少投資。