Материал
из Википедии — свободной энциклопедии
Низковольтная дифференциальная передача сигналов (англ.
low-voltage
differential signaling
или
LVDS)
— способ передачи электрических сигналов, позволяющийпередавать
информацию на высоких частотах при помощи дешёвых соединений на основе
медной витой пары. Стандарт разрабатывался и продвигался компаниейTexas
Instruments.
Начиная с 1994 года низковольтная дифференциальная передача сигналов
используется в компьютерной индустрии, где нашла широкое применение для
создания высокоскоростных компьютерных сетей и компьютерных шин.
Стандартизовано как
ANSI/TIA/EIA-644-A
в 2001 году.
Отличия от несимметричной передачи сигналов
При
низковольтной дифференциальной передаче для передачи одного сигнала
используется дифференциальная пара (сигналов); это означает, что
передающая сторона подаёт на проводники пары различные уровни
напряжения, которые сравниваются на приёмной стороне: для декодирования
информации используется разница напряжений на проводниках пары.
Передатчик направляет небольшой ток (порядка 3,5 мА) в один из
сигнальных проводников, в зависимости от того, какой логический уровень
надо передать. На приёмной стороне ток проходит через резистор
сопротивлением 100—120 Ом (равным волновому сопротивлению кабеля для
уменьшения отраженного сигнала) и возвращается к отправителю сигнала по
другому проводнику, образуя таким образом замкнутую электрическую цепь.
В соответствии с законом Ома напряжение на резисторе будет составлять
около 350 мВ. Принимающая сторона определяет полярность этого напряжения
для того, чтобы определить логический уровень. Такой тип передачи
называется токовая петля.
Небольшая
амплитуда сигнала, а также высокая электромагнитная связь проводов пары
друг с другом позволяют уменьшить излучаемые вовне помехи и рассеиваемую
мощность.
Синфазное
напряжение (среднее напряжение двух проводников) обычно составляет около
1,25 В, что позволяет использовать
LVDS
во многих СБИС с напряжением питания 2,5 В и ниже. Как упоминалось выше,
напряжение между проводниками пары составляет 350 мВ, что позволяет по
сравнению с другими способами передачи сигналов значительно снизить
потребляемую мощность. Например, статическая мощность, рассеиваемая на
нагрузочном резисторе
LVDS,
составляет всего 1,2 мВт, по сравнению с 90 мВт, рассеиваемыми на
нагрузочном резисторе интерфейса
RS-422.
Без нагрузочного резистора для каждого бита данных приходилось бы
нагружать и разгружать весь проводник. Использование нагрузочного
резистора и высоких частот передачи приводит к тому, что бит покрывает
лишь часть проводника (в процессе передачи со скоростью электромагнитных
колебаний в среде), что является более энергоэффективным.
LVDS
— не единственная используемая дифференциальная система. Но она
остается единственной, сочетающей в себе высокие скорости и
небольшое рассеивание энергии.
Применение LVDS
LVDS стала популярна в конце 90-х годов XX века. До того времени
компьютеры были слишком медленны, чтобы требовать столь высоких
скоростей передачи данных, используя для передачи данных большое
количество проводников (см. напр. ATA). Однако, расширение использования
мультимедиа и суперкомпьютеров привело к проявлению широкого интереса к
данной системе, так как подобные системы нуждались в передаче больших
объёмов данных на расстояния порядка нескольких метров.
LVDS
используется
в
таких
компьютерных
шинах
как
HyperTransport, FireWire, USB 3.0, PCI Express, DVI, Serial ATA, SAS
и
RapidIO.
Также
поддерживается в SCSI, начиная с версии Ultra-2 SCSI для увеличения
допустимых длин проводов и скоростей.
Современные ПЛИС (например, от Altera или Xilinx) имеют LVDS-порты, что
позволяет разрабатывать любые устройства, работающие с шиной на основе
LVDS-технологии.
Сравнение с параллельной передачей данных
LVDS применяется как при параллельной, так и при последовательной
передаче данных. При обычной параллельной передаче несколько бит
передаются одновременно по группе проводов с использованием общей земли.
Высокие скорости LVDS и использование самосинхронизирующихся кодов
позволяют передавать больше данных по меньшему количеству проводов, чем
в случае параллельной шины. Устройство преобразования между
последовательными и параллельными шинами называется
сериализатор/десериализатор (сериалайзер/десериалайзер) (англ.
serializer/deserializer, SerDes).
Многоточечный LVDS
Когда скорости последовательной передачи не хватает, данные могут
передаваться параллельно по нескольким парам LVDS для каждого бита или
байта (например, как в PCI Express или в HyperTransport). Такая система
называется шиной LVDS (англ. bus LVDS, BLVDS). Стандартные передатчики
рассчитаны на использование в соединениях точка-точка, но для
использования в многоточечных шинных системах модифицированные
передатчики имеют большие выходные токи, которые могут нагружать
несколько терминирующих резисторов.
Существует стандарты на подобные системы: BLVDS и LVDM (от Texas
Instruments). Также существует стандарт TIA-899 Multipoint LVDS (MLVDS),
который используется в AdvancedTCA. MLVDS имеет 2 типа приемников: тип 1
практически совместим с LVDS и использует порог в 0 В; тип 2 использует
порог в 0,1 В, чтобы избегать различных ошибок, например возникновения
незамкнутых и короткозамкнутых цепей.
LCD-мониторы становятся основными устройства воспроизведения информации,
а это значит, что их применение носит поистине массовый характер. Все
это означает, что в соответствии с законом больших чисел, количество
отказов мониторов и их наиболее сложной части - LCD-панелей, происходит
все чаще, т.е. все чаще перед специалистами сервисных служб стает вопрос
о методах диагностики жидкокристаллических матриц. Одним из первых, в
этом случае, диагностируется внешний интерфейс, через который на
LCD-матрицу передаются все данные. Именно обзору этих интерфейсов
посвящен данный материал.
Сейчас уже ни для кого не секрет, что топология абсолютно любого
жидкокристаллического (ЖК) экрана представляет собой матрицу,
образованную системой строковых и столбцовых электродов. При этом каждый
элемент изображения находится на пересечении строки и столбца (рис.1).
Рис.1 Каждая ячейка матрицы адресуется номером строки и номером столбца
Для
включения соответствующего пиксела (точки) должен быть выбран столбец и
должна быть указана строка, в которой находится этот пиксел. В
результате, к ЖК-ячейке прикладывается напряжение, величина которого
определяет яркость точки. Выборка строк и столбцов осуществляется
переключением ключевых транзисторов, которые образуют так называемые,
драйверы столбцов (Column Driver-CD или Source Driver-SD) и драйверы
строк (Row Driver-RD или Gate Driver-GD). Естественно, что количество
транзисторов, содержащихся в столбцовых драйверах должно точно
соответствовать количеству столбцов, а количество ключевых транзисторов
строковых драйверов должно равняться количеству строк на экране.
Непосредственную коммутацию ЖК-ячейки осуществляет TFT (тонкопленочный
транзистор). Количество TFT-транзисторов равно количеству ЖК-ячеек.
Напомним, что напряжение, прикладываемое к ЖК-ячейке, формируется
столбцовым драйвером, а драйверы строк формируют сигнал
открывания/запирания TFT-транзистора (рис.2).
Рис.2 Эквивалентная схема управления ЖК-ячейками
Так,
например, в цветной панели 1024х768 точек, имеется 1024 столбца и 768
строк, при этом, так как панель цветная, то и каждый элемент изображения
состоит еще из трех элементов – красного, зеленого и синего. Поэтому
такая панель содержит 3072 столбца (1024х3) и 768 строк. Таким образом,
для управления этой панелью требуется 3072+768=3840 транзисторов.
