Электронные компоненты для ремонта и хобби
РадиоЛоцман - Все об электронике

SVGA-удлинитель на основе витой пары. Часть 1 - Особенности передачи SVGA-сигналов

- Одесса

Если нельзя, но очень хочется, то можно

Необходимость передачи SVGA-сигнала на большие расстояния появилась, наверное, одновременно с появлением этого стандарта. В сети можно найти достаточно большое количество публикаций, посвященных решению этой задачи, однако, судя по комментариям к этим материалам, после их изучения у читателей все равно остается ряд вопросов, ответы на которые не всегда легко найти.

AC-DC преобразователи MORNSUN – достойная альтернатива известным брендам

Мне не раз приходилось подключать мониторы и телевизоры к источнику SVGA-сигнала, расположенному на расстоянии, превышающем типовые два метра. Чаще всего потребность в подобных удлинителях возникала неожиданно, причем в самый последний момент, когда времени на приобретение специализированных кабелей нужной длины, при условии, что они вообще существуют, уже не оставалось. Да и сам факт их приобретения не всегда соответствовал здравому смыслу, поскольку подобное подключение часто требовалось лишь для ограниченного периода времени, после чего дорогое оборудование просто бы валялось без дела.

Решение, предлагаемое в этой статье, относится к категориям «быстро» и «дешево». Для качественной передачи аналогового изображения по витой паре требуется использовать достаточно сложное оборудование, поэтому «чуда» от предлагаемого решения ожидать не следует. Однако, чаще всего «чуда» и не требуется. В моей практике, во многих случаях, если качество изображения на экране позволяло зрителям отличить человека от коровы, это уже было отличным результатом.

Когда необходимы SVGA-удлинители?

Чаще всего потребность в SVGA-удлинителях возникает во время проведения различных мероприятий на нестационарных или временных площадках, например, выставок или презентаций. В этом случае крупноформатный монитор или телевизор устанавливается в верхней части экспозиции, а формирующий изображение компьютер или ноутбук – на столе. Расстояние между компьютером и монитором в этом случае, с учетом всех особенностей монтажа проводов, может достигать 10 м, что значительно больше длины широкодоступных SVGA-кабелей.

Однажды мне довелось устанавливать подобную экспозицию в ресторане, в котором мой знакомый отмечал свадьбу. Молодожены сняли небольшой фильм о том, как они дошли до такой жизни, который во время банкета транслировался без звука с ноутбука на два больших телевизора. Длина кабеля, соединяющего источник видеосигнала с дальним телевизором, тогда составила около 25 м. Эта инсталляция просуществовала всего один вечер, после чего была полностью демонтирована.

Иногда потребность удлинить SVGA-кабель возникает и при долговременной стационарной эксплуатации компьютеров, например, для подключения телевизора или проектора, расположенного далеко от компьютера.

В некоторых случаях проектировщики мебели не всегда продумывают пути прокладки кабеля, соединяющего системный блок с монитором, из-за чего его длина оказывается больше стандартных двух метров. Выясняется это обычно тоже в самый последний момент, когда на столе уже расставлены фотографии детей и котов, а сотруднику нужно срочно выполнять свои функциональные обязанности. В этом случае, SVGA-удлинитель можно установить как временно – до приобретения специализированного кабеля нужной длины, – так и постоянно. Несмотря на очевидную «неправильность» такого решения, при небольших расстояниях (до 3 м) и использовании бюджетных мониторов с диагональю до 22 дюймов качество изображения оказывается вполне достаточным для длительной работы за компьютером и не вызывает дискомфорта или дополнительной усталости. Мне довелось несколько лет проработать за компьютером, монитор которого подключался к системному блоку с помощью UTP-кабеля длиной около 2.5 м – особенности моего стола не позволяли сократить это расстояние. И я не могу сказать, что качество изображения на экране как-то сказывалось на моем самочувствии или трудоспособности.

Наверное, единственной областью, в которой подобное решение использовать нельзя ни в коем случае, является область, связанная непосредственно с формированием изображений: полиграфия, графика, обработка видео и т.п. В этом случае искажения, вносимые витой парой, могут значительно повлиять на конечный результат. Однако, насколько мне известно, в подобных приложениях интерфейс SVGA из-за присущих ему ограничений используется далеко не всегда.

Зачем поднимать старую тему?

