摘 要: 本文重点介绍了几种新型视频转换芯片在机载计算机系统上的应用，主要包括PAL制视频和LVDS视频总 线设计，揭示了机载视频发展的趋势和新技术，在机载视频系统设计中具有典型性和实用性。

关键词: 视频；低电压差分信号；同步时钟

目前，嵌入式机载计算机正逐渐从后台走出来，其中视频系统的发展最引人注目，从最初简单的指示灯，到能显示飞行数据的数码管，直到能显示汉字的LCD视频，显示的质量和信息量不断提高。随着导航和瞄准系统的发展，对视频系统提出了更高的要求，需要能实时、动态、三维地显示地形地貌。本文介绍了几种新型视频转换芯片在机载计算机系统上的应用。

具有视频功能的CPU 模块的选择

支持像地面系统这么丰富多采的视频显示不但要求极高的主频和处理能力，还需要支持图形操作系统，至少具备能够驱动VGA以上分辨率的软硬件，能够为应用程序提供丰富的图形图像功能。这些都对CPU模块提出了更高的要求，通常纯粹的单片嵌入式CPU完全不能承担，必须另行选择。

目前硬件上和PC机视频系统兼容、能运行图形操作系统的CPU模块有许多种，其中经过加固能够满足机载嵌入式要求的主要有两个系列，德国JUMPTec公司的ETX-P3系列和瑞士符合PC-104标准的Smart-P3系列。它们体积小、功能强，都具有以下特点：

处理器都采用P3以上的CPU，处理速度高；
单5V电源支持，简化整个嵌入式系统设计；
BIOS和PC机完全兼容，软件可以直接在PC机上开发而无需任何修改；
和PC机外部接口基本相同，例如，提供两个串口、一个并口、2个USB口，支持PS/2鼠标等，在系统扩充功能上，峁㏄CI总线和传统的EISA总线接口；

视频接口提供VGA、LCD形式接口支持。

这些特点非常适合对图形显示要求较高的机载嵌入式要求，可以大大简化系统设计难度。

视频接口电路设计

PAL制视频转换电路

我国许多飞机使用过类似彩色电视的PAL制显示器，在显示图形分辨率要求不是很苛刻的情况下，这些设备完全可以作为机载计算机的显示终端。但一般计算机的显示接口并不直接支持PAL制，需要在VGA接口和PAL制之间进行适当的转换。美国模拟器件公司的AD725就具有此项功能，图1是具体的转换电路。AD725支持PAL制和NTSC制式，PAL即逐行倒相正交平衡调幅制，是我国电视采用的标准;NTSC是全国电视系统委员会制式，是美国采用的标准。VGA接口主要包括2个同步信号和3个色彩信号，即水平同步(行同步)信号HSync，垂直同步(帧同步)信号VSync，以及R(红)、G(绿)、B(蓝)三色强度信号。其中，HSync和VSync是TTL逻辑电平，RGB是模拟信号。RGB输出经过交流耦合连接到AD725相应的输入，在靠近AD725附近要对模拟信号端接75 的电阻，其电压最大峰-峰值为714mV。为增强抑制噪音，需要较大的输入阻容，每个输入端都接有0.1 F的串联电容。HSync和VSync逻辑电平输入在AD725内部共同产生综合同步。如果直接使用综合同步信号，则综合同步信号接HSync输入端，而VSync端要接高电平H(+2V)。

PAL/NTSC模式转换由管脚STND决定，当输入STND = H时，芯片工作在NTSC模式；当STND = L时，芯片工作在PAL模式。图中工作模式由H1、H2调线设置，两者应同时为H或L。当工作在PAL制时，G1的晶振频率应选17.734475MHz；工作在NTSC模式时，G1应为14.318180MHz。图1中的视频输出提供两种方法：一种是所有的TV都有R/F输入，对应信号为管脚10的综合视频(COMP)输出；另一种采用亮度和色度组成图像控制，图中管脚11(LIMA)是亮度输出，管脚9(CRMA)是色度输出。

