如何计算VGA系统的带宽

如何计算VGA系统的视频带宽

由IBM推出的采用RGB模拟信号的VGA视频标准，定义了具有60Hz刷新频率、可产生16种颜色的能力的640×480像素格式。模拟RGB标准很快成为知名的VGA标准，时至今日，大多数计算机的VGA监视器仍然保留有15引脚的D-Sub蓝色连接器。VGA标准现在由视频电子标准协会(Video Electronics Standards Association，VESA)负责，信号及如何测量和测试信号的定义都由该协会制定。

如今VGA家族包括了一系列名称，从原来的VGA(视频图形阵列)到UXGA(超扩展的图形阵列)。业界专家预期，在PC领域，该标准会存在到2015年或更晚。

有些系统的VGA信号必须通过放大器或开关，然而对于这样的开关或放大器，设计师如何计算所需要的带宽却有些复杂。进行这样的计算需要某些数学知识，并对CRT监视器有一定的了解。由于CRT曾经一度是最普通的显示器件，目前基本的视频带宽计算仍然依赖于老式CRT监视器的物理机制。

虽然CRT监视器正快速地被LCD监视器替代，但CRT仍构成标准的一部分，所以，必须对其有所了解，以计算带宽。在CRT内，电子束在磁场中进行偏转，自上而下，覆盖整个屏幕，从而形成“光栅”图样(见图1)。在显示屏的有效部分(迹线)显示信息。在迹线的末端，电子束必须返回左端，开始另一次扫描；在回扫期间，必须不可见，这通过“消隐”成黑电平来实现。回扫时间必须考虑在内。

同样，当电子束到达CRT底端时，要产生一条与起始位置垂直的回扫线，在计算带宽时也必须把这段时间考虑在内。示例：1280×1024像素，

60Hz刷新频率对60Hz的刷新频率，显示一帧需要的时间为16.6ms，假设垂直回扫时间为1.6ms，这样就剩15ms的有效扫描时间。如果一帧的有效行数为1024，则完成每一行需要14.6ms。假设水平回扫时间为1.8 ms，则有效扫描只有12.8ms。必须在12.8 ms内显示1280像素，所以每个像素的时间为10ns。为计算最坏情况下需要的带宽，假设交替显示其他颜色和白色。例如，如果给绿色信号加方波，每像素10ns，结果得到20 ns周期的方波，其频率为50MHz (见图 2)。

该波形能在显示屏上交替显示G、BK、G、BK(交替出现512个绿/黑像素)。不过，如果波形是正弦波，而非方波，情况会怎样呢？

图3给出了在方波上叠加正弦波的情况。如果CRT监视器上单独显示正弦波，很明显，像素平均值要小一些，并且也不会很快增强。像素会有点“模糊”，仅在10ns期间的中间部分

达到全亮度。正弦波产生的不是一个清晰的均匀点，而是边沿有些不清晰，或“模糊”的点。

理想信号通过50 MHz滤波器之后，得到的显示也可用，但图像不会像具有更宽带宽的器件产生的那样均匀。因为，如今的大多数监视器都是LCD而非CRT，需要多大的带宽不再显而易见。但是，系统必须能够使表中给出的基本频率的信号通过。

下表中列出了水平和垂直像素、刷新频率以及与每个标准分辨率对应的基本视频频率组合。假设66%的信号有效，并且视频带宽等于基本频率。注意，刷新频率的增加(例如从60 Hz 增加到80 Hz)对带宽的影响与像素率的增加对它产生的影响相同。对目前的LCD监视器，适合眼睛的最佳刷新频率很少高于60 Hz。因此，确定系统的任一放大器或开关的视频带宽的一个合理的规则是，使其为基本频率的2到3倍。

选择满足一个或多个分辨率的元件时，此表非常有用。例如，如果目标分辨率是VGA开关(60Hz时为1280 × 1024)，可以看出带宽(基本)是60 MHz。比如，MAX4885或MAX4887 VGA开关芯片的带宽大于400 MHz。基本和3次谐波(180 MHz)通过时几乎不衰减。这两个开关都工作得非常好，给系统带来的插入损耗小于0.5 dB，不需视频缓冲。如果使用视频缓冲，那么，设计师就应该选择带宽大于200MHz的缓冲器，以与开关匹配，如MAX4219。