VGA矩陣

每一路輸出都可與不同的輸入信號“短接”，每路輸出只能接通某一路輸入，但某一路輸入都可(同時)接通不同的輸出，如下圖1。

輸出1=輸入1，輸出2=輸入2，而輸出3=輸出4=輸入3，或者説，每一路輸出可“獨立”地在輸入中進行選擇，而不必關心其它通道的輸出情況，即可以與其它輸出不同，也可以相同。舉例説，8選4是指有4個獨立的輸出，每個輸出可在8個輸入中任選，或者説有4個獨立的8選1，只是8個輸入是相同的。經常與此混淆的是分配的概念，比如8選1分4，是指在8個輸入中選擇出1個輸出，並將其分配成4個相同的輸出，雖然外觀上看有4個輸出，但這4個輸出是相同的，而不是獨立的。一般習慣中，將形成M×N的結構稱為矩陣，而將M×1的結構稱為切換器或選擇器，其實不過N=1而已，我們在討論時都當作矩陣對待。

VGA矩陣切換器專門用於對計算機顯示器信號進行切換和分配，可將多路信號從輸入通道切換輸送到輸出通道中的任一通道上，並且輸出通道間彼此獨立。 簡單的説，就是可以將進來 的多路輸入信號中的任意一個顯示到任意一個你指定的顯示器 “矩陣”本身是一個數學概念，它在電子行業裏是一類電子產品的簡稱，它的全名叫做“矩陣切換器”。矩陣切換器中的“矩陣”兩字，是引用了高等數學線性代數中的矩陣概念。具體到矩陣切換器這個電子產品中，一般指在多路輸入的情況下有多路的輸出選擇，形成矩陣結構。在生產和生活中，廣大勞動人民的智慧是強大的，因此它就被簡稱做了“矩陣”。 總的來説，矩陣切換器是一類切換多路信號輸入輸出的設備。 通俗的講，矩陣切換器其實就是是將一路或多路音視頻信號分別傳輸給一個或者多個顯示設備，如：兩台電腦主機要共用一個顯示器，矩陣切換器可以將兩台電腦主機上的內容任意切換到同一個或多個顯示器上。 矩陣切換器，按信號源可以分為：VGA、 AV、DVI矩陣切換器等等。 矩陣切換器主要應用是大屏幕拼接，視頻會議工程，音視頻工程、監控等等需要用到多路音視頻信號交替使用的工程中。

·實現自動增益技術 VGA 矩陣切換器帶有斷電現場保護功能；

·能夠自動保存設備上次關機時的狀態；

·部分允許對 HV 信號和 RGB 信號進行延遲切換；

·調整延遲時間；

·採用新型的LED面板顯示和輕觸式按鍵；

·狀態顯示直觀合理，設備操作更加簡便；

·LCD屏顯示輸入輸出的控制狀態；

·具有斷電現場保護功能；

·簡捷的前面板操作，後面板上有一個能與控制系統聯機使用的 RS-232C 通訊端口；

·安裝快捷，操作簡單。

帶 寬：400MHz(-3dB)滿載，0～10MHz @±0.1dB，0～100MHz @±0.6dB

增 益：0dB

阻 抗：75Ω

支持分辨率：2048×1536

亮色度干擾(多通道對一通道串擾)：-55dB@10MHz，-40dB@100MHz

微分相位I/0S：<1.28度，3.58MHz

微分相位誤差：0.1度, 3.58-4.43MHz

最大傳播延時：5nS(±1nS)

