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隨著LCD的應(yīng)用朝向其他非傳統(tǒng)的電腦或消費性電子產(chǎn)品的領(lǐng)域中擴展，現(xiàn)有的LCD嵌入式數(shù)位介面的能力已無法滿足新一代技術(shù)挑戰(zhàn)的要求。最常應(yīng)用的嵌入式數(shù)位介面LVDS（低壓差動訊號發(fā)送），在其所支援的運輸（汽車和航太電子）與工業(yè)市場中即將被淘汰。為了滿足和面對上述技術(shù)的挑戰(zhàn)，市面上已有一款新型介面晶片組1，此款產(chǎn)品具有與LVDS類似的特性，藉由利用創(chuàng)新的嵌入式時脈控制方案與更寬的資料串列比，大幅地減少了互連數(shù)量，其結(jié)果只需要一個差動對（雙線）來實現(xiàn)互連。此外，這款新型介面產(chǎn)品還能夠支援長電纜驅(qū)動和交流耦合。為了充分了解這款產(chǎn)品的重要性，以下筆者將對所要面臨的需求和挑戰(zhàn)進行詳細的評估。 挑戰(zhàn) 無論介面在本質(zhì)上是屬于數(shù)位的還是類比的，下面列出了運輸與工業(yè)市場中，對于所有顯示器介面的標準要求： * 減少互連數(shù)量 * 支援大范圍的工作溫度范圍： - 40° C到105° C * 電化或電隔離（交流耦合） * 長距電纜驅(qū)動能力：長達10公尺 在商業(yè)電子或電腦應(yīng)用中大多數(shù)都選擇數(shù)位介面（LVDS 和HDMI），采用數(shù)位介面不但能夠降低整個系統(tǒng)的成本，還可以大幅地提高整個前面板的影像品質(zhì)。 減少互連的數(shù)量后，除了可以大幅地降低整個系統(tǒng)成本，也能夠為在空間受限的應(yīng)用中為系統(tǒng)的布線和組裝提供更大的靈活性。更值得一提的是，互連數(shù)量的減少將簡化介面和/或其他通過底座的電線束的布線工作。 由于在運輸和工業(yè)應(yīng)用中，介面會暴露于嚴酷的戶外環(huán)境，因此這些應(yīng)用均要求所有介面在其額定頻寬內(nèi)，必須能夠在很寬的溫度范圍（- 40° C到105° C，可能還不是最極限的范圍）中可靠地工作。 介面透過交流耦合實現(xiàn)的電化/電隔離能帶來許多好處。從介面硬體的角度來看，交流耦合為子系統(tǒng)提供相互之間的電隔離。在運輸相關(guān)的環(huán)境里（如汽車、航空和火車等），此一隔離使得介面能于具有不同電位的網(wǎng)路中，與一些子系統(tǒng)進行交互運作。電隔離的另一個好處是其為顯示子系統(tǒng)所提供從介面到電源的短路保護。這是因為在任何電池供電的子系統(tǒng)中，短路保護的功能是必要條件。交流耦合所帶來的另一個好處就是使介面工作能夠不受任何硅制程的電壓/幾何形狀影響。例如在某些情況下，資料源介面可能需要在1.8V的制程電壓下工作，而接收器介面卻需要在3.3V的硅制程電壓下工作。長距電纜驅(qū)動則是另一個必要條件。在資料源（圖像處理器、DSP和處理器）和處理器"（處理器或LCD）之間的距離可能大于10公尺的應(yīng)用中，介面必須在不依靠任何附加的訊號恢復(fù)和/或電緩沖元件的情況下，能夠支援達10公尺或更長距離的電纜。例如，汽車中的后座娛樂系統(tǒng)、機載娛樂系統(tǒng)，以及公車或地鐵運輸系統(tǒng)中的資訊娛樂系統(tǒng)中，顯示器都會被放置在遠離資訊源的位置。 成果 為了面對這些嚴苛的要求，美國國家半導(dǎo)體開發(fā)出一款能夠有效解決這些技術(shù)挑戰(zhàn)的LVDS SERDES（串列解串器）晶片組DS90C2411 和DS90C1241。 SERDES的特點 這款晶片組將接收高達24位元的并行CMOS/TTL電位資料，以及來自圖形或視頻資料源資料相關(guān)的時脈源。資料和時脈將在單個差動對上串列傳送。24位元資料可以被用來表示顯示顏色資料（共18位元或6位/顏色）和控制訊號（Hsync, Vsync和資料使能）。對于最大840Mbps的合成頻寬，能支援從5MHz到35MHz的頻率（今后可以擴展到65MHz）。 