掌握数字格式及其传输设备对于所有的专业视听技术人员来说是至关重要的。在前一篇讨论该主题的文章中，我记得系统中的电缆和连接器可能造成最终性能要么成功、要么失败。以前，我曾经讨论过电缆选择的重要性，因此，让我们考察电缆连接如何影响那些不同的数字格式。
    如果你手上拿着一份最新的ExtroNews，你可能会发现关于数字格式的表格很有参考价值。当你扫描那份表格时，你将看到大多数专业广播格式(SDI、SDTI、SDTV和HDTV)均为串行数据格式，并且采用具有BNC连接器的单一同轴电缆。因此，你不能说我忽视了D1并行连接。我将简要地对它进行讨论，因为它确实是一个用于接近中心连接的系统的短跳连接。不论何时你涉及并行格式时，你均需要寻找一根特殊的电缆。在这一部分，我们将详细考察用于串行数字格式的电缆和连接器。表中的其它格式将在下一篇文章中讨论。
    电缆和SDI
    在SMPTE 259M和ITU-R BT.601标准中，定义了标准SDI、SDTI以及解压后SDTV格式的电缆损耗规范。在这些标准中，最大推荐电缆长度在1/2时钟频率处为30dB。注意：这个高损耗数字跟通常的模拟视频以及图像信号可以接受的损耗没有关系。因为采用串行数字接收器，这种串行数字损耗电平是可以接受的。串行数字接收器采用特殊的信号恢复处理技术。
对于以1.5Gbps的HD SDI信号，由SMPTE 292M标准定义电缆损耗的计算。在那个标准中，最大电缆长度在1/2时钟频率处等于20dB。因为采用了数据编码方案，比特率与用MHz表示的时钟频率一样。类似地，高清串行数字接收器也具有特殊的信号恢复能力。表1示出了一些电缆长度计算的例子。

	SMPTE259				SMPTE292
	A级	B级	C级	D级
应用	NTSC 4fsc复合	PAL 4fsc复合	525/625复合	525/625复合	HDTV
数据率Mbps (时钟)	143	177	270	360	1485
1/2时钟速率(MHz)	72	89	135	180	743
Extron线缆产品	米	米	米	米	米
Mini-HR(22-020-XX)	178	162	130	111	29
RC(22-127-02)	195	177	143	121	31
HR(22-124-02)	315	288	244	209	57
SHT(22-098-02)	429	388	325	279	87

表1：利用同轴电缆传输串行数据(SDI)的推荐传输距离。
    各个电缆制造商的推荐的确是千差万别的，但是，最好把你的敷设长度限制为不超过计算值的90%。这就为电缆变化、连接器损耗以及配接设备等等提供了可容许的误差。表1包含了这种容许误差。在所有情形下，在出现信号突然下降的“临界区域”以前，你的系统均要稳固地工作。要记住，各个数字系统不要对电缆损耗执行线性操作。最终性能取决于电缆和所采用的接收器的类型。在这些系统中的底线是维持低的比特误码率(BER)。SDI信号通常为800mV，在电平上跟模拟视频信号没有太大差别。由图1可见符合SMPTE规范的标准电平SDI信号。
 
图1：符合SMPTE 259M的标准参考电平SDI信号。
    关于SDI电缆损耗的考虑有什么不同呢？对于SDI信号来说，接收器在功能上更为复杂，以均衡及恢复信号。信号恢复是一个非线性的过程。SMPTE 292M标准描述了A类接收器(较好)以及B类接收器的性能。像RF接收器一样，SDI接收器在功能上是自适应的，以便放大、均衡以及滤除信息。选择最佳的接收器将使一个串行数字系统的最终性能产生巨大的差异。图2显示了SDI信号在Extron Mini HR电缆上传输了100英尺以后的损耗效应。尽管上升时间受到了巨大的影响，所有合格的接收器均能恢复这个信号。实际上，对于这种特殊的电缆，A类接收器能够在传输425英尺以后可靠地恢复图像信号(见表1)。图3描述了在Extron公司的超高清(SHR)电缆上传输了100英尺以后的信号质量。注意，经改善的信号波形确保信号可以被传输更远的距离。对于SHR电缆，标准SDI信号可以被传输1000英尺以上。
 
