显示器VGA视频信号干扰分析

靳广龙

【摘 要】本文介绍了VGA信号接口引脚定义，VGA信号同步方式，根据VGA信号特点建立了显示器VGA信号路径模型，以及干扰模型，结合工作和生活中的经验，对显示器VGA视频画面显示故障进行了具体分类，并做了一定程度的分析。

【关键词】VGA;同步方式;行;场;干扰

1 引言

顯示器上的视频信号可分为两大类，模拟视频信号和数字视频信号。模拟视频信号具有成本低和还原性好的优点，缺点是容易失真，数字视频信号不会失真，可非线性编辑增加特效。VGA信号就是模拟信号的一种。

VGA工作原理是将显存内以数字格式存储的图像（帧）信号在RAMDAC里经过模拟调制成模拟高频信号，然后再输出到等离子成像，这样的VGA信号在输入端LED显示屏内，就不必经过矩阵解码电路的换算，从而实现最短的视频传输过程，优点还有无串扰、无电路合成分离损耗等。

2 VGA信号概述

2.1简介

VGA（Video Graphics Array）是IBM公司在1987年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，在彩色显示领域得到了广泛的应用。

目前VGA 技术的应用还主要基于VGA显示卡的计算机、笔记本等设备。对于一些嵌入式VGA显示系统，可以在不使用VGA显示卡和计算机的情况下，实现VGA图像的显示和控制，此系统具有成本低、结构简单、应用灵活的优点，广泛应用于超市、车站、飞机场等公共场所的广告宣传和提示信息显示，也可应用于工厂车间生产过程中的操作信息提示显示，还能以多媒体形式应用于日常生活。

需要指出的是在VGA 显示模式下显示计算机的输出数据时还要加上数字/模拟转换器将数字信号转变为R、G、B三原色信号和行、场同步信号，然后通过电缆传输到显示设备中，方能现实。

2.2 引脚定义：

VGA信号接口定义如下：

1 红色视频信号（Red）;

2绿色视频信号（Green）;

3蓝色视频信号（Blue）;

4显示器标识信号#2（Monitor ID Bit）;

5地线（Gnd）;

6红色视频信号地线（Red Gnd）;

7绿色视频信号地线（Green Gnd）;

8蓝色视频信号地线（Blue Gnd）;

9未连接（No Pin）;

10同步信号地线（Sync Gnd）;

11显示器标识信号#0（Monitor ID Bit 0）;

12显示器标识信号#1/SDA（Monitor ID Bit 1 or SDA）;

13水平/复合同步信号（Horizontal Sync or Composite Sync）;

14垂直同步信号（Vertical Sync）;

15显示器标识信号#3/SCL（Monitor ID Bit 3 or SCL）。

2.3 VGA信号同步方式

视频中的每一副画面都是由线组成，每一条线是由一个个像素点组成，线上的每一个像素点反映视频信号的强度。

分离的行和场同步信号用来定义每行和每帧的结束。也就是说，一个行同步信号表示一行结束，一个场同步信号表示一帧结束。

VGA接口根据同步信号的不同可分为下列三种：

1）3线同步（绿同步）

3线同步方式是将复合同步信号（实际是行场同步信号的异或XOR）编码在绿色通道。

2）4线同步（3基色信号+复合同步信号）

4线同步方式是将场行同步信号放在了13脚的复合同步信号中。

3）5线同步（3基色信号+场行同步信号）

5线同步方式就是把行同步信号放在了13脚，场同步信号放在了14脚中。

一般的显示器都可以接受5线同步方式;至于4线同步和3线同步，那就要看显示器硬件方案中是否可以从绿信号或复合同步信号中分离出场行同步信号了，并不是所有显示器都支持。理论上VGA接口只要接上了上面主要的信号线和地，就可以显示了。

3 VGA显示图像干扰分析

3.1 VGA显示器信号路径等效分析

理想情况下主机VGA信号到显示器输入信号路径如图2。

V1是主机信号源为真实显示的信号内容，经过信号线流出到显示器内部经过终端电阻后同样路径流回主机端，但是真实环境中存在线路电阻、干扰、串扰等情况，实际等效如图3。

信号在路径上传输有串扰和干扰情况，等效叠加一个信号源V2，信号路径存在地线电阻，显示器设备内部开关电源工作电源回流路径如果和该视频信号路径重合会叠加一个地线噪声信号V3，显示器真正获取的信号是V1、V2、V3三种信号的叠加。正是因为这三种信号的叠加形成了不同的显示干扰。

3.2 显示器显示原理

VGA显示器基本显示原理为内部高速AD按照固定的采样时序对模拟VGA信号采集，转换为数字信号，然后送到液晶显示通道显示处理。采样时序如图4。

上图黑色竖线为显示器AD采样时刻，实现模拟视频信号到数字转换，为实现精准显示就需要模拟视频信号本身无干扰和AD采样时刻准确。

3.3 VGA显示主要故障分析

在工程应用中经常会遇到VGA信号显示不正常，常见的有水波纹，抖动，闪烁，模糊等现象，针对不同现象机理分析如下。

（1）拖尾现象，屏幕不清晰，显示字符的边缘模糊，有重影

这种多数都是由线材质量引起的，VGA是模拟信号，线材阻抗的变化和不匹配会在传输线路中产生一个反射信号，这个信号会在发送端和接收端来回震荡，这个反射信号叠加就是干扰信号V2，最终导致显示器采集到的信号是V1和V2的叠加，最终导致采集的信号和真实信号有误差，体现到显示器上就是噪点、拖尾、图像边缘模糊等现象，如果传输距离较远，VGA信号衰减严重，干扰增加，拖尾现象就越严重。

（2）图像抖动

显示器显示采样时钟是从行同步信号经过鉴频和锁相环产生的，如果行同步信号被干扰会导致行显示位置不准确，从显示器上看到就是左右抖动，如果场同步信号被干扰，会导致上下显示位置不准确，最终看到的就是上下抖动。

4结束语

本文先从VGA信号特点展开，建立了显示器VGA信号路径模型，以及干扰模型，对显示器画面显示故障进行了具体分类和相应的分析，以期对生活和工作中遇到的显示器VGA视频画面故障定位起到一些帮助作用。

参考文献：

[1]金想元，蔡汉添，庄景文，丁超.一种将普通电视信号转换成VGA信号的特殊转换器.电视技术.2013，（6）：46-48.

[2]Rock.劣质输出线缆导致液晶显示器水波纹现象.PCFAN-硬件.

[3]韩磊.基于FPGA的VGA信号发生器设计.产业与科技论坛.2018，17，（20）：54-55.

（作者单位：太原航空仪表有限公司 显示技术研究所）