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數字視頻信號的長線傳輸
摘要：在實時顯示彩色數字視頻信號時，通常要求數據傳輸通道具有很高的帶寬和有效的傳輸距離。因此在設計和構建這些高速率的數據傳輸通道的，不但要選擇合理的傳輸形式，而且要對數據的編碼、解碼、并串轉換、驅動、接口等電路進行認真的研究，以達到最佳的配合。介紹的串行傳輸技術是最近的設計成果，可以廣泛地應用于海量數據的有線傳輸。關鍵詞：差分接口 并轉串/串轉并 PLL LVDS-PECL
大屏幕平板顯示系統，如LED大屏幕顯示系統，廣泛地應用于信息發布領域和公用事業。2008年將在北京舉辦的奧運會，更加推出了這一產業的發展。
大屏幕平板顯示系統是典型的數字系統，要求動態、實時、清晰穩定地顯示圖像信息。與通信系統相比，這種系統更關心實時地把圖像數據正確地傳輸到顯示器，將錯誤的信號忽略掉，所以不要求強大的糾錯檢錯能力和錯碼重發功能。通常為降低成本、減小時間延遲不宜采用壓縮解壓縮的方法進行傳輸。因此這樣的傳輸系統應具有實時、單向傳輸的特點，要求建立穩定的傳輸通道。
系統的信號來源一般是計算機顯示卡或數字電視信號。以顯示卡為例，如果輸出640×480、24bit/pixel、60幀/s標準真彩VGA圖像時，其輸出點時鐘達25.175MHz/s，數據位寬為27bit/pixel（考慮Vs、Hs、de）。這樣的海量數據，采用并行傳輸時，將使傳輸系統十分笨重，需要大量電纜；而采用串行傳輸時，將使傳輸系統簡化，必要時可以采用幾條高速串行通道來實現。
為構建穩定的串行傳輸系統，需要對信號進行一些特殊的處理，常用的電路模塊有：數據的并串轉換（serialize/deserialize）、4B/5B（8B/10B）轉換、加解擾（scramble/descramble）、電平轉換和驅動、接收端的均衡放大（equlize）、PLL、接收端錯碼檢測等。此外，在工程中還要對碼速率、傳輸速率、傳輸介質進行合理的選擇，以滿足不同需要。
圖1 傳輸系統基本組成
1 長線傳輸的基本框圖
圖1概括了構成數字視頻信號長線傳輸系統的基本組成。按點時鐘（PCLK）輸入的并行數據，經過編碼、并轉串、加擾以差分信號的形式輸出。其中編碼實現4B/5B、8B/10B等編碼轉換，消除弱碼，有助于直流平衡。加擾（scramble）使能量譜均勻分布，避免在某一頻段出現能量峰值，減少銅介質傳輸的電磁輻射。并轉串把并行碼字轉化為高速串行碼流。直流平衡就是在編碼過程中保證信道中直流偏移為0，電平轉化實現不同邏輯接口間的匹配。驅動則對傳輸信號的能量進行放大，并根據物理介質的要求進行碼型調整。均衡是對信道損失進行補償并濾除噪聲。
可以采用不同的傳輸介質進行傳輸，銅介質（同軸，雙絞線），光介質（單模，多模光纖）。在采用光傳輸時，圖1中加解擾模塊可以略去不用。有效傳輸距離與碼速率、介質、接口、環境有關，所以應按照不同電纜、不同速率、不同長度時的衰耗以及端口的門限估算傳輸距離。
建立一個穩定的傳輸系統，一般具有如下的要求：
（1）合理的系統方案設計、選擇；
（2）發射端、接收端建立穩定的PLL同步鏈路；
（3）不同高速邏輯電平的相互配合；
（4）正確的傳輸方式和耦合方式；
（5）合理的PCB設計。
2 選擇合理的方案
根據顯示系統的不同要求，選擇合理的技術措施，是構成傳輸系統的關鍵。
（1）確定數據傳輸宏觀參數
根據系統傳輸的總的碼速率以及傳輸長度的要求，來確定并行或串行傳輸通道數量。如果采用串行通道，確定每個通道的碼速率和有效傳輸距離。傳輸通道的傳輸距離與介質、碼速率、接口電平門限有關，可參閱有關表格。下面給出一個估算公式：
S≤[10lg(Po/Pi)]/Ap(光傳輸)
S≤[G 20lg(Uot/Uit)]/Au（銅介質）
S：傳輸距離（m）
G:接收端增益（dB）
Au:在設計傳輸率時，每米電纜的電壓衰耗（dB）
Ap：每公里的功率衰耗
Uot、Uit：分別為差分輸出端，與輸入端的電壓門限
Po、Pi：光收發器發射、接收的光功率門限
（2）確定傳輸通道的工作方式�？梢圆捎脝喂�、雙工、開環、閉環等，它決定了收發兩端的鏈接形式，對系統的穩定性起著重要作用。
（3）數據重組。根據傳輸通道的特點和數量，把數字視頻信號重新組合為適合傳輸系統芯片所需的格式。它是一個數據重組過程，通常需要ASIC或FPGA來實現。
（4）每個數據通道的傳輸率和接口要求，確定傳輸介質。通常采用的傳輸介質包括多模、單模光纖、同軸電纜、雙絞線。
（5）根據通道的傳輸速率，選擇最佳的收發芯片和接口電路構成系統。
圖3 在數據中加入同步碼字的基本方法
3 可靠的PLL同步環路的建立
傳輸系統中，每個通道中高速串行數據都包含有同步信息。在接收端，本地時鐘要與輸入端幀時鐘同步，才有可能正確恢復數據。系統初始時，發送端發出的一串特殊同步碼字（Sync pattern），保證在每一串行碼字中存在固定、唯一的跳變沿，使接收端的PLL鎖定。在鎖定建立后，發送端可以傳輸數據，接收端則提取編碼數據的同步信息維持接收端的鎖定。當發送端無數據傳輸時，可以插入空閑幀（具有維持鎖定的跳變沿），維持鎖定。
在數據視頻信號傳輸中，可以采用雙工回路（圖2）。由于數字視頻傳輸的特點，其雙工通路不同于通信，它的兩條通路可以是不對稱的，一條快速通道用于下傳視頻數據，另一條慢速通道傳回是否鎖定等監控信息。發送端邏輯一旦得到失鎖信息，則停止視頻數據傳輸，強制發送同步碼，直到收到鎖定信息。
數字視頻傳輸的特點，可以采用簡單的單工方式進行傳輸。這種方式更為簡單，系統在初始時建立穩定同步，并提取編碼數據中的邊沿維持鎖定。但是一旦失鎖，發射端無法收到反饋信息，系統同步難以恢復，這時接收
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