LCD显示

无论对图1的电路如何改进，如色度陷波，消除抖动等，PAL制视频的图像质量都比原来的图像差。图像的闪烁、抖动不能完全消除，无法满足航空地图显示的高分辨率要求。在机载计算机中，采用LCD显示屏是解决高分辨率和小体积矛盾的有效途径，上述提到两种CPU模块都能直接支持标准接口的LCD。经过加固改造PLANAR公司的LC640，480彩色LCD屏能满足机载的要求。其接口是标准的40芯LCD输入插座，管脚具体定义可参考有关资料。表1是LCD接口主要信号，其中信号方向相对于LCD模块。

直接驱动LCD的电路比较简单，只要把CPU模块对应信号连接即可，在此不再给出。

LVDS视频发送转换

在机载环境下，直接的LCD驱动显示都是主机和显示屏一体化结构，体积较大。飞机仪表舱空间有限，一般都采用分体式，即把显示器和控制面板安装在仪表舱，主机安装在中后舱。这样，主机和显示器及控制器之间可以使用长距离电缆连接，但必须解决显示和控制信号长距离驱动问题。异军突起的LVDS技术是解决这一问题的法宝。LVDS（Low Voltage Difference Signal），即低电压差分信号，其低压只有35mV，低压保证了极低的功耗，差分保证了长距离传输信号品质。但是LVDS视频不是简单的将LCD信号一一转换为对应的差分信号，而是采用特别简洁的差分信号对。如图2所示，包括时钟信号对（TxCLK+,TxClk-）和（Tx0-Tx2）三对信号，后三对差分信号是RGB颜色强度以及同步信号综合调制后的差分输出。在接收方，对LVDS差分信号合成后再还原成原来的时钟、颜色强度及同步信号等。THine公司的THC63LVDM63系列能将LCD信号转换为视频LVDS信号，图2是使用该芯片对LCD信号直接转换的电路。图中D1的管脚27是省电模式（Power Down）控制，用上拉电阻把它固定在高电平，使之一直处于激活状态。可以采用一个控制逻辑，当系统进入休眠状态时，输入为低电平，芯片本身不工作，屏幕也不再显示图像。

图1 VGA-PAL制转换电路(略)
图2 SmartP3视频发送电路(略)
表1 LCD接口主要信号(略)
图3 LVDS视频发送电路(略)
图4 LVDS视频接收电路(略)
图5 视频系统试飞效果(略)

ETX-P3内部已经集成了LVDS发送电路，TTL电平的LCD信号和LVDS差分信号管脚共享。如图3所示，它同时具有两路LVDS输出。要使能LVDS，必须配置一个EEPROM, 并进行一定的驱动软件配置。图3中的H1短路跨接时，AT24C16处于可写状态，在纯DOSX下运行以下命令：
C>Jili11 JiliR120.dat

这时，在程序的提示下将LVDS视频配置数据写入E2PROM（AT24C16），后边的数据文件参数代表所设置的视频分辨率。当配置完毕后应该将H1断开，使AT24C16处于写保护状态，保证机载环境驱动数据的安全。
LVDS 视频接收转换

当LVDS视频通过长距离传输到显示器时，必须进行逆变化，即把差分的LVDS视频信号还原为直接的TTL电平的LCD显示控制信号。SN公司的SN65LVDS86就是完成这一功能的专用芯片。图4是接收方转换电路，其中D1的管脚22也是省电模式控制端。在此采用和发送端相似的方法，在每一个接收端跨接120 的回路电阻，稳定接收信号品质。在工程实践上，接收端要和发送端共地，防止图像扭曲和浮动。

结束语

机载视频系统在不断地发展。根据以上原理，我们研制了机载综合显示系统，通用性强、接口简单，已经通过试飞。图5是试飞的一个图像。试飞证明，图像清晰、画面稳定，说明设计合理，且稳定可靠。LVDS视频是机载视频的发展的一个重要趋势，必将应用在更广泛的领域。