刘力谈VGA信号及传输的带宽与频谱分析

    在使用模拟VGA信号时，关于传输系统（电缆、分配、矩阵切换与电缆均衡等）中遇到的问题，以前写文章论述过，但偏于定性分析。日前在总参某所检测中心进行设备测试，顺便现将上述一些设备也进行了定量测试，并将测试图形分析如下，希望用户能够有一些定量的直观的感受，对目前的模拟方式的现状有个整体的了解。
    测试条件：信号发生器（EXTRON VGA信号发生器），Agilent分析仪、北京利国公司VGA-16*8B，VGA矩阵切换器、利国公司LG-RG59/5电缆150米、利国公司LGF系列模拟光收/发器一套，利国公司VGAD-1*2CC/L长线驱动器（电缆均衡器）1台。

    测试内容及测试数据及分析，结论如下：

    测试1.  150米LG-RG59/5电缆300MHZ测视图：紫红线为基准源，起始点为-10dB，每格5dB，从1-300MHZ，兰线为实测曲线

    结论：在100MHZ点，衰减为-22.1dB，相对衰减12dB（起始点为-10 dB，下同），折合为100米，100MHZ为8dB，符合电缆原指标。这是一条典型的电缆幅频特性的反对数曲线，电缆的长度与衰减是线性关系，如100米时衰减应为现有值的2/3，为-8 dB左右。

    测试2.150米LG-RG59/5电缆，10MHZ测试图，测试条件未改变，但黄线为基准源，兰线为测试曲线，测试结果：5MHZ衰减4dB，10MHZ点为5dB

    测试1与2的分析：

    a，给出电缆的衰减曲线，各厂家电缆具体参数会有不同，但曲线形式基本一致，有利于用户建立电缆衰减的概念。

    b，在100米100MHZ点大家一般比较关注，以前的分析数据：

    18AWG为6.8 dB，RG59为8 dB，75-5为10 dB，75-3为16 dB，75-2为24 dB实测RG59的数据与以前提供的数据相符。

    c，在10MHZ以内，主要是在低频段，如果此段的曲线不好，会对画面有较大影响，会影响图像的拖尾和对位，LG-RG59/5的低频段曲线相当不错。    

    测试3. 利国公司VGAS-16*8B矩阵与EXTRON VGA16*8矩阵的测试比较

    测试条件：用测试短线联接信号源与矩阵，其他测试条件完全相同，黄线是基准，利国矩阵选用1入1出，兰线为实测曲线，EXTRON矩阵同样是1入1出，紫线为实测曲线。

    曲线分析：利国的矩阵在0-400MHZ内的曲线相当平直，EXTRON的曲线在200MHZ之内有明显提升，但在200MHZ之后明显下降，如果按照3dB的理论，上升超过3 dB也不允许（如果这么算，那EXTRON的带宽很小），考虑到实际应用过程中电缆的损失，在一定长度内预补偿比较有实用意义。但由于是固定提升，无法根据电缆的长短进行提升的调整，可能在短线时有明显的提升过度，某一长度时正好，再长时可能也不灵，这主要是产品设计理念的问题，一种观点是：矩阵就是矩阵（符合传统理论），不能对信号进行处理，如有不足，应由其它设备解决（如长线驱动器）。利国倾向于这种理念，其实在利国的矩阵电路上留有提升电路，只是未装原器件，因为不知传输距离与电缆情况，无法预先知道该提升多少；另一种观点是先提一部分再说，既使在短线时提升过度，如果未出现幅度过大。造成波形变形，可以容忍，但中长线时有一定优势。

