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基于AD8108的寬頻帶低串擾視頻切換矩陣的設計
摘要：介紹了一種寬頻帶低串擾視頻切換矩陣的設計.該矩陣采用美國ADI公司的AD8108作為寬頻帶視頻切矩陣的信號切換芯片,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實現的視頻切換矩陣具有325MHz的帶寬能力和低通道間串擾、低進出串擾的特性，同時具有-98dB的高進出隔離度，完全可以滿足各行業中對高性能視頻和VGA信號的切換需求。隨著多媒體技術的發展，現實應用中對視頻切換的要求也越來越高。在有線電視系統、高質量視頻監控系統和大屏幕顯示系統中，高質量視頻和VGA信號要求使用寬帶寬、低干擾的切換矩陣系統來完成信號源的切換過程。以前的切換矩陣使用的大多是機械式或是電子開關式的，它們的缺點通常是通道帶寬不能通過高質量高分辨車的信源，并且存在強的串擾現象。
1 AD8108芯片簡介
AD8l08是一種8×8的高速無交叉切換開關芯片，傳輸帶寬可達325MHz。芯片輸入口使用NPN差分輸入管，并帶有150Ω電阻對輸入信號進行緩沖，加上無阻塞式的傳輸，使得AD8108能達到高性能的視頻應用效果。AD8108具有0．1dB的增益平坦度和0．02％／0．02度的差分增益／差分相位錯誤率，而串擾抑制僅為-83dB。通過串行或并行輸入的控制信號可以對AD8108實現切換控制。串口控制數據的輸出可以方便地結合多個AD8108芯片來生成更大規模的視頻切換矩陣。AD8108芯片可應用在高速信號切換矩陣中，實現對復合視頻（NTSC，PAL，SECAM）、分量視頻(YUV，RGB)、壓縮視頻(MPEC，Wavelet)和HDB3數字視頻的切換。通常計算機的VGA信號可以轉換成R、C、B、H、V，等五路信號，然后通過AD8108組成的切換矩陣進行切換。AD8108芯片的信道切換時間小于25ns，并且僅有小于l％的信號耗損。
圖1
2 視頻切換矩陣的硬件原理
寬帶寬低串擾視頻切換矩陣系統主要由三片AD8108芯片、兩片可編程邏輯器件ispMACH4A5和一片AT89C51微控制器組成。AD8108芯片內部集成了8×8的矩陣切換單元，用于對輸入輸出信號進行切換。兩片ispMACH4A5模擬AD8]08芯片的切換過程，用于對同步數字邏輯進行切換。而AT89C51芯片作為微控制器用于對切換矩陣各單元進行切換控制以及用于構成人機界面和構建RS232串行通信接口。
視頻切換矩陣系統的硬件原理圖如圖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8路輸入。Rout[1-8]、Gout[1-8]和Bout[1-8]表示R、G和B信號的8路輸出，對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芯片通過芯片內的32個寄存器對8路輸入和8路輸出運行切換控制。在串行輸入控制時。AD8108的Dl腳通過CLK腳信號的下降沿驅動，依次傳輸OUT7[D3]、OUT7[D2]……OUT0[D1]、OUT0[D0]信號到芯片內的32個寄存器中由寄存器控制輸入信號和輸出信號的對應切換關系。而并行輸入控制則通過D0、D1、D2、D3信號管腳和A0、A1、A2信號管腳來完成。A0、A．1、A2信號定義要控制的輸出信道，D0、Dl、D2選擇這一信道對應的輸入切換信道，而D3則控制由A0、A1、A2信號指定的輸出信道的開通和關閉。在AD8108中，／CE信號用來選中芯片。／RST用來對AD8108芯片進行初始化，但這個初始化沒有對寄存器內容進行初始化，而僅僅對切換矩陣輸出狀態進行初始化，使得所有通道輸出處于禁止狀態，而寄存器中切換邏輯仍置于一個隨機的排列中：／UPDATE信號用于將寄存器內的信息置于切換矩陣上，使得設置的矩陣切換邏輯起作用。而DO管腳則用于多個AD8108芯片之間的串聯控制。在實現了R、G、B信號切換之后，可由兩片可編程邏輯芯片ispMACH4A5對H、V信號進行切換。由于H信號和V信號是同步的數字邏輯信號，這里采用15ns上升時間的數字可編程邏輯器件來完成H、V信號的切換，以保證數字同步邏輯的沿同步。圖1中的ispMACH4A5(1)完成H信號的8×8切換，ispMACH4A5(2)完成V信號的8×8切換。ispMACH4A5芯片的S／PAR、CLK、DI、DO、／UPDATE、／CE、／RST、D[3：0]和A[2：0]信號的連接和AD8108芯片連接相一致，同時在ispMACH4A5中組建了與AD8108邏輯一致的切換矩陣邏輯。AD8108和ispMACH4A5中的／CE信號連接在一起是將R、G、B、H、V捆綁起來一起控制，以完成對VCA信號的五路信號R、G、B、H、V的同步切換過程。 當然，R、G、B、H、V電可以分開進行單獨控制以形成更多組合和更細的切換。
在圖1中，AT89C51用于對AD8108和ispMACH4A5芯片進行切換控制。Pl0到P15通過74F244緩沖形成CLK、S／PAR、DI、／UPDATE、/CE和／PST后與AD8108和ispMACH4A5芯片中相應的管腳相連。而P20到P26管腳則通過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74F373與8255芯片進行連接。8255擴展出來的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，擴展出串口以方便遠程計算機通過串口控制切換矩陣系統的切換邏輯。AT89C51還與X5045芯片中的看門狗電路和E2PROM模塊對應連接來完成對MCU的監控和控制數據的存儲。
3 軟件流程
軟件流程圖如圖2所示。通過5V供電的硬件系統上電后，首先進行系統的初始化。這里，AT89C51完成對串行口、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中上一次掉電時存下來的切換邏輯并通過DI串行控制口發送到AD8108芯片和ispMACH4
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