Интерфейс VGA был разработан компанией IBM в 1987 году. Буквально через несколько лет появилась его расширенная версия – SVGA (Super Video Graphics Array), которая стала неофициальным стандартом на несколько десятилетий. К сожалению, ограничения SVGA, в первую очередь, аналоговый способ передачи видеосигнала, не позволяют качественно передавать изображения с большим количеством элементов, поэтому с 2010 года этот стандарт считается устаревшим, и с каждым днем все больше производителей электроники прекращают его поддержку, используя вместо него более современные цифровые интерфейсы, например, HDMI.

Однако техника, поддерживающая интерфейс SVGA, все еще находится в эксплуатации и сможет качественно проработать не один год. Кроме того, даже в новом оборудовании производители нередко оставляют SVGA-разъемы, обеспечивающие совместимость со старым устройствами. Кроме того, интерфейс SVGA является простым и имеет неплохие технические характеристики, иначе его бы не использовали столько лет, поэтому установка его в простых приложениях позволяет удешевить аппаратуру, что является немаловажным в условиях рынка.

Кроме того, современные цифровые интерфейсы также имеют свои ограничения. Например, длина стандартного HDMI-кабеля не должна превышать десяти метров, хотя в продаже есть и пассивные кабели большей длины. Для передачи данных на большее расстояние необходимо применять дополнительные усилители, иногда встроенные непосредственно в кабель, или переходить с медного кабеля на оптический. Стоимость метра кабеля для интерфейсов SVGA и HDMI приблизительно одинакова и обычно намного больше стоимости метра простейших версий витой пары. Очевидно, что для простых приложений использование старых решений может оказаться экономически выгодней.

Таким образом, несмотря на наличие более современных технологий, на которые, без сомнения, нужно ориентироваться при выборе нового оборудования, можно прогнозировать, что интерфейс SVGA еще не один год будет активно использоваться в различных приложениях. Поэтому вопросы, рассмотренные в этой статье, все еще остаются актуальными, и, возможно, еще не одно поколение специалистов за несколько часов до начала очередной выставки будет искать быстрый и дешевый способ подключения монитора к ноутбуку или компьютеру.

Почему витая пара?

После массового распространения компьютеров витая пара, она же – хTP-кабель (UTP, STP или FTP со всеми разновидностями), стала одним из самых распространенных типов сигнальных кабелей. На сегодняшний день в кладовых любого ИТ-отдела можно обнаружить многометровые запасы этого кабеля, как абсолютно нового – в заводских бухтах, так и побывавшего в употреблении. Стоимость этого кабеля колеблется в широких пределах. При этом практика показывает, что даже самый дешевый неэкранированный UTP-кабель посредственного качества неплохо работает на небольших расстояниях. В сложных случаях, например, при большой длине линии связи или в напряженной электромагнитной обстановке, обычно используют более дорогие экранированные кабели (STP или FTP). Таким образом, практически у любого ИТ-специалиста всегда можно взять во временное пользование несколько десятков метров витой пары, чаще всего – совершенно бесплатно. В крайнем случае, требуемое количество UTP-кабеля можно легко купить – сейчас он продается даже в хозяйственных магазинах.

Подключить витую пару к видеоустройствам можно с помощью специализированных переходников (Рисунок 1), содержащих 15-контактные субминиатюрные разъемы DE-15 (их часто неправильно обозначают DB-15, DBН-15 или DB-15HD) для подключения к интерфейсу SVGA и RJ-45 для подключения к кабелю. В этом случае соединить удаленный монитор с компьютером можно всего за пять минут, не считая времени на прокладку кабеля. Для этого нужно просто обжать концы витой пары коннекторами RJ-45 с помощью инструмента, имеющегося в наличии у каждого специалиста, занимающегося обслуживанием информационных сетей.

SVGA-переходник для подключения витой пары.
Рисунок 1. SVGA-переходник для подключения витой пары.

Самые дешевые пассивные переходники просто соединяют проводники витой пары с нужными контактами SVGA-разъема, то есть, фактически, являются тем же решением, что и будет предложено ниже, только в фирменной упаковке. В более дорогих могут содержаться узлы, обеспечивающие согласование несимметричных каналов интерфейса SVGA с симметричной средой распространения сигналов. А самые дорогие активные адаптеры имеют дополнительные усилители и корректоры, позволяющие не только ощутимо улучшить качество изображения, но еще и передавать звук. Очевидно, что стоимость активных переходников будет намного выше пассивных. Кроме того, для них потребуется еще и дополнительный источник питания.

