1、AD8108芯片简介AD8108是一种8 8的高速无交叉切换开关芯片，传输带宽可达325MHz 芯片输入口使用 NPN 差分输入管，并带有 150 电阻对输入信号进行缓冲，加上无阻塞式的传输，使得AD8108能达到高性能的视频应用效果 AD8108具有0.1dB 的增益平坦度和0.02%/0.02度的差分增益/差分相位错误率，而串扰抑制仅为-83dB 通过串行或并行输入的控制信号可以对 AD8108实现切换控制 串口控制数据的输出可以方便地结合多个 AD8108芯片来生成更大规模的视频切换矩阵 AD8108芯片可应用在高速信号切换矩阵中，实现对复合视频(NTSC，PAL，SECAM)、分量视频
2、(YUV ，RGB)、压缩视频(MPEG ，Wavelet)和HDB3数字视频的切换 通常计算机的 VGA 信号可以转换成 R、G、B 、H、V 等五路信号，然后通过 AD8108组成的切换矩阵进行切换 AD8108芯片的信道切换时间小于 25ns，并且仅有小于1%的信号耗损2 视频切换矩阵的硬件原理宽带宽低串扰视频切换矩阵系统主要由三片 AD8108芯片、两片可编程逻辑器件ispMACH4A5和一片 AT89C51微控制器组成 AD8108芯片内部集成了8 8的矩阵切换单元，用于对输入输出信号进行切换 两片 ispMACH4A5模拟 AD8108芯片的切换过程，用于对同步数字逻辑进行切换 而
3、 AT89C51芯片作为微控制器用于对切换矩阵各单元进行切换控制以及用于构成人机界面和构建 RS232串行通信接口视频切换矩阵系统的硬件原理图如图1所示 图中的三片 AD8108芯片分别完成R、G、 B 信号的8路输入和8路输出的切换，Rin1-8 、Gin1-8和 Bin1-8表示 R、G 和B 信号 8路输入Rout1-8、Gout1-8 和 Bout1-8表示 R、G 和 B 信号的8路输出 对 AD8108切换芯片的控制有串行输入控制和并行输入控制两种 AD8108芯片通过芯片内的32个寄存器对8路输入和8 路输出进行切换控制 在串行输入控制时，AD8108的 DI 脚通过 CLK 脚
4、信号的下降沿驱动，依次传输 OUT7D3、OUT7D2 OUT0D1、OUT0D0 信号到芯片内的32个寄存器中由寄存器控制输入信号和输出信号的对应切换关系 而并行输入控制则通过 D0、D1 、D2 、D3信号管脚和 A0、A1、A2信号管脚来完成 A0、A1、A2信号定义要控制的输出信道，D0、D1 、D2选择这一信道对应的输入切换信道，而 D3则控制由A0、A1、A2 信号指定的输出信道的开通和关闭 在 AD8108中，/CE 信号用来选中芯片/RST 用来对 AD8108芯片进行初始化，但这个初始化没有对寄存器内容进行初始化，而仅仅对切换矩阵输出状态进行初始化，使得所有通道输出处于禁止状
5、态，而寄存器中切换逻辑仍置于一个随机的排列中 /UPDATE 信号用于将寄存器内的信息置于切换矩阵上，使得设置的矩阵切换逻辑起作用 而 DO 管脚则用于多个 AD8108芯片之间的串联控制在实现了 R、 G、B 信号切换之后，可由两片可编程逻辑芯片 ispMACH4A5对 H、V 信号进行切换 由于 H 信号和 V 信号是同步的数字逻辑信号，这里采用15ns 上升时间的数字可编程逻辑器件来完成 H、V 信号的切换，以保证数字同步逻辑的沿同步 图1中的ispMACH4A5(1)完成 H 信号的8 8切换，ispMACH4A5(2)完成 V 信号的88 切换 ispMACH4A5芯片的 S/PAR
6、、CLK 、DI DO、/UPDATE 、/CE、/RST、D3：0和 A2：0信号的连接和 AD8108芯片连接相一致，同时在 ispMACH4A5中组建了与 AD8108逻辑一致的切换矩阵逻辑 AD8108和ispMACH4A5中的/CE 信号连接在一起是将 R、G、B 、H、V 捆绑起来一起控制，以完成对 VGA 信号的五路信号 R、 G、B、H、V 的同步切换过程 当然，R、G、B 、H、V 也可以分开进行单独控制以形成更多组合和更细的切换在图1中，AT89C51用于对 AD8108和 ispMACH4A5芯片进行切换控制 P10到 P15通过74F244缓冲形成 CLK、S/PAR、
7、DI、/UPDATE、/CE 和/RST 后与 AD8108和ispMACH4A5芯片中相应的管脚相连 而 P20到 P26管脚则通过74F244芯片缓冲后依次与 AD8108和 ispMACH4A5芯片的 D0、D1、D2、D3 、A0、A1 、A2相连 AT89C51的 P0口与 ALE/P 管脚 通过74F373与8255 芯片进行连接 8255扩展出来的 PA 口、PB口和 PC 口用于键盘的输入和 LED 的显示控制 AT89C51还将 TXD 和 RXD 管脚与MAX232的 TX1和 RX1相连，扩展出串口以方便远程计算机通过串口控制切换矩阵系统的切换逻辑 AT89C51还与 X
