DVI顯示接口及其在機(jī)載雷達(dá)中的運(yùn)用

摘要：現(xiàn)行的機(jī)載雷達(dá)一般都采用電視體制的PAL制或VGA制式，這兩種信號(hào)均為模擬信號(hào)，模擬信號(hào)在用于現(xiàn)代的液晶顯示時(shí)，要經(jīng)歷先D ／A后A／D的變換，經(jīng)過變換后信號(hào)必然有所損失，為了避免這種損失，提出了一種使用高速數(shù)字接口——DVI的顯示方式，此種顯示方式可完全保證數(shù)字視頻在顯示過程中不會(huì)引進(jìn)任何損失，本設(shè)計(jì)已成功運(yùn)用到一款機(jī)栽雷達(dá)中，使得該雷達(dá)的顯示分辯率和穩(wěn)定度均有較大提升，本設(shè)計(jì)使用SiI1160為接口器件，數(shù)字視頻形成電路由FPGA構(gòu)成，實(shí)驗(yàn)證明此種設(shè)計(jì)穩(wěn)定可靠，完全達(dá)到產(chǎn)品要求。
關(guān)鍵詞：DVI接口；VGA；機(jī)載雷達(dá)；現(xiàn)場可編程邏輯門陣列

    目前大多數(shù)機(jī)載雷達(dá)與顯示設(shè)備之間都是通過PAL制視頻信號(hào)或模擬VGA接口連接傳輸，機(jī)載雷達(dá)內(nèi)部以數(shù)字方式生成的顯示圖像信息，被顯示接口中的D／A(數(shù)字／模擬)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)镽、G、B三原色信號(hào)和行、場同步信號(hào)或是含有同步的全電視信號(hào)，信號(hào)通過電纜傳輸?shù)斤@示設(shè)備中。對(duì)于模擬顯示設(shè)備，如模擬CRT顯示器，信號(hào)被直接送到相應(yīng)的處理電路，驅(qū)動(dòng)控制顯像管生成圖像。而對(duì)于LCD、LED、DLP等數(shù)字顯示設(shè)備，顯示設(shè)備中需配置相應(yīng)的A／D(模擬／數(shù)字)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。在經(jīng)過D／A和A／D兩次轉(zhuǎn)換后，不可避免地造成了一些圖像細(xì)節(jié)的損失。由于目前大多數(shù)機(jī)載顯示設(shè)備都是LCD、LED、DLP等數(shù)字顯示設(shè)備，為了減少不必要的信息損失，DVI等數(shù)字顯示接口越來越多地被運(yùn)用到機(jī)載雷達(dá)中。

1 DVI簡介
    1999年，由Silicoil Image、Intel、Compaq、IBM、HP、NEC、Fuiitsu等公司共同組成數(shù)字顯示工作組(DDWG，DigitalDisplayWorking Group)推出的數(shù)字顯示接口(DVI，Digital VisualInterface)標(biāo)準(zhǔn)。
    DVI標(biāo)準(zhǔn)由DDWG于1994年4月正式推出，它的基礎(chǔ)是Silicon Image公司的PanalLink接口技術(shù)，PanalLink接口技術(shù)采用的是最小化傳輸差分信號(hào)(TMDS，Transition Mini-mizedDifferential Signaling)作為基本電氣連接。計(jì)算機(jī)中生成的圖像信息傳送到顯示處理單元(顯卡)中，經(jīng)處理并編碼成數(shù)據(jù)信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)中包含了一些像素信息、同步信息以及一些控制信息，信息通過三個(gè)通道輸出。同時(shí)還有一個(gè)通道用來傳送使發(fā)送和接收端同步的時(shí)鐘信號(hào)。每一個(gè)通道中的數(shù)據(jù)以差分信號(hào)方式傳輸，因此每一個(gè)通道需要2根傳輸線。由于采用差分信號(hào)傳輸，數(shù)據(jù)發(fā)送和接收中識(shí)別的都是壓差信號(hào)，因此傳輸線纜長度對(duì)信號(hào)影響較小，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸。在接收端對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，并處理生成圖像信息供數(shù)字顯示設(shè)備顯示，在DVI標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)接口的物理方式、電氣指標(biāo)、時(shí)鐘方式、編碼方式、傳輸方式、數(shù)據(jù)格式等進(jìn)行了嚴(yán)格的定義和規(guī)范，對(duì)于數(shù)字顯示設(shè)備，由于沒有D／A和A／D轉(zhuǎn)換過程，避免了圖像細(xì)節(jié)的丟失，從而保證了計(jì)算機(jī)生成圖像的完整再現(xiàn)。在DVI接口標(biāo)準(zhǔn)中還增加了一個(gè)熱插拔監(jiān)測信號(hào)，從而真正實(shí)現(xiàn)了即插即用。
    DVl有DVI1．0和DVI2．0兩種標(biāo)準(zhǔn)，其中DVI1．0僅用了其中的一組信號(hào)傳輸信道(data0～data2)，傳輸圖像的最高像素時(shí)鐘為165 M，信道中的最高信號(hào)傳輸碼流為1．65 GHz，最高分辨率可達(dá)1 600x1 200x60。而DVI2．0則用了全部的兩組信號(hào)傳輸信道(data0～data5)，傳輸圖像的最高像素時(shí)鐘為330 M，可支持1 920x1 280分辨率，支持HDMI格式，每組信道中的最高信號(hào)傳輸碼流也為1．65 GHz。
    DVI信號(hào)在傳輸過程中有其特殊性，即由于數(shù)據(jù)碼流過快，使得傳輸距離有限，以1 600×1 200×60為例，按規(guī)定，可傳輸5m，在目前的實(shí)際應(yīng)用中，可完成7m左右，以1 280x1 024x70為例，可傳輸10 m；1 024x768x75能傳到13～14 m。