Естественно, что все эти транзисторы размещаются в интегральных
микросхемах, образующих вместе с ЖК-панелью единую неразборную
конструкцию.
Информация о градации цвета, т.е. о яркости цветной точки передается в
формате R/G/B. Эти данные должны поступать на столбцовые драйверы в
цифровом виде. И уже столбцовыми драйверами эти цифровые данные
преобразуются в аналоговое напряжение, прикладываемое к ЖК-ячейкам.
Строковые драйверы никаких преобразований не выполняют, и поэтому
обеспечивают лишь «перебор» строк, указывая ту строку, ЖК-ячейки которой
засвечиваются в данный момент времени. Таким образом, строковые драйверы
должны получать только лишь управляющие сигналы позволяющие осуществлять
перебор строк. В то же самое время, столбцовые драйверы управляются
сигналами, позволяющими осуществлять перебор точек строки, и
одновременно с этим получают еще и сигналы цвета R/G/B (рис.3).
Рис.3 Сигналы, необходимы для управления столбцовыми и строковыми
драйверами
Сигналы цвета в формате R/G/B, как известно, приходят на вход монитора
от персонального компьютера. Эти сигналы обрабатываются графическим
контроллером монитора, получившим название скалер (Scaler). Скалер
осуществляет преобразование изображения, масштабируя его из любого
входного формата в формат, соответствующий разрешению матрицы. Таким
образом, данные, передаваемые на LCD-панель, формируются на основной
(микропроцессорной) плате монитора, а именно, на выходе микросхемы
скалера и передаются на панель с использованием соответствующего
интерфейса (рис.4). Этот интерфейс представляет значительный
практический интерес для специалиста, осуществляющего диагностику
монитора, так как позволяет достаточно точно определить местоположение
проблемы – на главной плате монитора или внутри LCD-панели.
Рис.4 Общая архитектура LCD-монитора
Существует несколько способов (несколько интерфейсов) соединения
ЖК-панели с главной платой микропроцессора:
-
параллельный цифровой интерфейс;
-
интерфейс TMDS;
-
интерфейс LVDS;
-
интерфейс RSDS.
У
производителей LCD-панелей эти интерфейсы пользуются различной
популярностью – какие-то интерфейсы безоговорочно доминируют, а
применение других является, скорее, экзотикой, чем правилом. Но, тем не
менее, с каждым из этих типов интерфейсов встречался любой специалист,
имеющий за плечами богатый практический опыт. Поэтому мы и рассмотрим
все перечисленные интерфейсы.
Параллельный цифровой интерфейс
Это самый первый из внешних
интерфейсов для LCD-панелей. На сегодняшний день он встречается крайне
редко, да и то лишь в устаревших моделях мониторов. У этого типа
соединения много недостатков:
-слишком большое количество соединительных проводов, в результате чего
шлейф получается громоздким и негибким;
- сложность синхронизации при передаче данных на высоких частотах, т.е.
в режимах с высоким разрешением;
- более высокая стоимость;
- сложность масштабирования и наращивания интерфейса при изменении
модели LCD-панели (печатный монтаж главной платы разводится под
определенный тип панели);
- слабая помехозащищенность и др.
Все это и привело к постепенному вытеснению параллельного интерфейса
другими интерфейсами с последовательной передачей данных.
В случае параллельного интерфейса, все сигналы, необходимые для
управления столбцовыми и строковыми драйверами формируются на главной
плате. Внутри LCD-панели имеются лишь столбцовые и строковые драйверы,
которые, фактически, управляются напрямую микросхемой скалера (рис.5).
Рис.5 При использовании параллельного интерфейса, столбцовые и строковые
драйверы напрямую управляются микросхемой скалера
Параллельный интерфейс в документации чаще всего обозначают как цифровой
интерфейс (Digital), или как TTL интерфейс. И это справедливо, т.к. все
сигналы на нем соответствуют TTL-уровням. Наибольшее количество
контактов интерфейса соответствует шинам данных цвета. Эти шины,
традиционно, бывают двух типов:
-
6-разрядные;
-
8-разрядные.
В
первом случае для передачи цвета задействовано 18 цифровых линий (6 бит
х 3 цвета), а во втором – 24 цифровых линии (8 бит х 3 цвета). В
некоторых случаях можно встретиться с двухканальным исполнением
цифрового интерфейса. В данном варианте, цветовые данные могут
передаваться либо по 36 линиям (в случае 6-битного кодирования цвета),
либо по 48 линиям (в случае 8-битного кодирования цвета) (см. рис.6).
Рис.6
Увеличение пропускной способности интерфейса обеспечивается введением
второго канала передачи данных
Всего же, на параллельном цифровом интерфейсе можно найти следующие
информационные и управляющие сигналы:
- шина данных красного цвета: 6-разрядная (R0-R5) или 8-разрядная
(R0-R7);
- шина данных зеленого цвета: 6-разрядная (G0-G5) или 8-разрядная
(G0-G7);
- шина данных синего цвета: 6-разрядная (B0-B5) или 8-разрядная (B0-B7);
- сигнал разрешения данных LCD-панели (DE – Data Enable);
- сигнал тактовой частоты (частота пикселов PCLK – Pixel Clock);
- сигнал строчной синхронизации (HSYNC);
- сигнал кадровой синхронизации (VSYNC).
Естественно, могут присутствовать и другие специальные управляющие
сигналы, характерные для отдельных LCD-панелей. В результате, количество
соединительных линий цифрового интерфейса обычно колеблется от 25 до 60,
в зависимости от разрядности цвета, количества каналов и количества
управляющих сигналов, т.е. в конструктивном плане разъемы интерфейса
могут быть самыми разнообразными.
Такое
полное отсутствие каких-либо спецификаций на цифровой интерфейс является
еще одним отрицательным фактором, определившим отказ разработчиков от
его применения. Каждый разработчик LCD-панели использовал цифровой
интерфейс с таким количеством контактов и с таким их расположением,
которое казалось ему удобным и оптимальным. И зачастую, при появлении
новой LCD-панели, тот же самый разработчик мог использовать интерфейс
совершенно другой конфигурации. В результате, желание использовать новую
модель LCD-панели, приводило к необходимости полностью переделывать
главную плату монитора и разводить печатный монтаж заново. Именно
поэтому не имеет смысла даже пытаться систематизировать параллельные
интерфейсы – все они имеют разное количество контактов, контакты могут
располагаться как в один ряд, так и в два ряда, соединительный шлейф
может быть как ленточным, так и состоящим из отдельных проводов и т.д. и
т.п. Также стоить обратить внимание, что количество и тип управляющих
сигналов, таких как сигналы строчной и кадровой синхронизации, тактовой
частоты, разрешения и т.п. также не подвергаются спецификации и поэтому
наличие всех этих сигналов и их количество является уникальным для
каждой модели LCD-панели. Для получения информации о цоколевке внешнего
разъема соответствующей LCD-панели, необходимо обратиться к ее
документации, благо, что Data Sheet почти на любую модель LCD-панели
любого производителя можно найти в Internet'е.
Цифровой интерфейс является очень простым для диагностики. Достаточно
загрузить на экран изображение «белое поле», чтобы добиться активности
абсолютно всех сигналов интерфейса, в чем можно убедиться с помощью
осциллографа. При этом, все активные сигналы будут иметь регулярную
структуру, и их амплитуда будет соответствовать уровням TTL (см. рис.7).