Разъем DE-15 и корпус для установки на кабель.
Разъем DE-15 и корпус для установки на кабель.
Рисунок 2. Разъем DE-15 и корпус для установки на кабель.

Простой SVGA-удлинитель с вполне удовлетворительным качеством передачи сигнала можно собрать и самому. Для этого достаточно всего двух разъемов DE-15 (Рисунок 2), обычно всегда присутствующих в наличии практически у всех продавцов электронных компонентов. В крайнем случае, эти разъемы можно снять с нерабочих мониторов или SVGA-кабелей – после аккуратного удаления внешнего пластикового компаунда активная металлическая часть этих разъемов может быть вполне пригодна для дальнейшего использования. Однако намного проще их купить в радиомагазине.

Схема SVGA-удлинителя

В последней версии интерфейса SVGA используются семь сигналов (Таблица 1), пять из которых (RED, GREEN, BLUE, H_SYNC и V_SYNC) предназначены для передачи изображения, а два (SDA и SCL) образуют информационный канал (Display Data Channel, DDC), позволяющий источнику видеосигнала определить тип и параметры устройства отображения информации. Кроме того, в последних версиях интерфейса DDC (E-DDC) предусмотрена возможность получения информации об оконечном видеоустройстве, даже когда оно выключено. Для этого на контакт 9 разъема SVGA подается постоянное напряжение +5 В, используемое для питания внешних узлов системы E-DDC.

Таблица 1. Назначение контактов разъема SVGA
Номер контакта Сигнал Описание
1 RED Видеосигнал красного цвета
2 GREEN Видеосигнал зеленого цвета
3 BLUE Видеосигнал синего цвета
4 Не используется (в первой версии интерфейса DDC –
второй бит идентификатора монитора ID2)
5 GND (H_SYNC) Общий провод сигнала горизонтальной синхронизации
6 GND (RED) Общий провод видеосигнала красного цвета
7 GND (GREEN) Общий провод видеосигнала зеленого цвета
8 GND (BLUE) Общий провод видеосигнала синего цвета
9 POWER Питание (+5 В) узлов интерфейса DDC (в старых версиях
интерфейса DDC этот контакт физически отсутствовал)
10 GND (V_SYNC) Общий провод сигнала вертикальной синхронизации
11 Не используется (в первой версии интерфейса DDC –
нулевой бит идентификатора монитора ID0)
12 SDA Данные системы DDC (в первой версии интерфейса
DDC – первый бит идентификатора монитора ID1)
13 H_SYNC Сигнал горизонтальной синхронизации
14 V_SYNC Сигнал вертикальной синхронизации
15 SCL Тактовый сигнал системы DDC (в первой версии
интерфейса DDC – третий бит идентификатора
монитора ID3)

Таким образом, для реализации полноценного SVGA-удлинителя, поддерживающего все функции этого интерфейса, необходим кабель, содержащий не менее девяти проводов: общий провод, семь проводов для передачи информационных сигналов и один провод для питания узлов интерфейса DDC. Создать такой удлинитель можно только на основе экранированных кабелей FTP или STP (Рисунок 3), поскольку в неэкранированном кабеле UTP всего восемь токопроводящих жил.

Схема полнофункционального SVGA-соединителя на основе кабеля FTP или STP, позволяющего передать сигналы на небольшие расстояния.
Рисунок 3. Схема полнофункционального SVGA-соединителя на основе кабеля FTP или STP, позволяющего
передать сигналы на небольшие расстояния.

Однако подобный удлинитель будет нормально работать только при небольших длинах кабеля, не превышающих нескольких десятков сантиметров, а для таких длин нет никакого смысла использовать витую пару. Дело в том, что максимальная частота видеосигналов RED, GREEN и BLUE может превышать 100 МГц, а распространение сигналов с такой частотой происходит уже исключительно с помощью электромагнитных волн даже при использовании медных кабелей. Поэтому при передаче видеосигналов следует особое внимание уделять линиям связи.

Еще одним высокочастотным сигналом, критичным к качеству кабеля, является сигнал горизонтальной синхронизации H_SYNC. И хотя его частота намного меньше, а энергетический уровень больше (размах сигнала H_SYNC равен 5 В, в то время как размах видеосигналов RED, GREEN и BLUE не превышает 1 В), проникновение помехи в этот канал может привести к серьезному ухудшению качества изображения, проявляющемуся в «дрожании» вертикальных линий, вплоть до срыва синхронизации.