透過介面上的資料源和接收器兩側(cè)的差動對的每個腳/電源上分別加入電容（參見圖1），能夠有效地實現(xiàn)介面連結(jié)的交流耦合。電容將有效地阻擋連結(jié)上任何直流電位的偏置，這樣就成功的隔離接收器與資料源以及它們與自身的電源。通過這些相同的電容實現(xiàn)的任何直流電位的隔離，實際上只讓更高頻率（大于1MHz）的交換內(nèi)容通過電實體介面連結(jié)。在此情況下，串列化訊號本身實際上是在與LVDS電氣電位（+/- 350 mV）類似的差動電位上進行交換的。與其他類型的介面相比，這一較低的差動擺幅電位會帶來相對更低的功耗和EMI效能。 圖1：雙線串列介面。 數(shù)量減少的互連 在這款新產(chǎn)品中采用了兩種方法，大幅度減少了互連的數(shù)量： * 嵌入式時脈 * 較寬/大的串列比 高達24位元的并行資料和時脈輸入串列器（DS90C241）。串列器將并行資料轉(zhuǎn)換成串列化資料（24:1），使其能夠通過低成本的銅互連線構(gòu)成的差動對（雙線）進行發(fā)送。除并行資料外，時脈（CLK1和CLK0）和其他維持直流平衡和連結(jié)完整性（DCB和DCA）所必須的附加位元也與實際的資料位元一起被串列化（參見圖2）。將時脈嵌入到資料中，能消除當資料和時脈在解串器一側(cè)被恢復(fù)時，可能會產(chǎn)生和引起資料錯誤的時脈到資料邊沿歪斜問題，并從中獲得關(guān)鍵性的好處。 隨機數(shù)據(jù)鎖定和熱插拔 此款產(chǎn)品的另一個獨特之處，在于不像其他的介面解決方案那樣必須在解串器一側(cè)使用一個參考時脈，來對嵌入式時脈訊號進行識別和/或解碼。其解串架構(gòu)具有一項獨特的優(yōu)點，那就是無需在解串器中使用任何參考時脈，就能鎖定所有隨機數(shù)據(jù)模式（RDL，隨機數(shù)據(jù)鎖定）。RDL特點為實現(xiàn)另一項終端用戶的優(yōu)勢“熱插拔”創(chuàng)造了條件。“熱插拔”的特點能夠促使解串器重新鎖定到電纜連接和斷開時可能出現(xiàn)的斷開后有效、斷開無效和斷開的串列化資料流程。在此情況下，不需要任何特殊的時脈訓(xùn)練模式或介面連結(jié)的特殊初始化序列，介面就能容易地重新鎖定。 交流耦合和直流平衡 由于整個介面連結(jié)是交流耦合的，因此介面連結(jié)必然很容易受到引起1或0非平衡密度的直流電荷的影響。連續(xù)的1或0會在連結(jié)上建立潛在的直流電位電荷，這會妨礙一個狀態(tài)（1或0）到另一個狀態(tài)的正確轉(zhuǎn)換，從而導(dǎo)致出現(xiàn)資料錯誤。這一種效應(yīng)也被稱作ISI，符號間干擾2。因此，為了降低ISI效應(yīng)，國家半導(dǎo)體新的介面產(chǎn)品中采用了一種整合的直流平衡演算法。 長距電纜驅(qū)動 為了能夠在10公尺的電纜驅(qū)動長度下，得到高達1Gbps（或840Mbps）的頻寬，必須在電纜的末端得到干凈并且較大的“眼圖張開度”（“Eye” openings），以確保接收解串器能可靠地恢復(fù)資料。過量的抖動和電纜引起的訊號損失2等因素都會阻止“眼睛”張得更大。通過對串列器中的PLL（鎖相環(huán)）進行精確的設(shè)計能減小或消除過量的抖動。為了克服由電纜負載所引起的訊號損失，因此采用了一項被稱為預(yù)放大2的技術(shù)，其本質(zhì)上是在串列化資料流程的開關(guān)轉(zhuǎn)換處對訊號進行過驅(qū)動/提升處理。 圖2：串列化配置和協(xié)定。 結(jié)論 透過美國國家半導(dǎo)體新型顯示SERDES產(chǎn)品DS90C241 / DS90C124 SERDES的介紹，圖3展示了一款的新型數(shù)位顯示介面，它適用于要求特別嚴格和/或苛刻的遠距離應(yīng)用，并在SVGA（800x 600）/42 MHz解析度下的工作距離長達10公尺。該介面架構(gòu)能容易地升級到更高的頻寬，用來支援未來如XGA或更高的顯示解析度。 圖3：典型應(yīng)用－后座資訊娛樂與導(dǎo)航顯示。 |