Если же требуется активизировать сигналы какого-то одного цветового
канала, то необходимо загрузить на экран соответствующее «цветовое
поле».
Рис.7 Осциллограмы основных
сигналов параллельного интерфейса при работе монитора с тестовым
изображением "белое поле"
В качестве примера использования параллельного интерфейса, можно
упомянуть монитор Sony SDMM50, цифровой интерфейс которого представлен
на рис.8. Этот интерфейс является 41-контактным, одноканальным и с
6-разрядным кодированием цвета. Все сигналы интерфейса являются
сигналами TTL и формируются микросхемой АЦП/Скалера (IC10).
Рис.8
Параллельный интерфейс монитора Sony SDMN-50
На
сегодняшний день, цифровой параллельный интерфейс чаще можно встретить в
малогабаритных жидкокристаллических дисплеях, например, для сотовых
телефонов и цифровых фотокамер. При этом наряду с параллельным
интерфейсом, в подобных дисплеях, чаще всего, используется еще и
микропроцессорный интерфейс, состоящий из шины адреса, шины данных и
соответствующих управляющих сигналов, но эти интерфейсы не являются
темой настоящего обзора.
Интерфейс TMDS
Наибольшее распространение интерфейс TMDS приобрел в качестве внешнего
интерфейса, используемого для передачи данных от компьютера на монитор.
Чтобы убедиться в этом, можно лишь вспомнить, что TMDS является основой
таких внешних интерфейсов, как P&D, DFP, DVI, HDMI. Однако TMDS
применялся в свое время и для передачи данных между скалером и
LCD-панелью.
Достаточно часто в сервисных руководствах LCD-мониторов упоминается
интерфейс Panel Link, как интерфейс, используемый для подключения
LCD-панели к главной плате. Но при более детальном рассмотрении
интерфейса Panel Link обнаруживается, что у него очень много общего с
интерфейсом TMDS. Да это и не удивительно.
Дело
в том, что спецификация с торговой маркой Panel Link была изначально
разработана компанией Silicon Image. Целью разработки являлось создание
интерфейса, позволяющего разработчику оборудования объединять любую
микропроцессорную систему с любой LCD-панелью. Впоследствии этот
интерфейс был зарегистрирован ассоциацией VESA под названием TMDS (Transition
Minimized Differential Signal). В результате, на сегодняшний день
принято считать, что TMDS – это внешний интерфейс для подключения
монитора к источнику сигнала, в то время как Panel Link – это интерфейс
для подключения LCD-панели, хотя такое деление является, в общем-то,
условным. Достаточно широкому упоминанию спецификации Panel Link
способствует то обстоятельство, что компания Silicon Image является
ведущим и одним из крупнейших разработчиков элементной базы для
LCD-мониторов, и, в частности, микросхем скалеров. Поэтому, вполне
естественно, что компания Silicon Image при описании своих микросхем
упоминает именно интерфейс Panel Link (ничем не отличающийся от TMDS). В
данной публикации мы будем считать эти два интерфейса абсолютно
идентичными и будем упоминать чаще всего TMDS, хотя все сказанное будет,
в равной степени, относится и к Panel Link.
Интерфейс TMDS является интерфейсом с последовательной передачей
цифровых данных. Интерфейс является синхронным, т.е. передача данных
осуществляется строго по тактам, в соответствии с тактовыми сигналами,
формируемыми на отдельной линии. Передача данных осуществляется по
дифференциальным парам (т.е. источник тока включен между двумя
проводниками – рис.9), что обеспечивает высокую помехозащищенность
интерфейса, позволяя добиться высокой пропускной способности.
Рис.9 Дифференциальный
способ передачи данных повышает помехозащищенность соединения
Интерфейс TMDS имеет следующие основные электрические характеристики и
технические параметры:
- пропускная способность свыше 1 Гб/с;
- длина соединения до 15 метров, в зависимости от типа и мощности
приемо-передатчиков;
- напряжение питания элементов интерфейса: 4В;
- размах дифференциальных сигналов: от 400 мВ до 600 мВ;
- сопротивление терминаторов: 50 Ом.
На интерфейсе TMDS допускается два варианта сигналов:
- несимметричный сигнал, формируемый только на одной из двух
дифференциальных линий (либо на «+», либо на «-»);
- дифференциальный сигнал.
Высокому уровню несимметричного сигнала соответствует питающее
напряжение AVcc, номинальное значение которого составляет 3.3В, а
максимальное – 4.0В. Низкий уровень несимметричного сигнала равен
AVcc-Vswing, где Vswing – это напряжение размаха сигнала и составляет от
400мВ до 600мВ.
Дифференциальный сигнал находится в диапазоне между +Vswing и –Vswing,
т.е. от +600мВ до -600мВ (в максимальном варианте). Разницу между
дифференциальным сигналом и несимметричным сигналом, передаваемым по
дифференциальным линиям TMDS, демонстрирует рис.10.
Рис.10
Симметричный и несимметричный дифференциальные сигналы
Существует два типа TMDS-интерфейсов:
- одноканальный TMDS;
- двухканальный TMDS.
Использование двухканального TMDS обусловлено необходимостью обеспечения
большой пропускной способности интерфейса в случае использования
крупногабаритных LCD-панелей и режимов с высоким разрешением.
Использование двух каналов TMDS целесообразно при работе в режимах,
имеющих полосу пропускания видеосигналов свыше 165 МГц.
Сначала рассмотрим одноканальный TMDS. Одноканальный (классический TMDS)
состоит из четырех дифференциальных пар:
- трех дифференциальных пар, предназначенных для передачи данных;
- одной дифференциальной пары, предназначенной для передачи тактовых
сигналов.
Таким образом, одноканальный TMDS состоит из восьми линий – четырех 4
пар (рис.11), по которым передаются и сигналы цвета R/G/B, и сигналы
строчной и кадровой синхронизации, и другие управляющие сигналы.
Так
как данные по TMDS передаются в последовательном виде, а на выходе
скалера эти же данные формируются в параллельном виде, возникает
необходимость преобразования параллельного кода в последовательный с
одновременным преобразованием TTL-сигналов в дифференциальные сигналы.
Такое преобразование должно осуществлять передающее устройство.
Устройство же, принимающие данные по TMDS, наоборот, должно осуществлять
преобразование дифференциальных последовательных данных в параллельные
данные TTL-уровня. Таким образом, в системе передачи данных появляются
два устройства:
- передатчик – трансмиттер (Transmitter);
- приемник – ресивер (Receiver).
Трансмиттер осуществляет преобразование параллельного кода в
последовательный, а ресивер, наоборот – последовательного кода в
параллельный. Таким образом, со стороны главной платы монитора находится
Transmitter, а на LCD-панели размещается Receiver (рис.12).
Рис.12
Полная архитектура TMDS-интерфейса
Трансмиттер представляет собой микросхему, состоящую из трех
10-разрядных сдвиговых регистров, умножителя частоты и выходных
дифференциальных усилителей (рис.13).
Рис.13 Внутренняя
архитектура транисмиттера TMDS
Входной сигнал CLK представляет собой сигнал пиксельной частоты (Pixel
Clock) и он определяет частоту формирования сигналов R/G/B на входе
трансмиттера. Умножитель частоты умножает частоту CLK в 10 раз.
Полученный тактовый сигнал (10CLK) используется для тактирования
сдвиговых регистров, а также передается по дифференциальным линиям CX+/-.
