VGA 是模擬信號(hào)Analog接口。它的流程最簡(jiǎn)單因?yàn)椴恍枰獜?fù)雜的數(shù)字協(xié)議畫面是直接靠電壓的忽高忽低“畫”出來的。VGA 點(diǎn)亮流程1. DDC 讀取 (I2C)PC 顯卡插入 VGA 線后通過線纜里的 DDC 引腳其實(shí)就是 I2C 總線去讀取顯示器的 EDID知道顯示器最高支持的分辨率常見為 1920x108060Hz。2.數(shù)模轉(zhuǎn)換 (DAC)顯卡內(nèi)部的 DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換為模擬電壓。3.發(fā)送同步信號(hào)顯卡通過兩條專門的數(shù)字邏輯線發(fā)送 HSync行同步 和 VSync場(chǎng)同步。這兩個(gè)信號(hào)就像節(jié)拍器告訴顯示器“現(xiàn)在開始畫新的一行了”或者“現(xiàn)在開始畫新的一幀了”。4.傳輸 RGB 模擬電壓在同步信號(hào)的指揮下顯卡通過紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三根同軸線發(fā)送電壓。電壓在 0V 到 0.7V 之間無級(jí)連續(xù)變化。0V 代表純黑0.7V 代表最亮。屏幕上的每一個(gè)像素顏色完全取決于這一瞬間線上電壓的高低。技術(shù)痛點(diǎn)由于是模擬電壓線材一長或者周圍有電磁干擾電壓就會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)屏幕上就會(huì)出現(xiàn)水波紋、雪花點(diǎn)或拖影。常見解決辦法1. 水波紋 (Water Ripples / Moiré)水波紋本質(zhì)上是低頻干擾混入了模擬電壓中通常由接地問題或電源紋波引起。排查地環(huán)路 (Ground Loop)這是最常見的原因。VGA 接口的金屬外殼地Chassis Ground和主板的數(shù)字地DGND之間如果處理不當(dāng)外部設(shè)備的漏電流會(huì)通過 VGA 線纜的地線倒灌進(jìn)主板形成地環(huán)路干擾。對(duì)策嘗試在 VGA 接口的殼地與 PCB 板地之間串聯(lián)一顆磁珠Ferrite Bead或 1MΩ 電阻加高壓電容進(jìn)行隔離。ADC 模擬電源 (AVDD) 噪聲Scaler 芯片內(nèi)部負(fù)責(zé) VGA 采樣的 ADC 需要非常純凈的電源通常是 AVDD_VGA。如果這個(gè)電源軌和數(shù)字核心電壓DVDD靠得太近或者 LDO/DC-DC 的紋波過大就會(huì)直接體現(xiàn)在畫面上。對(duì)策用示波器交流耦合模式去量 AVDD 的紋波。優(yōu)化 AVDD 旁路電容的位置或者增加 LC 濾波。采樣相位 (Phase) 未對(duì)齊軟件層面的問題。ADC 采樣時(shí)鐘的相位如果沒有準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)模擬視頻信號(hào)的“穩(wěn)定區(qū)”也會(huì)表現(xiàn)出輕微的水波紋或字跡發(fā)虛?？梢試L試在 OSD 菜單里執(zhí)行一下“Auto Adjust自動(dòng)調(diào)整”讓 Scaler 重新校準(zhǔn) PLL 相位。2. 拖影 (Ghosting / Smearing)拖影的本質(zhì)是高頻信號(hào)的衰減或阻抗不匹配導(dǎo)致的信號(hào)反射。當(dāng) RGB 電壓無法在極短時(shí)間內(nèi)完成 0V 到 0.7V 的跳變殘余電壓就會(huì)拖到下一個(gè)像素里。ESD 防護(hù)器件的寄生電容這是硬件設(shè)計(jì)中最容易踩坑的地方。VGA 的 RGB 線上通常會(huì)加 TVS 二極管防靜電。如果選用的 TVS 寄生電容過大比如大于 3pF它和走線電阻會(huì)形成一個(gè)低通濾波器RC 濾波直接把 RGB 信號(hào)的高頻邊緣“削平”了。對(duì)策檢查并更換為極低結(jié)電容 1pF的專用視頻級(jí) ESD 防護(hù)管。75Ω 阻抗匹配VGA 標(biāo)準(zhǔn)要求 RGB 信號(hào)線嚴(yán)格匹配 75Ω 阻抗。在顯示器主板的 VGA 接口附近必須有 75Ω通常精度要求 1%的終端電阻接地。