Из-за этого в специализированных SVGA-кабелях сигналы RED, GREEN, BLUE и H_SYNC передаются по отдельным коаксиальным линиям с волновым сопротивлением 75 Ом (Рисунок 4), позволяющим как максимально защитить каналы от внешних электромагнитных помех, так и максимально уменьшить взаимную интерференцию сигналов. Остальные сигналы (V_SYNC, SDA и SCL) являются относительно низкочастотными и не требуют для передачи каких-либо специализированных линий связи.

Схема специализированного SVGA-кабеля (красным цветом показаны цепи, связанные с общим проводом).
Рисунок 4. Схема специализированного SVGA-кабеля (красным цветом показаны цепи, связанные
с общим проводом).

Однако витые пары являются симметричными линиями с волновым сопротивлением 100 Ом, поэтому, если просто подключить их к разъемам SVGA, то в местах соединения кабеля возникнут отражения сигнала, которые приведут к появлению повторов на изображении, расстояние между которыми будет пропорционально длине кабеля. Максимально уменьшить это повторы можно только с использованием специализированных узлов, обеспечивающих согласование как типов линии (симметричная/несимметричная), так и волновых сопротивлений (75/100 Ом) (Рисунок 5).

Принцип согласования несимметричного канала SVGA с симметричной линией витой пары.
Рисунок 5. Принцип согласования несимметричного канала SVGA с симметричной линией витой пары.

Кроме того, паразитная емкость кабеля, пропорциональная его длине, приведет к ослаблению высокочастотных компонентов сигнала, что станет причиной уменьшения четкости и «размытия» изображения. Поэтому в идеальном случае на входе и выходе кабеля нужно поставить не только согласователи, но и корректоры АЧХ канала.

Таким образом, при передаче SVGA-сигнала по витой паре на большие расстояния приходится идти на компромиссы. Первый компромисс заключается в задействовании трех витых пар для передачи сигналов RED, GREEN и BLUE (Рисунок 6). Оставшиеся два проводника используются для передачи сигналов синхронизации, причем обратные токи сигналов H_SYNC и V_SYNC будут протекать по обратным проводам каналов видеосигналов.

Схема SVGA-удлинителя на основе витой пары (при использовании неэкранированного кабеля UTP экран кабеля не подключается).
Рисунок 6. Схема SVGA-удлинителя на основе витой пары (при использовании неэкранированного
кабеля UTP экран кабеля не подключается).

Такой вариант является не самым лучшим с точки зрения теории связи, однако в этом случае следует учесть одну особенность аналоговых видеосигналов, заключающуюся в передаче сигналов синхронизации во время обратного хода луча, когда информация об изображении не передается. Из-за этого взаимное влияние видеосигналов и сигналов синхронизации минимально и не приводит к ощутимому ухудшению качества изображения (в композитном видеосигнале сигналы синхронизации и изображения передаются в одном канале, совершенно не мешая друг другу).

Таким образом, только для передачи видеосигнала необходимо задействовать все восемь проводников витой пары. Из-за этого возможностей для передачи сигналов DDC уже не остается. Это является вторым компромиссом, на который приходится идти при использовании подобных удлинителей. Источник видеосигнала теперь никогда не узнает, что за устройство подключено к разъему SVGA и в каких режимах оно может работать. Эти настройки придется вводить вручную, и, возможно, для этого придется отключить функцию Plug-and-Play, чтобы убрать ограничения, накладываемые на неизвестные устройства. К счастью, это никак не ограничивает основной функционал рассматриваемой системы – передачу изображения.

Какие пары кабеля использовать для передачи конкретных сигналов – дело вкуса монтажника. Например, оранжевую пару можно использовать для передачи сигнала RED, зеленую – для GREEN, синюю – для BLUE и коричневую – для H_SYNC и V_SYNC, но это не принципиально, поскольку витые пары кабелей xTP имеют приблизительно одинаковые электрические характеристики и отличаются лишь шагом скрутки.

Содержание цикла «SVGA-удлинитель на основе витой пары»

  1. Часть 1 - Особенности передачи SVGA-сигналов
  2. Часть 2 - Особенности практического применения
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя