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在廣電行業(yè)與顯控等行業(yè)中，矩陣切換器的應用日益普及，本文主要針對模擬信號(視頻、音頻、VGA信號)矩陣切換器的一些問題進行研討，因為模擬信號的信號格式、電路形式，主要指標及主要問題基本相同，當然針對不同的帶寬、阻抗等會有些差異，但可歸為一類問題，而數(shù)字矩陣在電路形式等方面與模擬方式差別較大，故另外討論。
一、矩陣切換的概念及功能
矩陣的概念引用高數(shù)中的線性代數(shù)的概念，一般指在多路輸入的情況下有多路的輸出選擇，形成下圖的矩陣結構，既每一路輸出都可與不同的輸入信號“短接”，每路輸出只能接通某一路輸入，但某一路輸入都可(同時)接通不同的輸出，如下圖。
輸出1=輸入1，輸出2=輸入2，而輸出3=輸出4=輸入3，或者說，每一路輸出可“獨立”地在輸入中進行選擇，而不必關心其它通道的輸出情況， 即可以與其它輸出不同，也可以相同。舉例說，8選4是指有4個獨立的輸出，每個輸出可在8個輸入中任選，或者說有4個獨立的8選1，只是8個輸入是相同的。經常與此混淆的是分配的概念，比如8選1分4，是指在8個輸入中選擇出1個輸出，并將其分配成4個相同的輸出，雖然外觀上看有4個輸出，但這4個輸出是相同的，而不是獨立的。一般習慣中，將形成M×N的結構稱為矩陣，而將M×1的結構稱為切換器或選擇器，其實不過N=1而已，我們在討論時都當作矩陣對待。
矩陣切換器的功能是在多路信號輸入的情況下，可獨立地根據(jù)需要選擇多路(包括1路)信號進行輸出，完成信號的選擇。
二、矩陣切換的原理與技術指標
1. 電路原理：切換原理上就是選擇，選擇的方式有很多種，最簡單的就是將信號線直接接在一起，比如接線板，利用人工將輸出信號線跳接在輸入信號線上，也可完成選擇，或利用琴鍵開關完成接通與斷開，當然這是人工操作的，機械的，不存在指標等技術問題，故不作為矩陣切換討論。第二種方式，利用繼電器也可完成選擇，利用電平控制繼電器的通斷，可完成輸出線與輸入信號之間的斷開與聯(lián)接，也可完成信號的選擇，第三種方式是根據(jù)電路原理，利用芯片內部電路的導通與關閉進行接通與關斷，并可通過電平進行控制完成信號的選擇。
繼電器方式與芯片方式各有優(yōu)缺點。
繼電器方式：如果不考慮輸入匹配與輸出驅動的電路部分的話，它與聯(lián)線方式一致，是靠物理接觸進行接通與斷開，從這個角度上講，是沒有什么指標概念的(最多有接觸電阻和反應時間)，因此技術指標好且價格低廉，其缺點在于穩(wěn)定性較差，畢竟是靠物理接觸，繼電器有一定壽命，原則上講，有8萬次平均無故障操作且操作時有聲響，由于線路板走線原因，不能做的規(guī)模較大，顯得不夠高檔。
芯片方式：由于靠電路進行接通與關斷，芯片本身存在技術指標(在輸入匹配與輸出驅動一樣的情況下)，因此要保障技術指標，就要選擇專用的切換芯片，因此價格較高，但穩(wěn)定性好，可形成的矩陣規(guī)模較大。
2. 矩陣切換應保證的技術指標
矩陣切換器根據(jù)不同的應用領域，所要求的技術指標也不同。以廣電行業(yè)為例，為保證終端的顯示質量，廣電行業(yè)將整個信號傳輸過程，從攝像頭開始到電視機為止，都進行了技術指標分配，對模擬矩陣切換和分配，所定的技術指標如表：GB/T14236-93
3．國標中日常用到最主要的指標如下：
1) 隨機信噪比：信號通過任何設備，都會因為引入“噪聲”而使質量變差，信噪比就是指信號與所產生的噪聲的比，該值越大，表示引入噪聲越小，在視頻信號時，(6MHZ以內)信噪比要求至少達到65dB。
2) 幅頻特性：信號通過設備時，各種頻率的信號會有不同的衰減，一般是頻率越高，衰減越大，對視頻信號而言，一般不用帶寬的概念(衰減3dB時的頻率)，而是采用在6MHZ的頻譜內(視頻信號的頻譜都在6MHZ以內)最大的衰減量，標準要求不超過0.2dB，如果考慮到音頻的調制，在8MHZ內不超過0.5dB。
3) 路間串擾：多路信號在同一設備中，由于空間的輻射與電源的波動，彼此之間會形成干擾，稱為串擾。串擾不能大于-55dB。
4．根據(jù)不同的應用，對指標的要求也不一樣。
1) 監(jiān)控行業(yè)：監(jiān)控行業(yè)中，由于信號只經過攝像，傳輸(一般是基帶傳輸)，控制與顯示，且顯示時對圖象的質量要求相對較低，只要能看清，并不作轉播等工作，因此監(jiān)控行業(yè)對矩陣的要求是功能多(能帶云臺控制、報警等)、指標低，此行業(yè)對矩陣的指標無明確的強制要求。
2) 廣電和視頻會議，廣電不必多言，肯定是服從國標，按廣播級標準要求，值得一提的是視頻會議領域，視頻信號要經傳輸，記錄和轉播，且受眾對圖象質量也有較高要求，故應選擇廣播級指標，而不能簡單地采用監(jiān)控類產品。
3) VGA信號應用，由于VGA信號帶寬較寬，而且是有五路信號(R、G、B、H、V)同時傳輸，因此要求各通道的指標盡可能高(在6MHZ之內應滿足廣電的要求)，且必須保持一致，應該按照廣播級對分量設備的技術要求。但由于VGA信號切換不象廣電中應用得廣，牽扯到廣大的用戶，故現(xiàn)在也沒有強制的指標標準，廠家一般都會自己標稱一些參數(shù)，但這種參數(shù)水份較大。例如帶寬，專用的矩陣芯片廠家的標稱帶寬為230MHZ左右，但許多廠家利用這種芯片標稱能作到350MHZ，甚至以上，多少有點胡蘿卜做成龍蝦的味道，客戶選擇時應注意，在選擇時也應注意三項主要指標。
三．矩陣切換器的選擇和常見問題
1) 種類選擇，廣電和視訊會議應用，應選用廣播級產品，監(jiān)控應用可采用監(jiān)控類產品，VGA信號(有些人也將其視為視頻)要采用VGA信號矩陣。
2) 大小選擇：在一個工程中，應將音頻信號和視頻信號和VGA信號看成三種不同的媒體。音頻信號一般情況下輸入數(shù)量較多，如話筒和CD以及碟機的音頻等，但考慮到功放和音響一般只有一套，最多在功放之前加一級調音臺進行混音，有可能需要幾路信號，因此音頻矩陣的輸出不會很大，比如可以32×8或64×8，但沒必要選擇32×32或64×64，除非是廣電和視訊會議傳輸，每路視頻一定會有音頻同步傳送。
在設計方案時，信號源的數(shù)量比較容易確定，看看有多少個信號源，矩陣的輸入數(shù)量就定下來了，但要考慮好獨立的輸出通道個數(shù)，這是根據(jù)系統(tǒng)的操作模式而定，有時可能有幾臺顯示設備之間僅有分配關系(彼此永遠一致，不獨立)那么就可考慮占用一個輸出口再加分配器，如果這些設備有可能是獨立的，那么還是各占一個獨立的輸出口好一些。
在很多情況下，輸入和輸出數(shù)量很大，如果采用大型矩陣，造價會較高(矩陣是越大越難作、成本也越高)可以考慮是否能夠分組使用，例如在監(jiān)控時，可以讓顯示墻中某些顯示設備只顯示某一區(qū)域的信號，而其它設備各自顯示其它特定區(qū)域的信號，那么就可將大規(guī)模矩陣折分成小規(guī)模的矩陣(如將128×64折分成4臺32×16)如果各區(qū)之間有可能需要互傳信號，也可采用如下圖中的結構：
這樣可使矩陣2的輸出中包含矩陣1的部分輸入信號，效果雖沒有全矩陣結構好，但成本會下降。
矩陣切換器做為傳輸系統(tǒng)的一部分，所出現(xiàn)的主要問題請見拙作“工程中常見的問題與解決”，原理是相同的，不外乎是幾種產生的機理，只要能將現(xiàn)象分清，解決的方向應該沒有大問題。比較特殊一點的是利用小規(guī)模矩陣組成大規(guī)模的問題，例：在用64×32組成128×32時，不能用二臺64×32組成128×64，這還是分組使用的概念，而應用三臺64×32組成128×32，如下圖，這是全矩陣的概念，因此組合使用時應分清分組使用和全矩陣的區(qū)別(全矩陣是指每一輸出口都可在所有輸入中全選，而且彼此獨立)。
3)廠家的選擇
生產矩陣的廠家很多，標稱指標各不相同，依本人拙見，由于這類設備不是實驗室的樣機，而是工程應用產品，因此工程中的適用性問題和可靠性問題非常重要。工程現(xiàn)場情況各有不同，在產品的成熟過程中需要經過不斷的工程檢驗，發(fā)現(xiàn)問題需要及時改進，因此產品的成熟過程比較長，常見到的情況是：在現(xiàn)場，利用某些品牌的產品，工程中會出現(xiàn)一些技術問題，而用其它品牌的產品后，問題便可解決，并非前一品牌產品有多大錯誤，只是它的適用性不及后一種品牌產品，通俗地講，是學費沒有交夠，遇到的問題沒有足夠多，產品設計上有考慮不周之處，因此選擇歷史相對長久的公司的產品，因為它的產品已經相對成熟一些了。
廠家的標稱指標，尤其是VGA信號產品，有些水份比較大，無法判斷真?zhèn)危救苏J為，與其強調指標，不如強調可靠性，指標在招投標中有用，但矩陣設備是顯示的核心設備，如果出問題會是全局性的問題，會使整個系統(tǒng)癱瘓，因此穩(wěn)定性、可靠性是壓倒一切的，情愿價格高一點，甚至是指標低一點，也要保證穩(wěn)定、可靠。
技術支持方面，在工程現(xiàn)場中遇到的問題千奇百怪，廠家的技術支持能力是很重要的指標，有些廠家仿造的能力很強，自主研發(fā)的能力差一些，在遇到實際問題時，能夠真正明白原理，找到問題并解決的能力不足，會使工程方在工作中走許多彎路，不如選擇歷史長久一些，有獨立的研發(fā)能力，對問題產生的機理有正確認識，產品適用性強，穩(wěn)定可靠，有較強現(xiàn)場解決能力的廠家合作。
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文章來源：中國投影網