2 DVI種類及參數(shù)
    DVI接頭有3種，分別是DVI—Digital(DVI—D)、DVI—Analog(DVI—A)跟DVI—Integrated(DVI—I)。DVI—Digital(DVI—D)只支持?jǐn)?shù)字顯示的設(shè)備，DVI—Analog(DVI—A)只有支持模擬顯示的設(shè)備，DVI—Integrated(DVI-I)則是支持?jǐn)?shù)字顯示跟模擬顯示。從接口定義上可以看出，DVI—I實(shí)際上是在DVI—D的基礎(chǔ)上增加了模擬接口。之所有會(huì)有這樣的搭配，因?yàn)镈VI雖然是為了數(shù)字顯示設(shè)備所訂定的標(biāo)準(zhǔn)，但是因?yàn)橥高^數(shù)字的傳送不會(huì)降低畫面的效果，再加上為了考量能夠轉(zhuǎn)換成模擬訊號(hào)，所以才會(huì)有DVI—D、DVI—A跟DVI—I這3種接頭，其中DVI—I可以兼容DVI—D裝置(包括連接線)，但是DVI—D接頭卻不能夠使用DVI—I連接線，所以數(shù)字顯示設(shè)備是DVI—D的接頭，連接線是DVI—I的接頭，顯示卡是DVI—I的接頭。且DVI—I也可轉(zhuǎn)接成為D—sub 15pin。[!--empirenews.page--]
    DVI可實(shí)現(xiàn)從VGA到0XGA幾種不同分辯率如表1如示。

    雙鏈路DVI與單鏈路DVI可實(shí)現(xiàn)的分辯率對(duì)照表，如表2所示。
    視頻幀由VSYNC個(gè)視頻行組成，每一行由HSYNC個(gè)像素，水平門與垂直門的“與”函數(shù)即為可視區(qū)域，圖像的其他區(qū)域?yàn)橄[區(qū)。目前存在很多種不同VGA模式，以下就常見的各種模式種參數(shù)進(jìn)行說明，給出VGA模式中各種時(shí)序參數(shù)可以參考，水平(行)時(shí)序如表3所示，垂直(場)時(shí)序如表4所示。

    當(dāng)有效時(shí)間增加時(shí)，它超過了場同步信號(hào)的上升沿，因此前沿為-1在實(shí)際設(shè)計(jì)中如何通過不同的系統(tǒng)頻率確定適當(dāng)?shù)娘@示模式，例如在某開發(fā)板中FPGA的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為50 MHz。這個(gè)時(shí)鐘頻率可以用來設(shè)計(jì)顯示800x600模式，為了顯示器顯示效果好，采用場頻(刷新頻率)75 Hz，那么幀長可以確定為666，而行總長設(shè)計(jì)為1 000像素。[!--empirenews.page--]