頻率響應：少於 ± 0.1dB - 30MHz

切換速度：≤180ns

信號類型：VGA信號

連 接 器：三排15孔（VGA母頭）

信號強度：1Vp-p：Y成分視頻、S-video，複合視頻；0.7V p-p：VGA（電腦信號）；0.3V p-p：R-Y與B-Y成分視頻、 S-video

最小電平：0.5Vp-p

最小電平：0.5Vp-p

阻 抗：75Ω

回波損耗：-30Db@5MHz

信號類型：VGA信號

連 接 器：三排15孔（VGA母頭）

輸出電平：2.0Vp-p

阻 抗：75Ω

回波損耗：-30Db@5MHz

D C偏 差：最大±5mV

輸入/輸出信號類型：TTL

輸入電平：0～5.0Vp-p，4.0V

輸出電平：TTL: 5Vp-p

輸入阻抗：510Ω

輸出阻抗：75Ω

極 性：正或負與輸入一致

串接接口：RS232，9針母D型連接器，端口2，3，5分別直通

串口參數：9600bps、8位數據、1位起始位、1位停止位、無校驗，無流控

輸入電壓： AC 100～240V；50/60Hz

VGA矩陣種類選擇，廣電和視訊會議應用，應選用廣播級產品，監控應用可採用監控類產品，VGA信號(有些人也將其視為視頻)要採用VGA信號矩陣。　VGA矩陣大小選擇：在一個工程中，應將音頻信號和視頻信號和VGA信號看成三種不同的媒體。音頻信號一般情況下輸入數量較多，如話筒和CD以及碟機的音頻等，但考慮到功放和音響一般只有一套，最多在功放之前加一級調音台進行混音，有可能需要幾路信號，因此音頻矩陣的輸出不會很大，比如可以32×8或64×8，但沒必要選擇32×32或64×64，除非是廣電和視訊會議傳輸，每路視頻一定會有音頻同步傳送。

VGA矩陣在設計方案時，信號源的數量比較容易確定，看看有多少個信號源，矩陣的輸入數量就定下來了，但要考慮好獨立的輸出通道個數，這是根

在很多情況下，輸入和輸出數量很大，如果採用大型矩陣，造價會較高(矩陣是越大越難作、成本也越高)可以考慮是否能夠分組使用，例如在監控時，可以讓顯示牆中某些顯示設備只顯示某一區域的信號，而其它設備各自顯示其它特定區域的信號，那麼就可將大規模矩陣折分成小規模的矩陣(如將128×64折分成4台32×16)如果各區之間有可能需要互傳信號，這樣可使矩陣2的輸出中包含矩陣1的部分輸入信號，效果雖沒有全矩陣結構好，但成本會下降。

VGA矩陣切換器做為傳輸系統的一部分，所出現的主要問題請見拙作“工程中常見的問題與解決”，原理是相同的，不外乎是幾種產生的機理，只要能將現象分清，解決的方向應該沒有大問題。比較特殊一點的是利用小規模矩陣組成大規模的問題，例：在用64×32組成128×32時，不能用二台64×32組成128×64，這還是分組使用的概念，而應用三台64×32組成128×32，這是全矩陣的概念，因此組合使用時應分清分組使用和全矩陣的區別(全矩陣是指每一輸出口都可在所有輸入中全選，而且彼此獨立)。

據系統的操作模式而定，有時可能有幾台顯示設備之間僅有分配關係(彼此永遠一致，不獨立)那麼就可考慮佔用一個輸出口再加分配器，如果這些設備有可能是獨立的，那麼還是各佔一個獨立的輸出口好一些。

VGA矩陣廣泛用於大屏幕投影顯示工程、電化教學、指揮控制中心、多媒體會議室等場合，能夠對信號進行切換、分配、拼接、輪巡、模式儲存、模式調用等操作，真正的做到了矩陣多用途的目的，也開創了矩陣拼接的先河。

VGA 接口採用非對稱分佈的15pin 連接方式，其工作原理：是將顯存內以數字格式存儲的圖像(幀) 信號在RAMDAC 裏經過模擬調製成模擬高頻信號，然後再輸出到投影機成像，這樣VGA信號在輸入端( 投影機內) ，就不必像其它視頻信號那樣還要經過矩陣解碼電路的換算。從前面的視頻成像原理可知VGA的視頻傳輸過程是最短的，所以VGA 接口擁有許多的優點，如無串擾無電路合成分離損耗等。