如果這個(gè)電阻阻值不對(duì)或者 PCB 走線沒有按照 75Ω 控制阻抗信號(hào)就會(huì)在接口處發(fā)生反射導(dǎo)致畫面出現(xiàn)重影Ghosting。3. 雪花點(diǎn)與噪點(diǎn) (Snow / Noise)雪花點(diǎn)通常意味著高頻串?dāng)_或者信號(hào)幅度衰減嚴(yán)重。RGB 走線串?dāng)_ (Crosstalk)如果 PCB 上 RGB 三根模擬線互相靠得太近或者旁邊有高頻時(shí)鐘線比如內(nèi)存時(shí)鐘、DC-DC 開關(guān)節(jié)點(diǎn)高頻噪聲就會(huì)耦合進(jìn)模擬線。對(duì)策檢查 Layout。RGB 走線必須全程做包地GND Shielding處理且盡量縮短從連接器到 Scaler 引腳的距離。同步信號(hào) (HSync/VSync) 抖動(dòng)如果行/場(chǎng)同步信號(hào)上串入了毛刺ADC 的鎖相環(huán)PLL就會(huì)抖動(dòng)導(dǎo)致畫面瞬間失步表現(xiàn)為噪點(diǎn)或畫面水平閃爍。對(duì)策在 HSync 和 VSync 線上靠近 Scaler 處預(yù)留幾十 pF 的對(duì)地小電容濾除高頻毛刺。補(bǔ)充VGA中的SOG功能SOG 的全稱是 Sync on Green綠路同步 / 綠波同步。在傳統(tǒng)的 VGARGBHV接口設(shè)計(jì)中視頻信號(hào)通常需要 5 根核心線束來傳輸紅 (R)、綠 (G)、藍(lán) (B) 視頻線以及獨(dú)立的水平同步 (H-Sync) 和垂直同步 (V-Sync) 控制線。而 SOG也常被稱為 RGsB技術(shù)則是將水平和垂直同步信號(hào)混合為復(fù)合同步信號(hào)并直接疊加在綠色 (Green) 視頻信號(hào)線上進(jìn)行傳輸從而省去了兩根獨(dú)立的同步線。信號(hào)特征與電平變化在示波器下觀察SOG 的信號(hào)電平與標(biāo)準(zhǔn) VGA 信號(hào)有顯著區(qū)別標(biāo)準(zhǔn)視頻電平 正常的 RGB 視頻信號(hào)電壓范圍通常是 0V 到 0.7V0V 代表純黑0.7V 代表該顏色的最大亮度。同步負(fù)脈沖 同步信號(hào)在 SOG 中是以負(fù)脈沖的形式存在的。在圖像的消隱期Blanking periodSOG 機(jī)制會(huì)將綠色信號(hào)的電壓向下拉低至 -0.3V 左右?？偡宸逯?因此帶有 SOG 的綠色信號(hào)線其整體電壓波動(dòng)范圍Vpp達(dá)到了 1.0V即 -0.3V 到 0.7V。硬件處理原理發(fā)送端 硬件將 H-Sync 和 V-Sync 通過邏輯電路合成為復(fù)合同步信號(hào) (C-Sync)然后反相并疊加在綠通道的消隱期間隙中。接收端Scaler IC / AD 板 接收端必須具備 SOG 剝離電路Sync Separator 或 Sync Stripper。通過設(shè)定一個(gè)電壓比較器閾值通常設(shè)定在黑電平以下如 -0.15V電路會(huì)將低于 0V 的負(fù)脈沖“切割”下來還原成顯示主控需要的 H-Sync 和 V-Sync同時(shí)將純凈的 0~0.7V 綠色視頻信號(hào)送入 ADC 進(jìn)行采樣。應(yīng)用場(chǎng)景與局限性應(yīng)用歷史 這種設(shè)計(jì)主要是為了減少傳輸線纜和接口引腳數(shù)量從 5 線降為 3 線。早期的工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療顯示設(shè)備、高端圖形工作站如 Sun Microsystems、SGI或舊式視頻矩陣分配器中經(jīng)常使用 SOG。這與色差分量接口 (YPbPr) 將同步信號(hào)疊加在 Y亮度通道上的原理非常類似。兼容性問題 如果后端的顯示器或其主板Scaler不支持 SOG 硬件解碼或者輸入端的直流恢復(fù)DC Restore和鉗位電路Clamping匹配不良最典型的故障就是顯示器提示“無信號(hào)”、畫面嚴(yán)重偏綠或是畫面因無法抓取同步信號(hào)而瘋狂閃爍扭曲。理論上支持SOG功能的Scaler就可以省去HSYNC和VSYNC這兩根線但是為了匹配更好的兼容性一般還是會(huì)把H,V都接出來。