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基于AD8108的寬頻帶低串?dāng)_視頻切換矩陣的設(shè)計(jì)
摘要：介紹了一種寬頻帶低串?dāng)_視頻切換矩陣的設(shè)計(jì).該矩陣采用美國(guó)ADI公司的AD8108作為寬頻帶視頻切矩陣的信號(hào)切換芯片,采用AT89C51作為微控制器完成矩陣切換的控制和外圍界面的維護(hù)實(shí)現(xiàn)的視頻切換矩陣具有325MHz的帶寬能力和低通道間串?dāng)_、低進(jìn)出串?dāng)_的特性，同時(shí)具有-98dB的高進(jìn)出隔離度，完全可以滿足各行業(yè)中對(duì)高性能視頻和VGA信號(hào)的切換需求。隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中對(duì)視頻切換的要求也越來(lái)越高。在有線電視系統(tǒng)、高質(zhì)量視頻監(jiān)控系統(tǒng)和大屏幕顯示系統(tǒng)中，高質(zhì)量視頻和VGA信號(hào)要求使用寬帶寬、低干擾的切換矩陣系統(tǒng)來(lái)完成信號(hào)源的切換過(guò)程。以前的切換矩陣使用的大多是機(jī)械式或是電子開關(guān)式的，它們的缺點(diǎn)通常是通道帶寬不能通過(guò)高質(zhì)量高分辨車的信源，并且存在強(qiáng)的串?dāng)_現(xiàn)象。
1 AD8108芯片簡(jiǎn)介
AD8l08是一種8×8的高速無(wú)交叉切換開關(guān)芯片，傳輸帶寬可達(dá)325MHz。芯片輸入口使用NPN差分輸入管，并帶有150Ω電阻對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行緩沖，加上無(wú)阻塞式的傳輸，使得AD8108能達(dá)到高性能的視頻應(yīng)用效果。AD8108具有0．1dB的增益平坦度和0．02％／0．02度的差分增益／差分相位錯(cuò)誤率，而串?dāng)_抑制僅為-83dB。通過(guò)串行或并行輸入的控制信號(hào)可以對(duì)AD8108實(shí)現(xiàn)切換控制。串口控制數(shù)據(jù)的輸出可以方便地結(jié)合多個(gè)AD8108芯片來(lái)生成更大規(guī)模的視頻切換矩陣。AD8108芯片可應(yīng)用在高速信號(hào)切換矩陣中，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合視頻（NTSC，PAL，SECAM）、分量視頻(YUV，RGB)、壓縮視頻(MPEC，Wavelet)和HDB3數(shù)字視頻的切換。通常計(jì)算機(jī)的VGA信號(hào)可以轉(zhuǎn)換成R、C、B、H、V，等五路信號(hào)，然后通過(guò)AD8108組成的切換矩陣進(jìn)行切換。AD8108芯片的信道切換時(shí)間小于25ns，并且僅有小于l％的信號(hào)耗損。
圖1
2 視頻切換矩陣的硬件原理
寬帶寬低串?dāng)_視頻切換矩陣系統(tǒng)主要由三片AD8108芯片、兩片可編程邏輯器件ispMACH4A5和一片AT89C51微控制器組成。AD8108芯片內(nèi)部集成了8×8的矩陣切換單元，用于對(duì)輸入輸出信號(hào)進(jìn)行切換。兩片ispMACH4A5模擬AD8]08芯片的切換過(guò)程，用于對(duì)同步數(shù)字邏輯進(jìn)行切換。而AT89C51芯片作為微控制器用于對(duì)切換矩陣各單元進(jìn)行切換控制以及用于構(gòu)成人機(jī)界面和構(gòu)建RS232串行通信接口。
視頻切換矩陣系統(tǒng)的硬件原理圖如圖1所示。圖中的三片AD810S芯片分別完成R、G、B信號(hào)的8路輸入和8路輸出的切換，Rin[1-8]、Cin[1-8]和Bin[1-8]表示R、G和B信號(hào)8路輸入。Rout[1-8]、Gout[1-8]和Bout[1-8]表示R、G和B信號(hào)的8路輸出，對(duì)AD8108切換芯片的控制有串行輸入控制和并行輸入控制兩種。AD8108芯片通過(guò)芯片內(nèi)的32個(gè)寄存器對(duì)8路輸入和8路輸出運(yùn)行切換控制。在串行輸入控制時(shí)。