VGA顯示與VGA時序實現

通用VGA顯示卡系統主要由控制電路、顯示緩存區和視頻BIOS程序三個部分組成。控制電路如圖1所示

。控制電路主要完成時序發生、顯示緩衝區數據操作、主時鐘選擇和D/A轉換等功能；顯示緩衝區提供顯

示數據緩存空間；視頻BIOS作為控制程序固化在顯示卡的ROM中。

1 VGA時序分析

通過對VGA顯示卡基本工作原理的分析可知，要實現VGA顯示就要解決數據來源、數據存儲、時序實現

等問題，其中關鍵還是如何實現VGA時序。 VGA的標準參考顯示時序如圖2所示。行時序和幀時序都需要產

生同步脈衝(Sync a)、顯示後沿(Back porch b)、顯示時序段(Display interval c)和顯示前沿(Front

porch d)四個部分。幾種常用模式的時序參數如表1所示。

2 VGA時序實現

首先，根據刷新頻率確定主時鐘頻率，然後由主時鐘頻率和圖像分辨率計算出行總週期數，再把表1

中給出的a、b、c、d各時序段的時間按照主計數脈衝源頻率折算成時鐘週期數。在CPLD中利用計數器和RS

觸發器，以計算出的各時序段時鐘週期數為基準，產生不同寬度和週期的脈衝信號，再利用它們的邏輯組

合構成圖2中的a、b、c、d各時序段以及D/A轉換器的空白信號BLANK和同步信號SYNC。

VGA參考時序

3 讀SRAM地址的產生方法

主時鐘作為像素點計數脈衝信號，同時提供顯存SRAM的讀信號和D/A轉換時鐘，它所驅動的計數器的

輸出端作為讀SRAM的低位地址。行同步信號作為行數計數脈衝信號，它所驅動的計數器的輸出端作為讀

SRAM的高位地址。由於採用兩片SRAM，所以最高位地址作為SRAM的片選使用。由於信號經過CPLD內部邏輯

器件時存在一定的時間延遲，在CPLD產生地址和讀信號讀取數據時，讀信號、地址信號和數據信號不能滿

足SRAM讀數據的時序要求。可以利用硬件電路對讀信號進行一定的時序調整，使各信號之間能夠滿足讀

SRAM和為DAC輸入數據的時序要求。

4 數據寬度和格式

如果VGA顯示真彩色BMP圖像，則要R、G、B三個分量各8位，即24位表示一個像素值，很多情況下還採

用32位表示一個像素值。為了節省顯存的存儲空間，可採用高彩色圖像，即每個像素值由16位表示，R、G

、B三個分量分別使用5位、6位、5位，比真彩色圖像數據量減少一半，同時又能滿足顯示效果。

【達到的效果】：會議桌的每個位置前都有一個升降的顯示器，當VGA信號源有多個的時候可以實現其他人員的顯示分別顯示，比如第一個升降器的顯示器可以顯示信號源1的畫面，第三個升降器的顯示器可以顯示信號源2的畫面等。

【優點】：信號源可以在會議桌的任意位置，升降器的顯示器可以顯示全部相同的圖像，也可以各自選擇信號源來輸出，顯示自由，隨意分配。

【達到的效果】：小組成員共同協作完成項目，可以在任意時間將小組人任意1個人或多個人的電腦視頻圖像切換到拼接屏上，供小組其他人員參考。

【備註】：矩陣連接拼接屏需要通過拼接屏處理器來完成，需要將矩陣的控制協議寫入拼接屏處理器。

【達到的效果】：教師和學生都有獨立的電腦，教師電腦視頻圖像和學生電腦視頻圖像都可以被任意切換到其他學生的顯示器或投影儀。

(1)當教師講課時，教師的電腦視頻圖像可以切換給所有學生的顯示器上，使得學生的顯示器所顯示的視頻圖像和教師電腦顯示器所顯示的完全一樣。

(2)當講課結束後學生開始自己練習時，可以將學生電腦的視頻圖像切換給本課桌上對應的顯示器上。

(3)如果某一位學生在自己練習的時候有疑問，可以將該學生的電腦視頻信號切換給其他所有學生的顯示器以及教師的顯示器和投影儀上，這樣所有的學生都能夠清晰的看到該學生電腦的視頻圖像，共同聽教師講解。【使用的設備】：

VGA矩陣的RGB交叉矩陣主要採用美國模擬器件公司生產的AD8108/AD8109，不僅集成了許多分立元件實現的功能，而且使用壽命長、電磁兼容性好、擴展性好；VGA矩陣的行場交叉屬於數字信號，大部分廠家使用CPLD可編程邏輯器件。