Сдвиговые регистры трансмиттера по каждому такту сигнала 10CLK
поочередно «выталкивают» свои входные биты на соответствующую выходную
дифференциальную линию. Таким образом, на каждой из трех
дифференциальных линий данных (RX0+/-, RX1+/-, RX2+/-) формируется
10-разрядный последовательный код, передаваемый синхронно с тактовыми
сигналами на линии CX+/-. Трансмиттер TMDS не только производит
преобразование параллельного кода в последовательный, но и обеспечивает
преобразование 8-битного кода в 10-битовый с целью уменьшения количества
фронтов и одновременно с целью обеспечения баланса сигнала по постоянной
составляющей. Для кодирования используется фирменный запатентованный
метод.
Обратное преобразование последовательного кода в параллельный
осуществляется ресивером, входящим в состав LCD-панели, т.е. ресивер
является зеркальным отражением трансмиттера.
Итак, на LCD-панель, необходимо передать 24-разрядный цветовой код (три
по 8 бит), сигналы HSYNC и VSYNC, а также сигнал разрешения данных –
сигнал DE. Итого, 27 сигналов. При этом у трансмиттера имеется 30
входных контактов. То, как распределяются упомянутые сигналы по входам
трансмиттера, демонстрируется на том же рис.13, из которого видно, что
каждому базовому цвету соответствует своя дифференциальная пара TMDS:
- по линиям первой пары (RX0+/-) передается синий цвет;
- по линиям второй пары (RX1+/-) передается зеленый цвет;
- по линиям третьей пары (RX2+/-) передается красный цвет.
Сигналы синхронизации подмешиваются к синему цвету, т.е. передаются по
линиям первого канала. Такое четкое распределение сигналов цвета по
каналам интерфейса TMDS дает возможность достаточно легко
диагностировать интерфейс при загрузке на экран изображения «цветное
поле» (красное, синее или зеленое), а также изображения «белое поле».
Интересно отметить, что на принципиальных схемах LCD-мониторов, можно
встретить, например, такое обозначение дифференциальных пар интерфейса
TMDS, как REDTMDS +/-, GREENTMDS+/-, BLUETMDS+/-, что говорит само за
себя.
Это нами был описан классический вариант интерфейса TMDS. Однако в
спецификации TMDS упоминается и другой вариант кодирования данных,
который очень часто используется для передачи данных именно на
LCD-панель. Этот второй вариант кодирования подразумевает, что сигналы
HSYNC и VSYNC должны передаваться по другим отдельным линиям в виде
TTL-сигналов, т.е. эти сигналы не подмешиваются в дифференциальный поток
данных синего цвета. Дифференциальные линии, в данном случае,
используются, исключительно, для передачи 8-разрядных данных, т.е. для
передачи цвета и при этом 8-разрядный цветовой код преобразуется в
избыточный 10-разрядный последовательный код. Разницу между двумя
вариантами кодирования данных в TMDS, демонстрирует рис.14.
Рис.14
Сдвиговые регистры TMDS-трансмиттера могут быть как 8-разрядными, так и
10-разрядными
Двухканальный TMDS, как уже говорилось выше, позволяет увеличить
пропускную способность интерфейса. В двухканальный TMDS вводится еще три
дифференциальных пары для передачи данных. При этом линия синхронизации
остается единой, и она тактирует передачу данных уже по шести линиям
данных (см. рис.15).
Рис.15 Двухканальный TMDS позволяет значительно увеличить пропускную
способность интерфейса
Таким
образом, получается два канала передачи данных по три дифференциальные
линии в каждом. Увеличение пропускной способности осуществляется за счет
того, что один канал используется для передачи данных о цвете четных
точек экрана (канала Even), а второй - для передачи данных цвета
нечетных точек (Odd). Т.е. за один цикл (один такт CLK) предаются
данные, описывающие сразу две точки экрана, т.е. передается 48 разрядов
вместо 24 при одноканальном TMDS.
Канал, образованный парами RX0+/-, RX1+/-, RX2+/-, предназначен для
передачи данных о цвете нечетных точек. Второй канал, образованный
парами RX3+/-, RX4+/-, RX5+/-, предназначен для передачи данных о цвете
четных точек экрана.
Интерфейс TMDS, использующийся для связи LCD-панели с главной платой
монитора, не подвергался какой-либо спецификации, т.е. точного описания
конструктивного исполнения разъемов, количества необходимых контактов на
этих разъемах, а также распределения сигналов по контактам разъема, в
природе не существует. Каждый производитель LCD-панели, решивший
использовать интерфейс TMDS, самостоятельно выбирает конструктив
разъема. Однако попытка систематизировать интерфейс TMDS нами все-таки
была предпринята. Из описаний того небольшого количества LCD-панелей, в
которых используется интерфейс Panel Link, удалось выяснить, что
соединительный разъем, чаще всего, является 21-контактным (разъем типа
FI-WE21P-HF), и контакты в нем размещены в два ряда со сдвигом (рис.16).
Рис.16 21-контактный разем TMDS-интерфейса
Распределение сигналов интерфейса по контактам такого разъема
представлено в табл.1 (обратите внимание, что сигналам HSYNC и VSYNC
соответствуют отдельные контакты).
Таблица 1. Сигналы 21-контактного разъема интерфейса TMDS
№ |
Обознач. |
Сигнал |
1 |
GND |
Общий |
2 |
VDD |
«Аналоговое» напряжение для пита-ния ЖК и других элементов матрицы |
3 |
VDD |
4 |
VDD |
5 |
GND |
Общий |
6 |
GND |
Общий |
7 |
GND |
Общий |
8 |
VCC |
Напряжение питания Panel Link |
9 |
RX2+ |
«+» дифф. пары №2 (красный цвет) |
10 |
RX2- |
«-» дифф. пары №2 (красный цвет) |
11 |
VCC |
Напряжение питания Panel Link |
12 |
RX1+ |
«+» дифф. пары №1 (зеленый цвет) |
13 |
RX1- |
«-» дифф. пары №1 (зеленый цвет) |
14 |
VCC |
Напряжение питания Panel Link |
15 |
RX0+ |
«+» дифф. пары №0 (синий цвет) |
16 |
RX0- |
«-» дифф. пары №0 (синий цвет) |
17 |
HSYNC |
Сигнал строчной синхронизации |
18 |
RXC+ |
«+» дифф. пары тактовых импульсов |
19 |
RXC- |
«-» дифф. пары тактовых импульсов |
20 |
VSYNC |
Сигнал кадровой синхронизации |
21 |
NC |
Не используется |
В
табл.2 представлено описание интерфейса Panel Link монитора LG LB570 (в
этой таблице мы намеренно оставили такое же обозначение сигналов,
которое используется компанией LG). В этом мониторе LCD-панель также
подключается через 21-контактный разъем, но сигналы HSYNC и VSYNC на
интерфейсе отсутствуют, т.е. отдельно не передаются. Это означает, что
управляющие сигналы, в том числе и HSYNC/VSYNC, передаются в 10-битовом
потоке данных по дифференциальным линиям. Сравнение таблиц 1 и 2
показывает, что эти интерфейсы практически идентичны и разнятся они
только сигналами HSYNC/VSYNC, да еще буквенным обозначением сигналов.