图2：在Extron Mini-HR同轴电缆上传输了100英尺之后的SDI信号

图3：在Extron SHR同轴电缆上传输了100英尺以后的SDI信号。
    电缆与接收器的关系
    那么，你的系统性能有多少取决于电缆？又有多少取决于接收器呢？随着接收器与电缆规范的变化，掌握这一点是至关重要的。影响串行数字损耗的主要损耗参数是上升/下降时间的恶化以及信号抖动。这就是为什么串行数字信号在通过像矩阵路由器这样的主要网络集线器之后，一般均要重新成形并重新锁定。有趣的是，在示波器上观察SDI信号波形确实无法告知你信号电平曾经下降到了某一点。只有测试SDI信号的专用仪器才具备接收合适图像传输的能力。图4显示了SDI信号在Extron SHR电缆上传输了700英尺以后的典型示波器图形。
    尽管SDI波形是无法辨识的，但是，良好的接收器将捕获SDI波形。通过在时域反射计上利用色彩增强模式(见图5)，你可以看到数据中的模式在一定程度上是可辨认的。
 
图4：在Extron SHR同轴电缆上传输了700英尺以后的SDI信号。
 
图5：在Extron SHR同轴电缆上传输了700英尺以后的SDI信号。
    表2提供了SMPTE 259M 以及SMPTE 292M标准强制的性能规范。这就是关于上升/下降时间性能以及抖动的基准，因为它串行数字信号发送设备的设计。基本上说，在电缆跑了最长的距离以后，如果你的系统设计提供这个级别的性能，那么，你就具备了一个基准设计，在此，完全不必担忧接收器解码信号的能力。任何经过合理设计的SDI接收器均能够显示图像。
表2：SMPTE串行数字性能规范。

	SMPTE259				SMPTE292＊
	A级	B级	C级	D级	L级
应用	NTSC 4fsc复合	PAL 4fsc复合	525/625复合	1920×1080i	1280×720p	1280×720p
数据率Mbps (时钟)	143	177	270	360	1485	1485
1/2时钟速率(MHz)	71.5	88.5	135	180	742.5	742.5
信号幅度(峰-峰)	800mV	800mV	800mV	800mV	800mV	800mV
DC补偿	0±0.5	0±0.5	0±0.5	0±0.5	0±0.5	0±0.5
最大上升/下降时间(ns)	1.50	1.50	1.50	1.50	0.27	0.27
最小上升/下降时间(ns)	0.40	0.40	0.40	0.40	-	-
上升/下降时间差(ns)	0.5	0.5	0.5	0.5	0.1	0.1
%过冲时间最大值	10	10	10	10	10	10
定时抖动(ns)	1.40	1.13	0.74	0.56	0.67	0.67
对准抖动(ns)	1.40	1.13	0.74	0.56	0.13	0.13

    然而，我们并不是生活在理想的世界中。传输SDI和HD SDI信号的经济性存在于串行数字接收器恢复低电平信号的能力上，非常类似于电视接收机从弱RF信号中恢复复杂电视图像的能力。串行数字接收器的扩展能力使得表1中所列的电缆敷设长度可能有几个例外。只是接收器的贡献是什么呢？把SMPTE损耗计算与常规的视频系统中所用的-3dB点进行比较，暗示有超过10倍的效果；即-30dB比-3dB。
    BNC连接器，有区别吗？
    在此，我并不是想说服你在75欧姆电缆上使用50欧姆连接器，即使我们当中的许多人多年以前就这么做。这一点无须争辩。我们均知道，合适的阻抗匹配是必须做的事情。多年来，残酷的事实在于只有50欧姆BNC连接器才是有成本效益的连接器。确实，你可以5:1的价格获得75欧姆类型的连接器。因RF设备行业的缘故，50欧姆版本的连接器主宰了市场。AMP以及许多其它连接器制造商正在生产几百万只50欧姆连接器。真正的问题在于：对于视听系统的性能或图像质量有什么区别吗？
    在这里，我并不人为地提高你对VSWR的想法，我们将让连接器来完成那项任务。为什么不考虑一些真正的测量，然后你才自己做决定呢?我们通过一条12英寸长的75欧姆电缆连接我们的测试信号发生器(VTG 200)，在一个测试中，采用75欧姆BNC连接器；而第二个测试中，采用50欧姆连接器。测试信号是一个阶跃信号。在前沿的瞬态响应告诉我们，我们是否将看到因不匹配造成的任何不规则特性。在这里，严重的干扰将影响到图像的高频细节，从而造成图像出现被人为处理的痕迹。比较图6中的两个波形，黄色波形表示采用75欧姆BNC连接器的性能；蓝色波形代表采用50欧姆连接器的性能。你将看到视觉上没有差异。这就是我们的整体体验。
 
