1.2.1 计算机视频信号
1.计算机视频信号接口
计算机视频信号的标准接口是DSUB，也称为VGA，为 RGBHV形式，采用D1 5 连接器，其外形如图 1-3所示，引脚定义如表 1-1所示。
表 1-1 计算机模拟视频信号接口的引脚定义
在XGA、SXGA、UXGA等高分辨率的计算机模拟视频信号显示时，视频信号频带宽，不宜用 D1 5 连接器进行较长距离（3m以上）传输。对于 RGBHV（独立同步）、RGBS（复合同步）或 RGS B （绿同步）方式的计算机视频信号，分别采用五根同轴线、四根同轴线或三根同轴线传输，接口常采用BNC连接器。
图 1.3 视频信号接口
2.计算机视频信号标准
随着计算机CPU性能的不断提高，计算机模拟视频信号显示系统也不断推出新标准，以IBM PC为例，经历了4个主要发展阶段。
（1）第一代标准MDA和CGA
1981年，IBM 公司推出适用于 PC 的显示标准 MDA 和 CGA。MDA（Monochrome Display Adapter）单色显示适配器只能用于字符显示，字符显示质量高，字符显示为 7 × 9 点阵，字符与字符之间为2个像素间隔，行间隔为 5 个像素，满屏幕显示为 80×25 字符，分辨率为720×350点阵。CGA（Color Graphics Adapter）彩色图形适配器能显示字符和图形，字符窗口为8×8点阵，字符点阵为 7×7或 7×5，显示分辨率为 640×200、320×200和 160×200。
（2）第二代标准EGA
1984年，IBM公司研制成功 PC/AT，相应的显示系统 EGA（Enhanced Graphics Array）增强型彩色图形板也应运而生。EGA标准分辨率为 640×350点阵，字符窗口为 8×14点阵， 16种颜色。在水平方向，EGA吸收了CGA 640个点的分辨率，而在垂直方向采用 MDA 350行的分辨率。可以兼容CGA和MDA两种显示方式，并扩充 640×350/16图形方式。
（3）第三代标准VGA
1987年，IBM公司推出VGA显示标准，VGA（Video Graphics Array）与EGA兼容，增加640×480点阵/16种颜色以及 320×200 点阵/256 种颜色的图形方式，字符方式采用 9×16点阵的字符窗口，显示80×25 字符。VGA的主要特点是采用 256K种颜色的调色板和模拟量输出，使显示颜色更加逼真。
（4）第四代标准XGA
1990年，IBM公司宣布XGA（eXtended Graphics Array）高性能视频系统。XGA支持每行 132个字符，每个字符水平方向可由8个像素组成。XGA引进每个像素 1 6 位字长彩色（5位红色、6位绿色、5位蓝色）的工作方式，不需要彩色查找表。XGA具有扩展图形功能，能够通过图形协处理器快速执行画线、填充区域、像素块传送、剪裁等功能。
图 1.4说明了显示模式相关参数的计算方法：
图 1.4 显示模式相关参数的计算方法
3.计算机视频信号处理
计算机视频信号的带宽是很宽的，其低频成分接近直流分量，而高频成分随着计算机显示分辨率的不同而有很大的差异。如表 1-2 所示，计算机视频信号的带宽随着显示分辨率的变化而变化。
表 1-2 计算机模拟视频信号显示模式的典型参数
（1）宽频带视频信号缓冲
宽频带视频信号的缓冲一般采用射极跟随器，即射随器。射随器和前级电路之间多采用交流耦合，以利于射随器工作点的调整。
从物理意义上讲，设备两端由于匹配良好可把反射的能量全部吸收，或者说对反射的能量损耗很大。因此，反射损耗越大越好。任何一个网络在终端匹配的情况下，都能够得到最大的能量传输；否则，必有部分能量以反射波形式出现。这里所指的“损耗”并非电缆损耗，而是指终接匹配的程度，“损耗”越大说明匹配越好。在实际应用中，两种“损耗”均有，需区别对待。当视频设备的接口有阻抗失配现象时，会产生反射。反射情况较轻的，会引起波形失真，严重时会因电缆两端不匹配，在输入端会产生二次反射，它沿着与主信号相同的方向前进。延时量较长的回波会引起非常显著的轮廓效应或多个重影。
对于视频通道所需的终接阻抗数值，国标规定电视设备或视频通道作为一个单元在相互连接的输入、输出点上对地不平衡阻抗的标称值应为 75Ω。
宽频带视频信号的输入接口匹配电路如图 1.5所示，两个二极管起到过压保护的作用，当接头由于插拔产生瞬时高压脉冲或其他原因产生高压脉冲时，通过二极管可将其泄放到电源子系统中去，以防损坏内部电路。
输出接口匹配电路与输入接口匹配电路相似，只需将并接75Ω电阻改为串接 75Ω电阻。
图 1.5 输入接口匹配电路
（2）宽频带视频信号放大
宽频带视频信号的放大是十分重要的，而且也是非常困难的。要做到对宽频带视频信号无失真地放大，就必须对放大电路的形式、静态工作点、反馈量的大小、与前后电路的匹配和高频分量的提升等诸多因素进行综合考虑。譬如宽频带视频信号的分配包括输入缓冲、信号放大和输出缓冲三大部分，其中输入缓冲和输出缓冲部分可采用射极跟随器；信号放大部分可采用宽频带的共射共基放大电路，信号放大部分的基本要求是频带宽、无失真，必须对以下细节进行仔细考虑。