Таблица 2. Назначение контактов разъема интерфейса Panel Link vонитора
LG LB570
№ |
Обознач. |
Сигнал |
1 |
GND |
Общий |
2 |
VDD |
«Аналоговое» напряжение для питания ЖК и других
элементов матрицы |
3 |
VDD |
4 |
VDD |
5 |
GND |
Общий |
6 |
GND |
Общий |
7 |
TMDSGND |
Общий для TMDS |
8 |
TMDSPOWER |
Напряжение питания TMDS |
9 |
TMDSREDP |
«+» дифф. пары красного цвета |
10 |
TMDSREDN |
«-» дифф. пары красного цвета |
11 |
TMDSPOWER |
Напряжение питания TMDS |
12 |
TMDSGRNP |
«+» дифф. пары зеленого цвета |
13 |
TMDSGRNN |
«-» дифф. пары зеленого цвета |
14 |
TMDSPOWER |
Напряжение питания TMDS |
15 |
TMDSBLUP |
«+» дифф. пары синего цвета и сигналов HS/VS |
16 |
TMDSBLUN |
«-» дифф. пары синего цвета и сигналов HS/VS |
17 |
TMDSPOWER |
Напряжение питания TMDS |
18 |
TMDSCLKP |
«+» дифф. пары синхроимпульсов |
19 |
TMDSCLKN |
«-» дифф. пары синхроимпульсов |
20 |
TMDSPOWER |
Напряжение питания TMDS |
21 |
NC |
Не используется |
Но
еще раз отмечаем, что единого стандарта не существует и это только один
из возможных вариантов разъема, хотя и наиболее распространенный.
Уточнить тип используемого интерфейса и выяснить распределение сигналов
по контактам соединительного разъема, как всегда, можно в Data Sheet'е
на LCD-панель.
Но,
тем не менее, при использовании TMDS появляется некоторая
универсальность соединения LCD-панели с главной платой монитора. Для
обеспечения такой унификации, главная плата монитора должна оснащаться
универсальным трансмиттером, совместимым с любым ресивером LCD-панели.
Кстати сказать, компания Silicon Image является лидером в разработке
TMDS трансмиттеров/ресиверов, и их крупнейшим поставщиком, что, в
общем-то, и неудивительно. Широкое распространение, в свое время,
получили такие пары трансмиттеров/ресиверов, как SIL100/SIL101,
SIL150/SIL151, SIL160/SIL161 и др. Если в мониторе используется
интерфейс TMDS, то смена LCD-панели не приводит к необходимости
переработки всей главной платы – достаточно будет согласовать лишь
соединительный шлейф или разъем. В крайнем случае, потребуется замена
TMDS-трансмиттера.
В
случае использования интерфейса TMDS, в составе LCD-панели появляется
специальная микросхема – контроллер синхронизации TCON (Timing
CONtroller). Контроллер TCON осуществляет преобразование входных
сигналов (R/G/B, HSYNC, VSYNC) в сигналы управления столбцовыми и
строковыми драйверами. Внутренняя архитектура LCD-панели при
использовании интерфейса TMDS представлена на рис.17. Необходимо
отметить, что многие контроллеры TCON интегрированы с TMDS-ресивером. В
этом случае входными сигналами TCON являются дифференциальные пары TMDS.Рис.17
Внутренняя архитектура LCD-панели с внешним интерфейсом TMDS
Цветовые данные R/G/B от контроллера TCON к столбцовым драйверам
передаются по внутреннему интерфейсу, в качестве которого, чаще всего,
используется интерфейс RSDS (реже MLVDS).
Анализ огромного количества LCD-панелей показал, что интерфейс TMDS (Panel
Link) использовался и используется крайне редко и его применение, в
большинстве случаев, характерно для 14-15 дюймовых моделей.
Интерфейс LVDS
Интерфейс LVDS на текущий момент времени является самым распространенным
интерфейсом из всех используемых в мониторах настольного типа и в
матрицах для ноутбуков. По сравнению с TMDS, интерфейсом LVDS
обеспечивается более высокая пропускная способность, что и привело к
тому, что LVDS, фактически, стал стандартом внешнего интерфейса для
современной LCD-панели.
LVDS (TIA/EIA-644) – Low Voltage Differential Signaling (низковольтная
дифференциальная передача сигналов) – это дифференциальный интерфейс для
скоростной передачи данных. Интерфейс разработан фирмой National
Semiconductor в 1994 году. Технология LVDS отражена в двух стандартах:
1. TIA/EIA (Telecommunications Industry Association/Electronic
Industries Association) - ANSI/TIA/EIA-644 (LVDS)
2. IEEE (Institute for Electrical and Electronics Engineering) - IEEE
1596.3
Кроме того, этот интерфейс часто используется под торговой маркой
FPD-Link TM. Вторым владельцем авторских прав на эту шину является
компания Texas Instruments, которая выпускает ее под фирменной торговой
маркой FlatLinkTM.
Интерфейс LVDS позже дорабатывался с целью увеличения пропускной
способности и повышения надежности передачи данных, а также он
выпускался другими разработчиками под разными торговыми марками, что
внесло некоторую неясность в классификацию интерфейсов и складывается
впечатление, что имеется множество различных шин. Так, например,
разновидностями и торговыми марками интерфейса LVDS являются:
- FPD-LinkTM;
- FlatLinkTM;
- PanelBusTM;
- LDI;
- OpenLDITM.
Интерфейс LVDS во многом схож с интерфейсом TMDS, особенно в плане
архитектуры и схемотехники. Здесь мы также имеем дело с дифференциальной
передачей данных в последовательном виде. А это означает, что интерфейс
LVDS подразумевает наличие трансмиттеров и ресиверов, осуществляющих
точно такое же преобразование данных, как и в TMDS (о чем достаточно
подробно рассказывалось в первой части статьи). Поэтому остановимся лишь
на особенностях, отличающих интерфейс LVDS от интерфейса TMDS.
LVDS способен передавать до 24 битов информации за один пиксельный такт,
что соответствует режиму True Color (16.7 млн. цветов). При этом
исходный поток параллельных данных (18 бит или 24 бита) конвертируется в
4 дифференциальные пары последовательных сигналов с умножением исходной
частоты в семь раз. Тактовая частота передается по отдельной
дифференциальной паре. Уровни рабочих сигналов составляют 345 мВ,
выходной ток передатчика имеет величину от 2.47 до 4.54 мА, а
стандартная нагрузка равна 100 Ом. Данный интерфейс позволяет обеспечить
надежную передачу данных с полосой пропускания свыше 455 МГц без
искажений на расстояние до нескольких метров.
Трансмиттер LVDS состоит из четырех 7-разрядных сдвиговых регистров,
умножителя частоты и выходных дифференциальных усилителей (рис.18).
Рис.18
Достаточно часто в литературе, в
документации и на схемах можно встретить и несколько другое обозначение
сигналов интерфейса LVDS. Так, в частности, широко применяется такое
обозначение, как RX0+/-, RX1+/-, RX2+/-, RX3+/- и RXC+/-.
Входной сигнал CLK представляет
собой сигнал пиксельной частоты (Pixel Clock) и он определяет частоту
формирования сигналов R/G/B на входе трансмиттера. Умножитель частоты
умножает частоту CLK в 7 раз. Полученный тактовый сигнал (7xCLK)
используется для тактирования сдвиговых регистров, а также передается по
дифференциальным линиям CLKP/CLKM.
7-разрядный параллельный код
загружается в сдвиговые регистры трансмиттера по стробирующему сигналу,
вырабатываемому внутренней управляющей логикой трансмиттера. После
загрузки начинается поочередное «выталкивание» битов на соответствующую
дифференциальную линию, и этот процесс тактируется сигналом 7xCLK.