8、5045芯片中的看门狗电路和 E2PROM 模块对应连接来完成对MCU 的监控和控制数据的存储3 软件流程软件流程图如图2所示 通过5V 供电的硬件系统上电后，首先进行系统的初始化 这里，AT89C51完成对串行口、 E2PROM 芯片读写的初始化；8255芯片完成键盘扫描和显示的初始化；而 AD8108芯片的/RST 起作用完成切换矩阵的初始化 然后 AT89C51读入X5025 E2PROM 中上一次掉电时存下来的切换逻辑并通过 DI 串行控制口发送到 AD8108芯片和 ispMACH4A5芯片中的寄存器，当它们的 /UPDATE 管脚加上一个低电平，则上一次掉电时的逻辑在 AD8108
9、和 ispMACH4A5中起作用，从而形成输入输出切换逻辑；以后软件进入扫描键盘和串口中断的循环过程 由于切换矩阵系统显示 LED 是采用动态显示方法，因而在收到串口中断控制信号和键盘输入控制信号时，一般使用并行控制方法对AD8108进行切换以节省切换处理时间 当然，在其它场合，若对矩阵进行大规模的模式切换，用 DI 串行控制则可以更方便和快捷些4 视频切换矩阵的性能分析在高速视频切换矩阵系统中，带宽和串扰是两个重要的衡量指标 AD8108芯片中采用输入缓冲和高隔离度的运算放大器实现低串扰性能；采用无阻塞型的设计结构实现芯片系统的宽带宽性能，并实现低耗能 AD8108芯片组成的视频切换矩阵系统
10、的-3dB 带宽可达到325MHz串扰问题一般可定义为在同一个方向上传输的各信道之间信号的干扰 另外也可定义为一个系统进出间的耦合干扰 在视频切换矩阵系统中，串扰的过程是复杂的，有电的串扰，例如每个电阻是电磁发射器的同时，也是电磁的接收器；有磁场的串扰，电流的流动会产生磁场进而在其它线路上产生串扰电压；还有共阻回馈串扰，它是指由于公用的电源供电线和地线或其它的共用连线通过共线的电阻形成的串扰 所有这些串扰按矢量组合起来，形成一个复杂的矢变量 降低串扰的方法是选择低串扰的芯片，同时在系统设计上对串扰进行抑制处理 在本系统中，信道间的串扰体现较为明显 一般计量信道间串扰的公式如下：|XT|=20l
11、og10Asel(s)/Atest(s) (1)其中 s=jw 是拉普拉斯转换量，Atest(s)是选定的信道中的串扰信号的振幅，而 Atest(s)是测试信号的振幅 如以 dB 值表示信道间串扰值，则可以看到 |XT|是一个与频率相关的量，而与测试信号的幅度无关 另外串扰信号与测试信号之间还有着相位相关的关系 根据串扰的有关定义，可以建立一个测试环境来测量串扰与频率的关系 如图3所示，让 IN3通过一个75 的电阻接地，另外的7路线路输入1V 标准电压的测试信号 Atest(s)，且测试信号的频率可以调节 而这7路的输出端也是通过75 的电阻接地 然后测量 OUT3输出链路信号的振幅 Ase
12、l(s) 根据公式(1)可计算出通道间串扰的水平 改变输入测试信号的频率继续进行串扰的测试，就可以得到一个与频率相关的串扰变化图 如图4所示 一般来说，由于高频信号的干扰特性表现明显，串扰会随着频率的变高而逐渐加大 在这里测量了7路输入对单路信号的串扰 当要测量一个信道对另外一个信道的串扰时，也可以通过这个测试方法来实现为解决串扰的问题，在设计中采用了多项措施来保证 R、G 、B、H、V 五路信号的 PCB排布采取并行排布，更好的方法是把它们分别排布于不同的板子上；另外，要做好电源的滤波，在每个芯片的电源接线端采用高容量滤波电容进行滤波，而且滤波电容尽可能地靠近芯片电源接线端；再有，R、G、B
13、 的输入和输出端采用75 的电阻接地，以与外部的75 视频连线电阻相匹配5 应用分析基于 AD8108的高性能矩阵切换系统可以应用在有线电视系统、大屏幕显示系统、计算机监控系统中 它的325MHz 的通道带宽可以对计算机应用系统中的分辨率为12801024的75Hz 的24bit 的真彩 SXGA 信号实现无损伤切换 在高分辨率大屏幕显示系统中，需要切换不同分辨率的计算机信源信号到显示大屏幕上，基于 AD8108的切换矩阵可以有效地完成这样的切换过程 在实现时，一般是将计算机的 VGA 信号的各色度信号与同步信号分解成 R、G、B 、H 、V 信号，再通过基于 AD8108的切换矩阵切换到显示投影仪上 另外，AD8108芯片的串行控制输入输出链功能和输出禁止功能还可以使多个AD8108组成168 、16 16甚至更多输入输出端口的切换矩阵 输入可以采用并行输入，而输出则可使用线与方式，就能有效地实现更大规模的宽频带低串扰的视频切换矩阵