共射放大电路的放大倍数可以很高，而且性能较稳定；但是输出信号与输入信号的相位是相反的，所以要有两级共射放大才能得到同相输出信号。共基放大电路的放大倍数也可以较高，输出信号与输入信号的相位是相同的，但是共基放大电路容易自激，其性能受元器件参数和外围电路元件数值变化的影响很大，综合考虑可采用宽频带的共射共基放大电路。
静态工作点选择得过高或过低，都会使放大电路工作在非线性区，输出信号会产生失真。一般在电源为+5V时，选择静态工作电流为4～6mA，基极电压为2.4V左右。
对于反馈量大小的考虑，首先，在交流耦合时，级与级之间应采用两种电容并联，22μF左右的电解电容和约0.01μF的无极电容，这样可以保证高频信号和低频信号很好地通过。其次，在放大电路的射极部分，要求射极电阻不能太小，也不能太大；射极电阻两端需并联一个电容，使交流负反馈减小，以实现高频提升。射极电阻太小则反馈量太小，得到的放大曲线不平坦，将会使输出信号在亮度上产生失真；射极电阻太大则放大系数将会受到影响，而且会提高三极管和电源的功率要求，降低放大电路的稳定可靠性，根据实践经验，射极电阻取为 200～400Ω效果较好。
因为前后级之间采用交流耦合，所以各级之间的直流工作点互不影响。所需考虑的只是放大级和输出级之间的功率匹配问题，要作到这两级之间很好地进行功率匹配，就必须认真地选择放大部分和输出部分的三极管。放大管的选择主要考虑以下三方面的要求：一是三极管的电流放大系数要适中，一般为几十；二是三极管的频率特性要好，三极管的截止频率Ft 要大于 1000MHz、小于3000MHz，从而保证放大部分要求的带宽（250MHz以上），也保证放大部分不容易产生自激；三是三极管的额定功率要满足要求，也就是所能承受的额定电流要大于静态工作电流的2～4倍，从而可以保证放大电路部分能稳定安全地工作，在实际应用中放大管常选用三极管2SC1674或2SC1215等。
输出管的选择也主要考虑以下三方面的要求：一是三极管的电流放大系数要适中，在 30左右，这样才能保证较好的功率放大；二是三极管的频率特性要好，三极管的截止频率Ft 要大于2000MHz，从而保证输出部分要求的带宽在 250MHz以上；三是三极管的额定功率要满足要求，也就是要求能驱动 75Ω负载，从而保证输出电路部分能可靠工作，如选用三极管3DG122C等。宽频带视频信号的高频分量较丰富，在布板时要注意阻抗匹配，尽量走短线，使板上的布线阻抗均匀，并在必要的地方添加匹配电阻。
宽频带视频信号放大可以选用高性能的集成宽带运算放大器，如 MAX496、AD813、AD848、KA2500、OPA355、OPA356、OPA357、TSH340、TSH341。
（3）宽频带视频信号切换
宽频带视频信号的切换是宽带视频信号管理与控制的关键，首先正确选用模拟开关器件，以保证视频通道的带宽和抗串扰隔离度；然后与输入缓冲和输出放大综合设计，保证视频通道的线性指标；最后计算机视频的R、G、B信号是独立的，需要考虑三者的延时一致，并与同步信号保持良好的相位关系。
宽频带视频信号的切换依次包括输入缓冲、信号切换、信号放大和输出缓冲四大部分。信号切换部分的基本要求是频带宽、无失真、无串扰。要做到这一点，就必须考虑以下几个方面。对于切换电路形式的选择，一种方法是采用集成电路芯片实现，如DG884、MAX44X等高速芯片，这种方法体积小、功耗低、切换速度快、使用方便，带宽可达 120MHz以上，但是多路级联输出时带宽下降到几十兆赫兹；对于 100MHz以上的信号，隔离度下降到 30dB以下。另一种方法是采用小型宽带继电器来实现，这种方法虽然体积和功耗较大，但是它的带宽可以达到300MHz，串扰小。用来切换峰-峰值为 1V、几十毫安级的视频信号，寿命可达 107次以上。因此采用继电器做开关器件的性能价格比高，可靠性也很好，在矩阵容量不太大的情况下，不失为一种良好的设计方法。
（4）宽频带视频信号传输
当采用同轴电缆作为传输线时，由于同轴电缆本身的特性，它将对传输信号产生高频幅度衰减。实验测试结果表明，当 100MHz的视频信号传送 100m时，在终端阻抗匹配的条件下， 3dB带宽只有25MHz，在 100MHz处信号衰减达 10dB。因此，要在传输线末端得到无失真的视频信号，必须加上长线传输模块，对信号进行均衡，提升信号的高频部分，使经过 100m传送后的视频信号带宽仍在 100MHz以上。
通常，输入信号是一种电压源模式，由于其输出端直接通过电缆的衰减电阻，连到 75Ω的匹配电阻上，当电缆的衰减电阻由于频率升高而急剧增大时，匹配电阻上的电压也将迅速下降；要将100MHz处的信号提升10dB，这将是相当困难的。于是，先将电压源变成电流源再进行传输，由于传输线末端电阻恒为 75Ω，在此电阻上产生恒定的电压，不随电缆衰减电阻的变化而变化；当然，由于电缆的衰减电阻在高频时变得很大，电流源将很难成为需要的恒流源，因此，仍要增加高频提升网络，不过此时要提升的幅度将大大降低，高频提升的实现变得较为容易。