1987年，IBM公司推出了採用RGB類比信號的VGA視訊標準，定義了使用60Hz更新頻率、640×480畫素，以及能夠產生16種顏色輸出的規格，這個類比RGB標準快速成為我們所熟知的VGA標準，就算在今天，大部分的電腦也都還配備有VGA顯示器所使用的15-pin D-Sub藍色連接端子，VGA標準目前由視訊電子標準協會VESA（Video Electronics Standard Association）維護，這個組織定義了相關的信號以及有關測量與測試的標準。

目前VGA系列標準已經發展到包含相當多不同的名稱，從最原始的視訊圖形陣列（Video Graphics Array；VGA），一直到超延伸圖形陣列UXGA（Ultra Extended Graphics Array）等，產業專家預測，最少在2015年之前，這項標準都將持續成為個人電腦的一部分。

部分系統必須讓VGA信號通過一個放大器或切換開關，但是，對設計工程師來說，如何計算這類開關或放大器所需的頻寬卻不是那麼清楚，進行計算前必須要具備一些數學背景以及對CRT顯示器的了解，由於CRT是到目前為止最常見的顯示設備之一，因此基本的視訊頻寬計算依舊需要仰賴舊式CRT顯示器的物理特性。

雖然說目前CRT顯示器已經幾乎完全被淘汰，但它們還是標準的一部分，因此我們必須先對它進行了解以便進行頻寬的計算，在CRT顯示器中，電子束透過磁場控制的方式由螢幕的上方逐行掃描到底部，因此會依循一個掃描線軌跡，請參考圖一。資訊會在顯示器上的有效部分顯示，而在掃描線的最後，電子束必須回到左邊以便開始進行下一個軌跡的掃描，在這個回歸到左邊的過程必須不能被看見，這就透過將它遮蔽在黑色色階來達成，因此回歸掃描所耗費的時間必須要計入，同樣地，當電子束到達CRT顯示器底部時也必須經過垂直回歸程序回到起始位置，在頻寬計算時，也必須計入這個時間。

範例：1280x1024畫素；60Hz更新頻率

以60Hz的更新頻率來說，顯示一個畫面的時間為16.6ms，我們假設垂直回歸時間為1.6ms，那麼整個有效掃描時間就成為15ms，如果一個畫面包含1024條有效掃描線，那麼每一條掃描線就必須在14.6μs的時間內完成。假設水平回歸時間為1.8μs，那麼有效軌跡的時掃描時間就只剩下12.8μs。

這代表了我們必須要在12.8μs的時間內顯示1280個畫素，因此每個畫素所分配到的時間為10ns，要計算所需的最小頻寬，我們假設在顯示器上出現的是某個顏色與白色的交錯顯示，假如我們提供給綠色信號一個方波，每畫素10ns，那麼所得到結果是一個週期長度為20ns的方波，也就是50MHz，請參考圖二。這個波形可以用來在螢幕上顯示交錯的綠、黑、綠、黑，總共512個交錯綠黑畫素，但如果波形為正弦波而非方波時，那麼會發生什麼情況呢？

圖三顯示了疊加在方波上的正弦波，如果只有正弦波在CRT顯示器上顯示，那麼很明顯地畫素的平均值將會較少，同時也無法快速提供所需的強度，畫素的顯示會有些模糊，只有在10ns的導通中點才會達到最高的亮度，因此正弦波信號將會在邊緣產生較為模糊的輸出。

通過50MHz濾波器的完美信號可能能夠產生可用的顯示效果，但影像在顯示上卻無法達到和較高頻寬設備所帶來的相同清晰度，由於目前大部分的顯示器都採用LCD而非CRT，因此到底需要多少頻寬就不是那麼必要，不過我們知道，系統必須能夠讓如表一中所列的基礎頻率通過。

表一列出了水平與垂直畫素、更新頻率，以及相對於各個解析度標準基礎視訊頻率的各種不同組合，在此假設66％的信號為有效，同時視訊頻寬等於基礎頻率，請注意，如果我們提高更新頻率，例如由60Hz增加到80Hz，那麼就會對頻寬產生和提升畫素相同的效應，對目前的LCD顯示器來說，最佳顯示情況下的更新頻率很少會超過60Hz，因此，決定任何放大器或交換器視訊頻寬的合理經驗法則為選擇基礎頻率的2倍到3倍。

這個表格在選用能夠符合一或多個解析度標準的元件時特別有用，例如，如果目標解析度為60Hz更新頻率下1280x1024畫素使用的VGA交換開關，我們可以看到基礎頻寬為60MHz，MAX4885或MAX4887等VGA用信號交換晶片提供了超過400MHz的頻寬，能夠符合這類系統的需求，MAX4887是一個採用16-pin TQFN包裝，內含三個切換開關的元件，MAX4885則除了內建三個高頻切換開關外，還整合了水平、垂直與DDC信號切換功能的產品。基礎與第三階諧波（180MHz）可以幾乎無衰減地通過，這兩個開關元件都能夠相當有效運作，對系統造成的插入耗損小於0.5dB，同時不需視訊緩衝器，如果需要使用視訊緩衝器，那麼設計工程師就應該選用頻寬大於200MHz的緩衝器來搭配，例如MAX4219。

---作者為Maxim美商美信公司資深應用工程師---

《圖一　掃描線形式的視訊顯示包含了以實線表示的影像顯示軌跡以及以虛線表示的回歸線，用來將電子束拉回下一條掃描線的起始位置》

《圖二　50MHz的視訊信號每畫素分配時間為10ns》

《圖三　正弦波與方波視訊信號的比較》