AD8108(G=1)和AD8109(G=2)具有相同的內核。其容量都是8×8。主要由32bit移位寄存器、並行鎖存器、解碼器、64點的切換矩陣和輸

出緩衝器等部分組成，AD8108/AD8109有兩種控制方式，它們均通過芯片內的32bit移位寄存器對8路輸入和8路輸出進行切換控制。

當為低電平時，選擇串行模式。在該模式下，以默認的順序確定輸出端口，而不用輸入地址。AD8108/AD8109有8個輸出端口，分別對應4bit數據，即D3～DO。其中D3用來阻斷或使能該輸出端口，當D3為0時，D2～DO無效，相應的輸出端口阻斷。D2～DO用來確定與某個輸出端口相連接的輸入端口。DATAIN通過CLK信號的下降沿驅動，依次傳輸OUT7[D3]、OUT7[D2]、OUT7[D1]、OUT7[D0]、……、OUT0[D3]、OUT0[D2]、OUT0[Dl]、OUT0[D0]數據到芯片內的32bit移位寄存器中，並由移位寄存器控制輸入信號和輸出信號的對應切換關係。當32bit數據全部輸入完畢時，停止CLK信號，變為低電平，同時根據剛輸入的32bit數據來切換矩陣的輸入和輸出。若CLK信號沒有停止，則切換矩陣數據動態更改。當變為高電平時，32bit數據鎖存完畢。採用串行模式的特點是使用的控制信號少，但速度慢：同時每次更改輸入輸出配置時，必須提供32bit的串行數據，這樣才能將整個矩陣數據更改：此外，串行數據輸出端也可為構建大容量的矩陣切換器提供方便，此時，只需將一個芯片的DATAOUT端連接到另一個芯片的DATAIN，而其它(如CLK、、、)則應該並行連接。

當為高電平時。選擇並行模式。在該模式下，當為低電平，設置為高電平且在CLK下降沿時，包括、A2～A0、D3～DO在內的引腳上的邏輯值都將進入帶有4位並行加載功能的32位移位寄存器中。至於4位數據D3～D0裝入到32位移位寄存器的哪一個4位單元，則由A2～A0決定。A2～A0將32位移位寄存器分成8個4位單元段，每一個4位單元段對應一個輸出緩衝器。當為低電平時，上述移位寄存器的內容進入並行鎖存模塊，然後經8x4：8解碼後，即可對開關矩陣進行控制，以實現由D3、D2～D0、A2～A0決定8路輸入中的任一路輸入向8路輸出中的任一路輸出。並行模式的特點：一是使用的控制信號多，但速度快；二是在改變單個輸出通道的工作方式時，不需要重新編程設置整個切換矩陣。

AD8108/AD8109的信號通道帶寬不低於250MHz(-3dB)，高於計算機視頻信號和許多雷達視頻脈衝的帶寬，因而可用於複合視頻、分量視頻、壓縮視頻等許多寬頻帶信號的切換；該芯片將輸出緩衝器集成在芯片內，減少了寄生電容，且使它的抗干擾能力較強；這種高密度集成模塊更便於集成更大規模的視頻矩陣切換電路；器件有串行或並行兩種控制方式，其控制都比較簡單，而且驅動能力強，能驅動150Ω負載。此外，該芯片功耗低，工作電流僅45mA，並有輸出禁止功能，可允許多個芯片的輸出直接連接。

串行工作模式通常使用引腳、CLK、DATAIN、和。第一步，應在低電平有效的情況下，設為低電平，使其工作在串行模式；第二步，串行輸入32bit的數據以完成一次輸入輸出配置的更改。每個輸出端口對應4bit位(D3～DO，D3先輸入，如D3為低電平，則相應的輸出阻斷，緊跟的D2～D0則沒意義)，共8個輸出端口，第8個輸出端口的數據最先輸入；第三步，在32bit的數據全部輸入完畢時，停止CLK信號，變為低電平，並根據剛輸入的32bit數據來切換矩陣的輸入輸出配置。如果在為低電平期間，CLK信號沒有停止。則切換矩陣數據動態更改；第四步，變為高電平，32bit數據鎖存完畢。

需要注意的是：如果多個AD8108/AD8109器件級聯，則一次更改所需bit數是32與器件數的乘積。串行數據首先輸入第一個芯片的DATAIN，然後依次進入其它芯片，直至最後的芯片。因此，給最後一個芯片的數據是程控序列的前端。

並行工作模式一次只允許更改一個輸出端口的配置。由於一次更改只花費一個CLK和週期，因而極大地提高了更改速度。並行工作模式需用到引腳、CLK、、D3-D0、A2～A0和。第一步，首先是在低電平有效的情況下，設置為高電平，使其工作在並行模式；第二步則設置為高電平，同時設置輸出地址A2～A0，和輸入地址D2～DO，以及輸出使能端D3，以使4位數據D3～D0裝入由A2～A0決定的32位移位寄存器中的某個4位單元段。第三步，端置低電平。32位移位寄存器中的數據被鎖存到並行寄存器中，再經8x4：8解碼後控制矩陣完成切換。

