长距离分显驱动器设计

摘 要：长距离分显驱动在工业控制现场等场所需求越来越大，应用越来越广泛。重点介绍了一种对VGA信号的长距离分显驱动器的设计，包括驱动器硬件设计原理，传输介质使用，以及一些重点的参数匹配的实现方法。驱动器硬件设计原理简单，成本低，驱动分显效果较好，可满足大部分工业控制现场的驱动显示要求。

关键词：长距离；分显驱动；参数匹配；VGA

引言

随着计算机技术的不断普及和应用，越来越多的工业现场都使用了基于计算机的集中式或分布式控制系统。控制的结果和控制现场的情况常常通过计算机的显示屏进行呈现。然而，有一些现场环境恶劣，并不适合操作人员长时间的在现场工作；或者，对现场的监控必须在距离现场较远的地方进行。此时，对计算机发出的显示信息就要进行长线驱动，因此，长距离的分显驱动设备应运而生。这种设备一方面可以完成控制现场的结果显示，同时又能把相应的信息显示在距离控制现场较远的地方。

1 总体架构

驱动器是基于MAX4138和LT6553这两款芯片来完成硬件设计的。其中，MAX4138是MAXIM公司生产的视频信号分配放大器。它可以将从计算机主机输出的一路VGA信号驱动为四路信号输出，每一路信号的增益都大于等于2V/V，同时带宽可以达到-3dB 140MHz。MAX4138输出端的信号，可以直接驱动本地显示器的显示，无需额外再增加其他驱动电路。如要进行长距离驱动，则MAX4138输出端的信号还需经过LT6553再次进行放大。LT6553是Linear生产的一款高速视频信号放大器。这款芯片可以同时对三路视频信号进行放大，每一路信号的增益都固定为2V/V，同时带宽可以达到-3dB 650MHz.从MAX4138输出的信号，经过LT6553的再次放大后，可以驱动近百米的长线显示。

2 硬件电路设计原理

2.1 基于MAX4138的视频信号分配电路设计

该电路的原理图如下所示：

图1 视频信号分配电路原理图

MAX4138的20脚是视频信号的输入引脚，用来连接计算机输出的视频信号，需下拉一个75欧姆的匹配电阻。图1中的电路所连接的是计算机VGA视频输出口输出的信号B，这一路信号通过MAX4138的分配和放大，形成四路输出信号，分别在引脚3，5，8，10上。这四个输出引脚需串接75欧姆的匹配电阻。这四路信号中的任意一路都可以直接连接到本地显示器上直接进行显示。

MAX4138的14，15，22，23这四个引脚是用来选择输出的路数，引脚接低电平表示选择使用相应的输出。对应关系如下：23-第一路输出使能 22-第二路输出使能 15-第三路输出使能 14-第四路输出使能。在图1中，第一路和第三路固定为使能状态，在实际的应用中，第一路输出用来驱动本地显示器，第三路会经过进一步的放大进行长线驱动显示；同时，第二路和第三路的使能端用跳线的形式设计为可选，使用者可根据实际情况用跳线选择是否使用这两路输出。

MAX4138的17，18两个引脚是放大器放大倍数的调节引脚，需要外接电阻。如图所示的接法，放大倍数为2。

2.2 基于LT6553的视频信号驱动电路设计

该电路的原理图如图2所示：

LT6553的1脚为输出使能，接为低电平则芯片工作。3，5，7脚为视频信号的输入引脚，分别接来自于MAX4138的第三路输出的R，G，B信号，每一路输出都需要下拉一个75欧姆的匹配电阻。14，12，10这三个引脚为视频信号经过放大后的输出端，每路串联一个75欧姆的匹配电阻后，就可以通过传输介质进行长距离驱动的显示了。

2.3 电源电路设计

驱动器的外部输入电源为+5V，而LT6553和MAX4138都需要+5V和-5V供电。

因此，需要设计一个电源电路，将外部输入的+5V电压转化为-5V。

该电源电路使用带隔离的DC/DC电源模块来实现，具体电路原理图如下：

图3 电源电路原理图

将驱动器外部输入的+5V和地分别接到电源模块输入端的正极和负极。输出端的正极接外部+5V的地。这样，就能在电源模块输出端的负极得到一个相对于外部+5V地的-5V电压。

2.4 行信号和场信号的驱动

计算机主机输出的VGA信号共有五个：R，G，B，V，H。其中，R，G，B这三个信号是表示显示图像颜色信息的模拟信号，它们的分配和驱动放大由前面介绍的分配电路和驱动电路来实现。而V，H这两个信号，是行、场的扫描信号，与R，G，B信号有本质的不同，是数字信号，为一定频率的周期性脉冲信号。这两个信号的分配和驱动，用74LS04这个反相器搭建一个简单的电路即可实现。

该电路的原理图如图4所示。

2.5 传输介质的选用

驱动器所采用的传输介质为同轴电缆。同轴电缆是由一根空心的外圆柱导体和一根位于中心轴线的内电缆铜芯组成，并且内导线和圆柱导体及圆柱导体和外界之间都用绝缘材料隔开。与一般的传输介质相比，它具有抗干扰能力好，传输数据稳定的特点。同时，同轴电缆价格也比较便宜，在很多场合被广泛使用。如闭路电视线系统、计算机局域网等。

结束语

本文介绍了一种长距离分显驱动器的设计。该驱动器以MAX4138和LT6553作为主芯片实现R，G，B信号的分配和传输，以74LS04为主要芯片实现V，H这两个数字信号的分配和实现。经过实际的测试表明：该驱动器在接收一路VGA信号输入，输出两路VGA信号，其中一路做本地显示，另一路经过100米左右的同轴线缆进行长线驱动显示时，显示效果良好。

参考文献

[1]Maxim Technology，Datasheet of MAX4138，19-2001；Rev 0；6/96

[2]Linear Technology， Datasheet of LT6553，December 2003

[3]张瑾，张伟，张立宝，Protel 99SE 入门与提高[M].北京：人民邮电出版社，2010.