Таким образом, на каждой из
четырех дифференциальных линий данных (Y0P/YOM, Y1P/Y1M, Y2P/Y2M,
Y3P/Y3M ) формируется 7-разрядный последовательный код, передаваемый
синхронно с тактовыми сигналами на линии CLKP/CLKM.
Обратное преобразование
последовательного кода в параллельный осуществляется ресивером, входящим
в состав LCD-панели, а поэтому вполне естественно, что ресивер,
фактически, является зеркальным отражением трансмиттера.
Интерфейс LVDS используется для
передачи как 18-разрябного цветового кода (3 цвета по 6 бит на каждый),
так и 24-разрядного цвета (3 базовых цвета по 8 бит). Но в отличие от
интерфейса TMDS, здесь каждому цвету не выделяется отдельная
дифференциальная пара, т.е. каждый дифференциальный канал LVDS
предназначен для передачи отдельных битов разных цветов. Кроме сигналов
цвета, на LCD-панель должны передаваться еще:
- сигнал строчной синхронизации (HSYNC);
- сигнал кадровой синхронизации (VSYNC);
- сигнал разрешения данных (DE).
Эти управляющие сигналы также
передаются по дифференциальным каналам, предназначенным для передачи
данных, т.е. по линиям YnP/YnM. Таким образом, существует два варианта
формата данных, передаваемых на LCD-матрицу.
Первый вариант соответствует
18-разрядному цветовому коду, и при этом на вход трансмиттера подается
21 разряд данных. Второй вариант – это 24-разрядный цветовой код, при
котором на входе трансмиттера должно быть 27 бит данных. Разница между
двумя этими вариантами, формально, небольшая и она отражена в табл.3.
Таблица 3.
18-разрядный цвет |
24-разрядный цвет |
R0-R5 |
R0-R7 |
G0-G5 |
G0-G7 |
B0-B5 |
B0-B7 |
HSYNC |
HSYNC |
VSYNC |
VSYNC |
DE |
DE |
Общая
схема, поясняющая архитектуру интерфейса LVDS, представлена на рис.19.Рис.19
То,
какие разряды цвета и служебные сигналы будут передаваться по
дифференциальной линии, определяется сигналами, подаваемыми на вход
соответствующего сдвигового регистра трансмиттера. При этом, конечно же,
необходимо понимать, что ресивер, расположенный на LCD-панели, будет
осуществлять преобразование в обратном порядке и на его выходе будет
получен точно такой же формат данных. А это все означает, что вполне
конкретная LCD-панель оказывается привязанной к конкретной управляющей
плате монитора. Такая привязка LCD-панели к управляющей плате, конечно
же, неудобна большинству производителей, т.к. отсутствует какая-либо
унификация. Именно поэтому, де-факто, практически всеми производителями
LCD-дисплеев и LCD-панелей использовался вполне определенный формат
входных данных, позволявший к любой плате подключать любую панель. Этот
формат данных стал основой стандарта, разработанного ассоциацией VESA, и
на сегодняшний день можно говорить, что LVDS превратился в
унифицированный интерфейс, в котором однозначно прописан протокол
передачи, формат входных данных, соединительный разъем и цоколевка
разъема. На этот стандарт мы и будем опираться, так как выпускаемые
сейчас панели соответствуют именно ему, и встретить уникальные
LVDS-интерфейсы практически невозможно.
Итак,
стандартный вариант распределения входных сигналов трансмиттера между
его сдвиговыми регистрами представлен на рис.20.Рис.20
В
результате, протокол передачи данных по дифференциальным каналам
интерфейса LVDS выглядит так, как это показано на рис.21.
Рис.21
Как
показывает внимательный анализ рис.20 и рис.21, интерфейс отличается
высокой универсальностью, в результате чего, фактически, решен вопрос
совместимости LCD-панелей и управляющих плат. Причем разработчик
монитора имеет возможность практически не заботиться о согласовании
разрядности цвета скалера и LCD-панели. Так, например, если разработчик
решил применить более дешевую LCD-панель (с 18-битным кодированием
цвета), то в интерфейсе не задействуется дифференциальный канал RX3, в
результате чего старшие разряды цвета просто-напросто «обрубаются». А
вот при разработке более дорогой модели монитора, в которой применяется
LCD-панель с 24-битным кодированием, производитель использует ту же
самую управляющую плату и даже не изменяет программный код ее
микропроцессора, и просто подключает эту панель через
полнофункциональный интерфейс – и все работает. Кроме того,
производитель монитора в своем изделии может использовать любую матрицу
любого производителя, лишь бы он была оснащена интерфейсом LVDS и имела
бы соответствующий форм-фактор (который, к слову сказать, тоже
стандартизируется). Конечно же, широкий модельный ряд мониторов не
всегда получают таким примитивным образом, но и недооценивать этот метод
тоже не стоит. Положительным моментом использования LVDS является еще и
то, что все это дает широкие возможности сервисным специалистам при
ремонте LCD-мониторов.
В
принципе, интерфейс LVDS может использоваться для передачи любых
цифровых данных, о чем говорит широкое применение LVDS в
телекоммуникационной отрасли. Однако, все-таки, наибольшее
распространение он получил именно как дисплейный интерфейс. Для
увеличения пропускной способности этого интерфейса, компания разработчик
(National Semiconductor) расширила интерфейс LVDS и удвоила количество
дифференциальных пар, используемых для передачи данных, т.е. теперь их
стало восемь (см. рис.22).Рис.22
Это расширение получило название LDI – LVDS Display Interface.
Кроме того, в спецификации LDI улучшен баланс линий по постоянному току
за счет введения избыточного кодирования, а стробирование производится
каждым фронтом такового сигнала (что позволяет вдвое повысить объем
передаваемых данных без увеличения тактовой частоты). LDI поддерживает
скорость передачи данных до 112 МГц. В документации данная спецификация
встречается также и под наименованием OpenLDITM, а у отечественных
специалистов отклик в душе нашел термин «двухканальный LVDS».
Интересно отметить, что в интерфейсе LVDS (LDI) имеется 8
дифференциальных пар, предназначенных для передачи данных, и две
дифференциальные пары тактовых сигналов, т.е. в LDI имеется два,
практически, независимых полнофункциональных канала, передача данных в
каждом из которых тактируется собственным тактовым сигналом. Напомним,
что в двухканальном TMDS оба канала передачи данных тактируются единым
тактовым сигналом.
Естественно, что наличие двух каналов позволяет вдвое увеличить
пропускную способность интерфейса, так как за один пиксельный такт можно
предать информацию о двух пикселях. При этом один канал предназначен для
передачи четных точек экрана (канал Even), а второй – для нечетных точек
экрана (канал Odd).
Использование одноканального или двухканального LVDS определяется такими
характеристиками LCD-панели и монитора, как:
- размер экрана;
- разрешающая способность;
- частота кадровой развертки, т.е. определяется режимом работы.
Разъем интерфейса LVDS на сегодняшний день можно считать стандартным,
т.е. количество контактов разъема и порядок распределения сигналов по
контактам является одинаковым для всех LCD-панелей любого производителя.
Единственное отличие разъемов может заключаться в их конструктивном
исполнении:
- разъем для плоского ленточного кабеля или традиционный разъем для
обычных соединительных проводов;
- наличие или отсутствие экрана;
- наличие или отсутствие дополнительных заземляющих контактов на краях
разъема;
- разъемы с разным шагом между контактами и т.п.