AD8108的Dl腳通過(guò)CLK腳信號(hào)的下降沿驅(qū)動(dòng)，依次傳輸OUT7[D3]、OUT7[D2]……OUT0[D1]、OUT0[D0]信號(hào)到芯片內(nèi)的32個(gè)寄存器中由寄存器控制輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的對(duì)應(yīng)切換關(guān)系。而并行輸入控制則通過(guò)D0、D1、D2、D3信號(hào)管腳和A0、A1、A2信號(hào)管腳來(lái)完成。A0、A．1、A2信號(hào)定義要控制的輸出信道，D0、Dl、D2選擇這一信道對(duì)應(yīng)的輸入切換信道，而D3則控制由A0、A1、A2信號(hào)指定的輸出信道的開通和關(guān)閉。在AD8108中，／CE信號(hào)用來(lái)選中芯片。／RST用來(lái)對(duì)AD8108芯片進(jìn)行初始化，但這個(gè)初始化沒(méi)有對(duì)寄存器內(nèi)容進(jìn)行初始化，而僅僅對(duì)切換矩陣輸出狀態(tài)進(jìn)行初始化，使得所有通道輸出處于禁止?fàn)顟B(tài)，而寄存器中切換邏輯仍置于一個(gè)隨機(jī)的排列中：／UPDATE信號(hào)用于將寄存器內(nèi)的信息置于切換矩陣上，使得設(shè)置的矩陣切換邏輯起作用。而DO管腳則用于多個(gè)AD8108芯片之間的串聯(lián)控制。在實(shí)現(xiàn)了R、G、B信號(hào)切換之后，可由兩片可編程邏輯芯片ispMACH4A5對(duì)H、V信號(hào)進(jìn)行切換。由于H信號(hào)和V信號(hào)是同步的數(shù)字邏輯信號(hào)，這里采用15ns上升時(shí)間的數(shù)字可編程邏輯器件來(lái)完成H、V信號(hào)的切換，以保證數(shù)字同步邏輯的沿同步。圖1中的ispMACH4A5(1)完成H信號(hào)的8×8切換，ispMACH4A5(2)完成V信號(hào)的8×8切換。ispMACH4A5芯片的S／PAR、CLK、DI、DO、／UPDATE、／CE、／RST、D[3：0]和A[2：0]信號(hào)的連接和AD8108芯片連接相一致，同時(shí)在ispMACH4A5中組建了與AD8108邏輯一致的切換矩陣邏輯。AD8108和ispMACH4A5中的／CE信號(hào)連接在一起是將R、G、B、H、V捆綁起來(lái)一起控制，以完成對(duì)VCA信號(hào)的五路信號(hào)R、G、B、H、V的同步切換過(guò)程。 當(dāng)然，R、G、B、H、V電可以分開進(jìn)行單獨(dú)控制以形成更多組合和更細(xì)的切換。
在圖1中，AT89C51用于對(duì)AD8108和ispMACH4A5芯片進(jìn)行切換控制。Pl0到P15通過(guò)74F244緩沖形成CLK、S／PAR、DI、／UPDATE、/CE和／PST后與AD8108和ispMACH4A5芯片中相應(yīng)的管腳相連。而P20到P26管腳則通過(guò)74F244芯片緩沖后依次與AD8108和ispMACH4A5芯片的D0、D1、D2、D3、A0、Al、A2相連。AT89C51的P0口與ALE／P管腳．通過(guò)74F373與8255芯片進(jìn)行連接。8255擴(kuò)展出來(lái)的PA口、PB口和PC口用于鍵盤的輸入和LED的顯示控制。AT89C51還將TXD和RXD管腳與MAX232的TX1和RX1相連，擴(kuò)展出串口以方便遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過(guò)串口控制切換矩陣系統(tǒng)的切換邏輯。AT89C51還與X5045芯片中的看門狗電路和E2PROM模塊對(duì)應(yīng)連接來(lái)完成對(duì)MCU的監(jiān)控和控制數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
3 軟件流程
軟件流程圖如圖2所示。通過(guò)5V供電的硬件系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化。這里，AT89C51完成對(duì)串行口、E2ROM芯片讀寫的初始化；8255芯片完成鍵盤掃描和顯示的初始化；而AD8108芯片的／RST起作用完成切換矩陣的初始化。然后AT89C51讀入X5025 E2ROM中上一次掉電時(shí)存下來(lái)的切換邏輯并通過(guò)DI串行控制口發(fā)送到AD8108芯片和ispMACH4
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