图6：在一个75欧姆系统中，采用50欧姆连接器与采用75欧姆BNC连接器的阶跃响应的比较。
    在一维环境中思考
    实际的BNC连接器的尺寸足够小，我们在3000MHz(在该频率处，连接器的物理长度接近频率的1/4波长)以前看不到系统中由连接器引起的重大影响。BNC阻抗不匹配效应在我们设计的系统中并不是普遍存在，其原因在于：在我们主要感兴趣的频段，连接器的尺寸是传输线长度的很小一部分。在微波行业，连接器尺寸是至关重要的。现在参见图7，图中显示了用时域反射计测得的50欧姆BNC连接器的特性，把该图与图8中所示的75欧姆BNC连接器的时域反射计图形形成对比。这些图形显示了对图5中所采用的12英寸长、75欧姆电缆的时域测量结果。从这两个连接阻抗看到的干扰主要集中在连接器的卷曲处以及接触界面。
    这是否意味着你可以实际忽略在系统设计中的同轴电缆阻抗呢？不是的。电缆的电气长度在我们的图形系统所遇到的频段是至关重要的。这就是为什么你在一些电缆上看到了不良的性能。它们的阻抗不对，因此，把大部分的发射能量反射回了信号源。
 
图7：在一个75欧姆系统中所用的50欧姆BNC连接器的时域反射特性。
 
图8：在一个75欧姆系统中所用的75欧姆BNC连机器的时域反射特性。
    VGA连接器会被淘汰吗？
    有人了解15引脚VGA连接器的阻抗吗？哈哈！你们从来没有想过，对吗？我向你保证它的阻抗不是刚好等于75欧姆，同轴电缆也不是。然而，有多少人对此表示关心呢？我猜测，只有那些人可能才有兴趣销售新的连接器产品。这种无处不在的连接器方便、廉价并且最终要的是被IBM所采用。因此，其性能比较起来怎么样？
    幸运的是，那不是问题所在，但是，它的影响在其它方向上摇摆；即它的阻抗远远高于75欧姆，或者说50BNC连接器的阻抗比较低。这意味着它大约具有100欧姆的阻抗。在中心，你必须采用一条良好的75欧姆电缆并分离它的导线，以便链接到VGA连接器的并行引脚上。然后，经过接口，这种并行连接必须回到电缆的对称世界。在图9中可见界面的不规则性。在此，主要问题集中在连接器接口的有限长度，而不是极大地妨碍我们常常要处理的系统的性能。图10显示的阶跃响应表示没有严重的影响，因此，VGA连接器作为一种低成本通用接口，在个人电脑中获得了广泛的应用。
 
图9：在一个75欧姆系统中所用的标准VGA连接器的时域反射特性。
 
图10：在75欧姆系统中所用的标准VGA连接器的阶跃响应。
    我们做这些图片的过程中有许多有趣的事情。它为我们回答了一些问题。在系统设计中做出良好的技术决策是非常重要的。希望这些例子给SDI电缆以及在视听行业中最为啰嗦的问题，BNC问题绘制一幅现实的美景。
    注意：本文所有测量均是利用HP83480A通信分析仪以及HP54753A TDR模块实现的。