Стандартный разъем LVDS считается 30-контактным, хотя по его бокам могут
присутствовать еще два или четыре контакта, выполняющих «заземляющую»
функцию. Эти контакты в стандартном варианте не нумеруются, а
обозначаются как «Frame» и соединены со схемной «землей». Однако иногда
на схемах вы можете столкнуться с тем, что разъем LVDS обозначен, как
32-контактный. В этом случае следует помнить, что крайние контакты (1 и
32), как раз, и являются контактами «Frame», без учета которых интерфейс
сразу же превращается в стандартный 30-контактный разъем. Порядок
распределения сигналов интерфейса LVDS по контактам соединительного
разъема и их традиционное обозначение представлены в
табл.4.30-контактный разъем является полнофункциональным и предназначен
для двухканального LVDS. В LCD-панелях с небольшим размером экрана
(15-дюймов), чаще всего, используется одноканальный LVDS, т.к. его
пропускной способности вполне достаточно. В этом случае задействуется та
часть интерфейса, которая соответствует нечетному каналу LVDS, при этом
линии четного канала могут вообще отсутствовать.
Таблица 4.
№ |
Обознач. |
Описание |
Frame |
VSS |
Рама, каркас разъема (соединен с землей) |
1 |
RXO0- |
«-» для дифф. пары №0 нечетного канала |
2 |
RXO0+ |
«+» для дифф. пары №0 нечетного канала |
3 |
RXO1- |
«-» для дифф. пары №1 нечетного канала |
4 |
RXO1+ |
«+» для дифф. пары №1 нечетного канала |
5 |
RXO2- |
«-» для дифф. пары №2 нечетного канала |
6 |
RXO2+ |
«+» для дифф. пары №2 нечетного канала |
7 |
VSS |
Земля |
8 |
RXOC- |
«-» для дифф. пары сигнала CLK нечетного
канала |
9 |
RXOC+ |
«+» для дифф. пары сигнала CLK нечетного
канала |
10 |
RXO3- |
«-» для дифф. пары №3 нечетного канала |
11 |
RXO3+ |
«+» для дифф. пары №3 нечетного канала |
12 |
RXE0- |
«-» для дифф. пары №0 четного канала |
13 |
RXE0+ |
«+» для дифф. пары №0 четного канала |
14 |
VSS |
Земля |
15 |
RXE1- |
«-» для дифф. пары №1 четного канала |
16 |
RXE1+ |
«+» для дифф. пары №1 четного канала |
17 |
VSS |
Земля |
18 |
RXE2- |
«-» для дифф. пары №2 четного канала |
19 |
RXE2+ |
«+» для дифф. пары №2 четного канала |
20 |
RXEC- |
«-» для дифф. пары сигнала CLK четного
канала |
21 |
RXEC+ |
«+» для дифф. пары сигнала CLK четного
канала |
22 |
RXE3- |
«-» для дифф. пары №3 четного канала |
23 |
RXE3+ |
«+» для дифф. пары №3 четного канала |
24 |
VSS |
Земля |
25 |
VSS |
Земля |
26 |
NC
(DE/ID) |
Не используется. Некоторые производители данный контакт
используют в качестве сигнала разрешения матрицы или сигнала
идентификации. Допускается и другое использование этого
контакта. |
27 |
VSS |
Земля |
28 |
VCC |
Напряжение питания (+12V/+5V/+3.3V) |
29 |
VCC |
Напряжение питания (+12V/+5V/+3.3V) |
30 |
VCC |
Напряжение питания (+12V/+5V/+3.3V) |
Frame |
VSS |
Рама, каркас разъема (соединен с землей) |
Через интерфейс LVDS подается также и питающее напряжение для элементов
LCD-матрицы. Это напряжение, обозначаемое в табл.4 как VCC, может
представлять собой напряжение одного из трех номиналов:
- +3.3 V (обычно для 15-дюймовых матриц);
- +5V (для 15-дюймовых и 17-дюймовых матриц);
- +12V (обычно для 19-дюймовых матриц и больше).
Итак, интерфейс LVDS обеспечивает наилучшую из всех интерфейсов
универсальность соединения LCD-панели с главной платой монитора. Так же
как и в случае использования TMDS, на главной плате монитора должен
находиться LVDS-трансмиттер, а в состав LCD-панели должен входить
LVDS-ресивер. И трансмиттер и ресивер могут представлять собой как
отдельные микросхемы (что на сегодняшний день является достаточно редким
явлением), так и могут входить в состав скалера и TCON соответственно.
Если трансмиттер реализован в виде отдельной микросхемы, то необходимо
учесть что каждая такая микросхема представляет собой функционально
законченное устройство, обеспечивающее преобразование и передачу данных
одного канала. Естественно, что в этом случае для организации
двухканального LVDS, придется использовать две одинаковых микросхемы
трансмиттера. И здесь вполне понятно, что одна микросхема трансмиттера
предсталяет собой четный канал данных, а вторая – нечетный. Пример
подобного интерфейса представлен на рис.23, где изображен интерфейс LVDS
монитора Samsung SyncMaster 172T. В этом мониторе в качестве
трансмиттеров LVDS используются микросхемы NT7181F. На схеме следует
обратить внимание, что 30-контактный разъем LVDS (CN402) является
зеркальным отражением той цоколевки, которая была представлена в табл.4
(т.е. в таблице 4 мы представили распределение сигналов по контактам
разъема на стороне LCD-матрицы).
Рис.23
Следует упомянуть, что иногда, все-таки, можно встретить и нестандартные
разъемы интерфейса LVDS. Особенно это касается мониторов уже устаревших
моделей. Широкое распространение получил 20-контактный разъем, который
часто встречается в мониторах LG, Philips, Samsung и других брэндов,
использующих матрицы этих производителей. 20-контактный разъем
использовался как для одноканального LVDS , так и для двухканального
LVDS. При этом нужно отметить отсутствие каких-либо стандартов на
распределение сигналов по контактам этих разъемов. Так, в частности,
компанией Samsung в 15-дюймовых панелях достаточно широко использовался,
так называемый, 20-контатный разъем LVDS, хотя в реальности на этом
разъеме присутствует 22 контакта. Этот разъем предназначался для
одноканального LVDS, и распределение сигналов на нем приводится в
табл.5.
Таблица 5.
№ |
Обознач. |
Описание |
1 |
VCC |
Напряжение питания (+3.3V) |
2 |
VCC |
Напряжение питания (+3.3V) |
3 |
VSS |
Земля |
4 |
VSS |
Земля |
5 |
RX0- |
«-» для дифф. пары №0 |
6 |
RX0+ |
«+» для дифф. пары №0 |
7 |
VSS |
Земля |
8 |
RX1- |
«-» для дифф. пары №1 |
9 |
RX1+ |
«+» для дифф. пары №1 |
10 |
VSS |
Земля |
11 |
RX2- |
«-» для дифф. пары №2 |
12 |
RX2+ |
«+» для дифф. пары №2 |
13 |
VSS |
Земля |
14 |
RXC- |
«-» для дифф. пары сигнала CLK |
15 |
RXC+ |
«+» для дифф. пары сигнала CLK |
16 |
VSS |
Земля |
17 |
RX3- |
«-» для дифф. пары №3 |
18 |
RX3+ |
«+» для дифф. пары №3 |
19 |
VSS |
Земля |
20 |
VCC |
Напряжение питания (+3.3V) |
21 |
Frame |
Земля |
22 |
Frame |
Земля |
Пример одноканального интерфейса LVDS с 22-контаткным разъемом и
отдельной микросхемой трансмиттера представлен на рис.24.
Рис.24
Компаниями Philips и LG тоже применялся 22-контактный разъем, но в
отличие от Samsung, этот разъем имел совершенно другую цоколевку (см.
