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VGA电路设计01_哔哩哔哩_bilibili

VGA（Video Graphic Arrary）即视频图形阵列，是IBM(国际商业机器公司)在1987年随PS/2机一起推出的使用模拟信号的一种视频传输标准，在当时具有分辨率高、显示速率快、颜色丰富等优点，在彩色显示器领域得到了广泛的应用。

VGA电路的接口如下图所示：

1、VGA接口不支持热插拔

VGA接口不支持热插拔。热插拔是指一般带电状态下对于接插件的插入或是拔除，并不只是针对有电源接口或者带供电的接口的接插件，而是所有。在运行状态时，插拔会产生耦合电流，电流不稳造成硬件烧坏，导致笔记本的接口端的保护受到冲击。就像U盘不能在一个时间段多次在一个端口插拔使用一样。

2、VGA不能传输音频

因为视频是VGA信号，而音频信号不是，所以VGA不能传输音频，只能传输视频。这就是为什么这几年极度的需求创新转换器的原因。VGA不支持音频传输也是给很多消费者带来烦恼，这最好的办法其实就是购买一款转换器，VGA转HDMI或者HDMI转VGA，达到视频传输的同时还支持音频信号的输出。

在VGA标准兴起的时候，常见的彩色显示器一般由CRT（阴极射线管）构成，色彩是由RGB（红、绿、蓝）三基色组成。显示是用逐行扫描的方式解决。阴极射线枪发出电子束打在涂有荧光粉的荧光屏上，产生RGB三基色，合成一个彩色像素，扫描从屏幕的左上方开始，从左到右，从上到下进行扫描，每扫完一行，电子束都回到屏幕的左边下一行的起始位置。在这期间，CRT对电子束进行消隐。每行结束时，用行同步信号进行行同步,扫描完所有行，用场同步信号进行场同步，并使扫描回到屏幕的左上方。同时进行场消隐，预备下一场的扫描。

随着显示技术的发展，出现了液晶显示器，液晶显示器的呈像原理与 CRT不同，液晶显示器是通过对液晶像素点单元施加电压与否，来实现液晶单元的透明程度，并添加三色滤光片、分别使R、G、B这三种光线透过滤光片，最后通过三个像素点合成一个彩色像素点，从而实现彩色显示。但是由于液晶显示技术后于CRT显示技术的诞生，因此在液晶显示器诞生的时候，为了能够兼容传统的显示接口，因此液晶显示器通过内部电路实现了对 VGA接口的完全兼容。因此，我们在使用显示器时，只要该显示器带有标准的VGA接口，我们就不用去关心其成像原理，直接使用标准的VGA时序即可驱动。

VGA 的时序如图4.1、4.2 所示。它分为行数据时序和场数据时序。

VGA接口共有15针孔，分成3排，每排5个孔。

重要的是3根RGB彩色分量信号（1脚R、2脚G、3脚B）和2根扫描同步信号HSYNC（13脚）和VSYNC（14脚）。

VGA接口中彩色分量采用RS343电平标准，峰值电压为1V。

绝大多数显卡都带有此种接口。它传输红、绿、蓝模拟信号以及同步信号(水平和垂直信号)。

其引脚编号图如下图所示：

总结：

一个VGA显示器接口显示一个图片需要五个信号：

1）R、G和B信号，也就是红、绿、蓝三原色。 （模拟信号）

2）HS和VS（水平同步信号和垂直同步信号）。 （数字信号）

信号线

定义

HS

行同步信号(3.3V 电平)

VS

场同步信号(3.3V 电平)

R

红基色(0～0.714V 模拟信号)

R

绿基色(0～0.714V 模拟信号)

B

蓝基色(0～0.714V 模拟信号)

2种方式：权电阻网络以及专用的芯片。

权电阻网络：DAC 数模转换器

RGB显示

VGA接口原理：使用权电阻网络将FPGA输出的数字图像信号装换为VGA 能够识别的模拟信号。

比如，参考设计中使用的RGB565图像模式，位宽为16bit，高5位表示红色，低5位表示蓝色，中间6位表示绿色。根据位宽不同，RGB图形格式还包括 RGB232、RGB888等，数据位宽越大，表示颜色种类越多，显示图像越细腻。

VGA_D[15:0]表示FPGA传入权电阻网络的数字图像信号，经过权电阻网络的数模转换，生成能够被VGA识别的模拟图像信号VGA_R、VGA_G、VGA_B。这三路模拟信号的电压范围为0V~0.714V，0V代表无色，0.714V代表满色，//（VGA接口协议规定,VGA_R、VGA_G、VGA_B三线分别控制红绿蓝颜色的深度值,红绿蓝三基色由模拟电压值代表,为0~0.714 V(峰峰值),0V代表无色0.714V代表满色。）//电压高低由输入的数字信号决定。输入的R、G、B数字信号不同，输出的三原色红、绿、蓝电压不同，颜色深浅不同，三原色相结合可以产生多种颜色。

VGA电阻匹配图具体计算如下:

0~0.714 V是通过电阻分压出来的（数字系统）

Rx=1R||2R||4R||8R||16R                    公式1

由阻抗关系可知:3.3/(Rx+75)=0.714/75        公式2

由式1和2，可以计算得Rx=271.6O欧姆   ,    R=526.225欧姆

(由于电阻系列标称值限定,选R为470欧姆、499欧姆或者510欧姆都可以)同理可得VGAB和VGAG上R的值。

电压为3.3V。对于16位(RGB分别占用5位、6位、5位)色源端终端分辨率,以5位(VGA_R线)权电阻计算并联电阻R；

Rx为电阻并联后的等效电阻；R指的是并联的首位电阻值。

//电阻串联时只要把各个电阻的电阻值全部加起来就可以了，用公式表示是R=R1+R2+R3+……并联时，各个电阻的倒数加起来的值等于最后得出的等效电阻的倒数，用公式表示就是：1/R=1/R1+1/R2+1/R3+……可以根据这条公式计算出行将电阻R的值。//

HSYNC和VSYNC分别为行数据同步和帧数据同步信号,为TTL电平。为保证信号在传输过程中不会产生衰减和失真,必须使信号源端及终端阻抗相匹配。

剩下的最重要的问题就是阻抗匹配了，在源端75Ω的阻抗，在终端也有75Ω的终端匹配电阻。VGA终端阻抗为75欧姆(标准已固定,不用自己去设定),所以源端信号必须调整输出阻抗匹配为75欧姆。

第二个驱动方式是专用的芯片，比如ADV7123。

1、VGA靠板边放置，“1”脚靠板框内侧。

2、注意与数字信号需进行隔离，RGB信号包地，减少其他信号对其干扰。

3、R、G和B是常值为0.7V的75欧的模拟信号。RGB为模拟信号，走线加粗至10mil或以上，且控制阻抗为75欧姆，往往要采用隔层参考的方式进行，如下图所示。