3 在機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)中的運(yùn)用
    過去的機(jī)載雷達(dá)多用PAL制的視頻信號(hào)或VGA信號(hào)，在本設(shè)計(jì)中根據(jù)DVI的有關(guān)特性，結(jié)合機(jī)載雷達(dá)的具體需求，設(shè)計(jì)了如圖1所示的DVI系統(tǒng)。

    其實(shí)現(xiàn)過程如下，PPC405將需要顯示的圖像數(shù)據(jù)按行列要求寫入顯示存貯器，視頻時(shí)序電路和讀顯存地址形成電路將顯示存貯器的數(shù)據(jù)按DVI顯示的要求送入DVI接口電路，再由DVI接口電路形成差分的高速串行信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)通過DVI專用電纜送入DVI顯示器。圖1中除了DVI接口電路外均用FPGA形成，F(xiàn)PGA可以靈活地形成不同的行場信號(hào)和符合要求的顯示緩存區(qū)。
    DVI的關(guān)鍵器件(DVI接口芯片)SiI1160的設(shè)計(jì)簡圖如圖2所示，數(shù)字視頻信號(hào)由FPGA(XC2VPS0)產(chǎn)生，由于XC2VP50內(nèi)部資源較為豐富，控制整個(gè)圖形產(chǎn)生的CPU(PPC405)用片內(nèi)的硬核實(shí)現(xiàn)除了DVI接口器件以外的幾乎所有器件(包括VRAM，CPU，F(xiàn)LASH，控制邏輯電路等)，由于SiI1160有許多信號(hào)是高速數(shù)字信號(hào)，所以在該器件周圍要增加足夠的電磁保護(hù)元件，SiI1160的CLK信號(hào)由所顯示的圖像分辯率決定的，具體選擇如前表所述，該器件片內(nèi)有數(shù)字鎖相環(huán)電路用于倍頻，為了保證鎖相環(huán)電路穩(wěn)定可靠工作，需要給鎖相環(huán)電路提供穩(wěn)定的電源，如圖2中的W1，模擬電源需經(jīng)電感隔離后提供，輸出數(shù)字圖像信號(hào)需經(jīng)如圖所示的濾波電路處理后輸出，方能保證高速數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳送。

    以往的機(jī)載雷達(dá)一般采用電視制式的視頻信號(hào)或VGA制式的信號(hào)，這些信號(hào)均是模擬信號(hào)，模擬信號(hào)在用于液晶顯示時(shí)，由于需要先D／  A，再A／D的轉(zhuǎn)換，這樣就存在一定程度的信息損失，采用DVI顯示接口設(shè)計(jì)，可以有效避免由于數(shù)模模數(shù)轉(zhuǎn)換而引進(jìn)的信息損失，最大限度地保證了雷達(dá)顯示信號(hào)的真實(shí)性和完整性。
    DVI顯示接口的成功運(yùn)用，為機(jī)載雷達(dá)引進(jìn)了一種全數(shù)字的在信號(hào)傳輸環(huán)節(jié)沒有任何信息損失的顯示方式，由于該種方式具有如上優(yōu)點(diǎn)，必將在未來的機(jī)載雷達(dá)中得到越來起多的運(yùn)用。
    在印制板的工程設(shè)計(jì)中，要按照數(shù)字高頻電路的要求設(shè)計(jì)，要注意對(duì)差分信號(hào)的保護(hù)，按差分信號(hào)的要求布線(如保持等長和平行等)，對(duì)DVI接口器件周邊在布線時(shí)要注意電磁保護(hù)，以減少信號(hào)損失。

4 結(jié)束語
    從目前的趨勢來看，DVI由于可以支持高分辨率(雙路時(shí)最高可達(dá)2 048x1 536)顯示和無信息損失等優(yōu)點(diǎn)，再加上數(shù)字顯示設(shè)備的不斷普及，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)越來越廣。越來越多的雷達(dá)出于諸多方面的考慮已提出要用DVI方式進(jìn)行顯示，而且DVI在技術(shù)方面是成熟的，相信在不遠(yuǎn)的將來，DVI顯示接口在雷達(dá)上的運(yùn)用將會(huì)越來越多。