    结论：从幅频特性上讲利国的矩阵，并不比EXTRON的差（至少是EXTRON的某些款型）完全不必迷信进口设备。同时使大家知道矩阵等设备的衰减情况。

    测试4.利国矩阵与EXTRON矩阵加150米电缆的比较

    测试条件：将联接信号源的短线换为刚测试过的150米LG-RG59/5电缆，黄线为基准，紫线为EXTRON曲线，兰线为利国矩阵曲线。

    分析：在此情况下，利国矩阵曲线，明显与电缆曲线一致（因为本身的曲线平直），而EXTRON曲线有明显提升，如在100MHZ点上有-8.6 dB衰减，而利国矩阵应有-12 dB衰减，符合上述的分析。EXTRON矩阵在200MHZ以内曲线较没有提升要好。但在200MHZ以后，EXTRON矩阵衰减很明显。

    测试5. 利国长线驱动器测试

    测试条件：利用短线联接信号源与VGAD-1*2CC/L驱动器。

    分析：长线驱动器可调节衰减曲线，可根据电缆的种类和长度不同选择档位。当然这里显示的仅是幅频特性的调整，群延时等。其它调整无法看到。

    测试6. 利国矩阵加150电缆加长线驱动的测试

    测试条件：增加利国公司VGAD-1*2CC/L长线驱动器，黄线为基准，兰线为不加驱动，紫线加入驱动器，调升为2档。

    分析：在100MHZ点上衰减为3.6 dB，好于EXTRON，但可惜未能打上EXTRON的对比曲线，大家可对照看一下，在160MHZ以内，好于原曲线，如需后端提升，可调整驱动器的档位。

    总结：以上所有测试，都是仅测试了幅频特性，根据理论分析，除幅频特性之外，还有群延时等特性未能测试，在选择设备时应整体考虑，不能仅单看某一项指标。

    测试7. 光传输测试

    黄线 源频谱，兰线，实测曲线，在光传输中因为DVI数字处理的原因，无法测幅频特性，只好测频谱，主要目的是给大家一个频谱的概念。

    在不同分辨率时，信号的频谱分布是不同的，在SXGA时频谱的第一波在115MHZ左右截止，与其信号标准对应（1280×1024×60HZ点时钟应为110MHZ），在XGA时第一波频谱截止点为80MHZ左右，而像束点时钟也为80MHZ。表明根据各分辨率对应的像束点时钟，频谱第一波的截止点与其相符，而第二波的高点与第一波比相差至少在-15 dB左右，一般可得出结论，第二波频谱在显示时已无实用价值。

    在第一波频谱中，以SXGA为例，截止于115MHZ，但相对于3 dB带宽，也就在60MHZ左右，这正好与奈奎斯特采样定律相符，主要频谱分布在点时钟的1/2以内，而到了截止点，幅度相差近60 dB以上。

    在光传输时，由于将VGA转成DVI，经光纤传输接收后再转回VGA，增加了A/D与D/A过程，对信号的损失在6 dB左右，也基本符合A/D、D/A的原理。

    分析：以上测试验证了我们以前提出的理念

    VGA信号由于在显卡中有D/A过程，已经将信号损失的很严重，这从增加了一次A/D、D/A，原频谱的劣化也可对应看出。从某中意义上讲，过度强调传输系统的指标，如带宽等，已无实际意义。因为在其中传输的信号已经很差了，频谱仅集中在60MHZ以内，如果想要提高图像质量，应该直接利用DVI信号，这也是DVI的应用将成为主流的原因。过于强调电缆，分配，切换等传输过程，仅能在已损失很严重的情况下尽可能保持而已，无论多么好的显示设备，到其入口的信号源在经过显卡D/A后已经面目全非了，何况显示设备还要再进行A/D等处理。由于设备原因，无法测到从DVI输出与VGA输出的频谱对比，但结论应该是很明确的。

    另一结论：利用光纤传输

    在无论长度的情况下，新增加的衰减在6 dB左右，由于长线（100米衰8 dB，加驱动会有提升），考虑到其它高低频干扰，拖尾、重影等因素，明显不如光纤传输效果好，因此光纤传输（既使是模拟光传输）也比电缆好很多。