FPGA 笔记六
一、VGA（Video Graphics Array 视频图形阵列）
1. 接口定义
- 视频图像通过1、2、3引脚输出模拟信号，模拟信号电压范围：0V ~ 0.714V,电压越大，颜色分量越多。引脚13、14输出TTL电平标准的行/场同步信号。
- 在VGA视频传输标准中，视频图像被分解为红、绿、蓝三原色信号，经过数模转换之后，在行同步（HSYNC）和场同步（VSYNC）信号的同步下分别在三个独立通道传输。VGA在传输过程中的同步时序氛围行时序和场时序，如下图：
- 行同步信号HSYNC在一个行扫描周期中完成一行图像的显示，其中在a段维持一段时间的低电平用于数据同步，其余时间拉高；在有效数据期间（c段），红绿蓝三原色数据通道上输出一行图像信号，其余时间数据无效。
- 与之类似，场同步信号VSYNC在一个场扫描周期中完成一帧图像的显示，不同的是行扫描周期的基本单位是像素点时钟，即完成一个像素点显示所需要的时间；而场扫描周期的基本单位是完成一行图像显示所需要的时间。
2. VGA时序参数
3. 硬件设计
- 从上图中可以看到，FPGA管脚输出的颜色数据位宽为16bit，数据格式为RGB565，即数据高5位表示红色，中间6位表示绿色，低5位表示蓝色。RGB565格式的数据一共可表示65536种颜色，此外常用的颜色数据格式还有RGB888，数据位宽越大，可以表示的颜色种类就越丰富。
- 在这里我们采用一种简单的方案——利用电阻匹配网络（权电阻网络）来实现数字信号到模拟信号的转换。
- 权电阻网络原理如下图：常用权电阻网络实现DAC
- 计算权值最大对应的电阻的阻值原理如下图：
图中VGA中75欧姆的作用，用于阻抗匹配。下面讲一下阻抗匹配的重要性：
4.阻抗匹配的重要性
- 阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间达到一种适合的搭配。阻抗匹配主要有两点作用，调整负载功率和抑制信号反射。
- 调整负载功率
- 假定激励源已定，那么负载的功率由两者的阻抗匹配度决定。对于一个理想化的纯电阻电路或者低频电路，由电感、电容引起的电抗值基本可以忽略，此时电路的阻抗来源主要为电阻。如图2所示，电路中电流I=U/（r+R），负载功率P=IIR。由以上两个方程可得当R=r时P取得最大值，Pmax=UU/（4r）。
- 抑制信号反射
- 当一束光从空气射向水中时会发生反射，这是因为光和水的光导特性不同。同样，当信号传输中如果传输线上发生特性阻抗突变也会发生反射。波长与频率成反比，低频信号的波长远远大于传输线的长度，因此一般不用考虑反射问题。高频领域，当信号的波长与传输线长出于相同量级时反射的信号易与原信号混叠，影响信号质量。通过阻抗匹配可有效减少、消除高频信号反射。