必須重點考慮的是：復位信號不能復位AD8108/AD8109中的所有寄存器，只是將切換矩陣的所有輸出通道設為禁止狀態，而寄存器中切換邏輯仍置於一個隨機的排列中。因此，不管是串行模式還是並行模式，初始上電後，都必須將所有的移位寄存器編程為期望的狀態。

1.當VGA矩陣所接外設投像有重影，如投影機有重影時，一般不是主機問題，可能是投影機沒有正確調好，應對投影機相應按鈕進行調節。

2.串口(一般指：電腦串口.控制不了VGA矩陣時，看軟件串口是否與所接設備串口對應。

3.當出現顏色丟失或都無視頻信號輸出，可能是VGA頭沒接好。

4.當遙控器不能控VGA矩陣時：可能是電池沒電了，請更換電池；可能是遙控器壞了，請維修。

5.如果VGA矩陣輸入輸出信號能切換，但沒有bb叫聲，可能主機內部蜂鳴器壞了，請送專業人員進行維修。

6如果power燈不殼，且LCD無顯示，操作無反應，可能電源供電不正常。

7輸出圖像受干擾，有可能輸入輸出設備沒接地。

8.VGA矩陣切換時，蜂鳴器有響聲，但無相應投像輸出：看相應的輸入端是否有信號。(可用示波器或萬用表 進行檢測.如果沒有信號輸入，有可能是輸入接線斷了，或接頭鬆了，更換接線即可；b．看相應的輸出端是否有信號。(可用示波器或萬用表進行檢測.如果沒有信號輸出，有可能是輸出其接線斷了，或接頭鬆了，更換接線即可；以上兩種情況都更換後都不行，可能主機內部故障，請送專業人員進行維修。

9.蜂鳴器有bb叫，LCD顯示正常，串口有返回，但無投像輸出或無音頻輸出：可能RCA頭鬆了，更換即可；可能接線短路了，更換即可；可能接線內部線斷了，更換即可。

10.VGA矩陣面板按鍵、串口、遙控都無法控制時，可能主機內部已經損壞，請送專業人員進行維修。

下面以vga8x8為例進行説明

vga連接電纜：

vga矩陣支持各種rgb、vga信號源。rgb、vga信號源設備需有hd15pin(vga)信號輸出端子；

如果vga信號源設備沒有vga輸出端子，建議選擇rgb-vga轉換器，使rgbhv信號轉換成高質量的vga信號輸出。

請使用專用vga電纜來連接輸入和輸出設備，將信號源設備的vga輸出端子hd15pin(vga)接頭，通過專用vga電纜，分別接入vga矩陣輸入端(inputs)同一通道的vga接頭；將vga矩陣輸出端(outputs)的vga接頭，通過專用vga電纜，接至輸出設備的vga輸入接口。

音頻連接線：

audio inputs，audio outputs音頻網絡接口，可接到功放或有源音箱設備。

音頻線相對視頻線要複雜一些，分為：平衡和不平衡接法的問題。

所謂平衡接法就是用兩條信號線傳送一對平衡的信號的連接方法，由於兩條信號線受的干擾大小相同，相位相反，最後將使干擾被抵消。由於音頻的頻率範圍較低，在長距離的傳輸情況下，容易受到干擾，因此，平衡接法作為一種抗干擾的連接方法，在專業設備的音頻連接中最為常見。在家用電器的連接線中也有用兩芯屏蔽線作音頻連接線的，但是，它傳輸的是左右聲道，是兩個信號，不屬於平衡接法。

不平衡接法就是僅用一條信號線傳送信號的連接方法，由於這種接法容易受到干擾，所以只一般在家用電器上或一些要求較低的情況下使用。

具體的接法以xlr接頭為例：1、平衡接法：1腳接屏蔽，2腳接+端(又稱熱端)，3腳接端(又稱冷端)；2、不平衡接法：1腳和3腳相連接屏蔽，2腳接+端(信號端)。

選擇什麼接法一般根據設備對接口的具體要求而定，能使用平衡接法的儘量使用平衡接法，進行連接時務必先看清面板上的説明，最好先閲讀使用説明書上的有關説明和要求。在一些場合還可能遇到一端的設備接口是平衡接口，另一端的設備是不平衡接口的情況，在要求不很嚴格的情況，只需在平衡端使用平衡接法，不平衡使用不平衡接法，注意各腳對應就可以了。在要求嚴格的情況，就必須使用轉換電路將平衡轉為不平衡，或將不平衡轉為平衡。