табл.6).
Таблица 6.
№ |
Обознач. |
Описание |
1 |
Frame |
Земля |
2 |
Frame |
Земля |
3 |
NC |
Не используется |
4 |
FR0M |
«-» для дифф. пары №0 |
5 |
VSS |
Земля |
6 |
FR0P |
«+» для дифф. пары №0 |
7 |
VCC |
Напряжение питания (+5V) |
8 |
FR1M |
«-» для дифф. пары №1 |
9 |
VSS |
Земля |
10 |
FR1P |
«+» для дифф. пары №1 |
11 |
VCC |
Напряжение питания (+5V) |
12 |
FR2M |
«-» для дифф. пары №2 |
13 |
VSS |
Земля |
14 |
FR2P |
«+» для дифф. пары №2 |
15 |
VSS |
Земля |
16 |
FCLKM |
«-» для дифф. пары сигнала CLK |
17 |
VSS |
Земля |
18 |
FCLKP |
«+» для дифф. пары сигнала CLK |
19 |
VSS |
Земля |
20 |
FR3M |
«-» для дифф. пары №3 |
21 |
VSS |
Земля |
22 |
FR3P |
«+» для дифф. пары №3 |
Кроме
того, в относительно современных 15-дюймовых мониторах LG, например в LG
Flatron L1510P, использовался реальный 20-контактный разъем для передачи
данных одноканального LVDS. Распределение сигналов по контактам данного
разъема приводится в табл.7.
Таблица 7.
№ |
Обознач. |
Описание |
1 |
NC |
Не используется |
2 |
VSS |
Земля |
3 |
Y3P |
«+» для дифф. пары №3 |
4 |
Y3M |
«-» для дифф. пары №3 |
5 |
VSS |
Земля |
6 |
CLKP |
«+» для дифф. пары сигнала CLK |
7 |
CLKM |
«-» для дифф. пары сигнала CLK |
8 |
VSS |
Земля |
9 |
Y2P |
«+» для дифф. пары №2 |
10 |
Y2M |
«-» для дифф. пары №2 |
11 |
VSS |
Земля |
12 |
Y1P |
«+» для дифф. пары №1 |
13 |
Y1M |
«-» для дифф. пары №1 |
14 |
VSS |
Земля |
15 |
Y0P |
«+» для дифф. пары №0 |
16 |
Y0M |
«-» для дифф. пары №0 |
17 |
VSS |
Земля |
18 |
VSS |
Земля |
19 |
VCC |
Напряжение питания (+3.3V/+5V) |
20 |
VCC |
Напряжение питания (+3.3V/+5V) |
Другой вариант 20-контактного разъема интерфейса LVDS применялся фирмами
Philips и LG в 15/17 и 18-дюймовых матрицах, в которых передача данных
осуществлялась с использованием 2-канального LVDS. При этом,
20-контактный разъем предназначался исключительно для передачи данных и
на нем отсутствуют контакты питания и земли. Питающее напряжение и
сигнальная земля LCD-матрицы в данном случае выведены на другой разъем,
обычно 5-контаткный. Распределение сигналов двухканального LVDS по
контактам 20-пинового разъема в мониторах Philips и LG, представлено в
табл.8.
Таблица 8.
№ |
Обознач. |
Описание |
1 |
FR3P |
«+» для дифф. пары №3 (нечетный канал) |
2 |
FR3M |
«-» для дифф. пары №3 (нечетный канал) |
3 |
FCLKP |
«+» для дифф. пары сигнала CLK (нечетный канал) |
4 |
FCLKM |
«-» для дифф. пары сигнала CLK (нечетный канал) |
5 |
FR2P |
«+» для дифф. пары №2 (нечетный канал) |
6 |
FR2M |
«-» для дифф. пары №2 (нечетный канал) |
7 |
FR1P |
«+» для дифф. пары №1 (нечетный канал) |
8 |
FR1M |
«-» для дифф. пары №1 (нечетный канал) |
9 |
FR0P |
«+» для дифф. пары №0 (нечетный канал) |
10 |
FR0M |
«-» для дифф. пары №0 (нечетный канал) |
11 |
SR3P |
«+» для дифф. пары №3 (четный канал) |
12 |
SR3M |
«-» для дифф. пары №3 (четный канал) |
13 |
SCLKP |
«+» для дифф. пары сигнала CLK (четный канал) |
14 |
SCLKM |
«-» для дифф. пары сигнала CLK (четный канал) |
15 |
SR2P |
«+» для дифф. пары №2 (четный канал) |
16 |
SR2M |
«-» для дифф. пары №2 (четный канал) |
17 |
SR1P |
«+» для дифф. пары №1 (четный канал) |
18 |
SR1M |
«-» для дифф. пары №1 (четный канал) |
19 |
SR0P |
«+» для дифф. пары №0 (четный канал) |
20 |
SR0M |
«-» для дифф. пары №0 (четный канал) |
Как
видно из всего этого, при применении на LCD-матрице 20-контактного
разъема говорить о совместимости панелей различных производителей
говорить не приходится (именно эту проблему и пытались решить введением
стандартного 30-пинового разъема).
Еще
раз обращаем внимание на то, что цоколевка разъемов во всех таблицах
представлена со стороны LCD-матрицы. Это означает, что на основной плате
монитора она имеет обратный порядок.
В
последних номерах прошлого года мы начали публикацию обзора внешних
интерфейсов TFT-панелей. А так как эта тема является достаточно
обширной, то пришлось данный обзор разбить на несколько частей.
Последнюю – третью часть мы и представляем вашему вниманию. В этой части
речь пойдет об интерфейсе RSDS, который хотя и крайне редко, но все же
используется для передачи данных на LCD-матрицу.
Так
как первые две части обзора были опубликованы в прошлом году, напомним
нашим читателям, о чем в них говорилось.
Итак,
на LCD-матрицу необходимо передать информацию о цвете каждой экранной
точки, а также сигналы строчной и кадровой синхронизации. Информация о
цвете предается в цифровом виде, при этом каждой точке соответствует
либо 18-разрядный,
либо 24-разрядный цифровой
код. Как известно, любой цвет представляется комбинацией трех основных
цветов (красного, зеленого и синего), и каждый из этих трех цветов
описывается либо 6-битным
кодом (поэтому и
получается 18-разрядный цветовой поток: 3
цвета по 6 бит), либо 8-битным
кодом (поэтому и
получается 24-разрядный цветовой поток: 3 цвета по 8 бит). Интерфейс, по
которому передается информация о цвете, должен быть скоростным, т.к.
через него передается очень большой объем данных. Ведь для каждой
экранной точки необходимо передать до 24 бит, а, например, при
разрешении 1280х1024 таких экранных точек более 1.3 миллиона. Причем
весь этот объем данных (1.3 миллиона по 24 бита) необходимо передавать
60 раз в секунду.
На
сегодняшний день существует несколько способов (несколько интерфейсов)
соединения ЖК-панели с главной платой микропроцессора:-
параллельный цифровой интерфейс;- интерфейс TMDS;- интерфейс LVDS;-
интерфейс RSDS.
За
исключением первого в приведенном списке, все остальные интерфейсы
являются последовательными, что позволяет повысить длину кабельного
соединения, и, в конечном счете, увеличить скорость передачи данных.
Кроме того, необходимо отметить, что все эти последовательные интерфейсы
используют для передачи данных дифференциальные линии (пары), что
позволяет улучшить помехозащищенность интерфейса.
И
если интерфейсы TMDS и LVDS очень
похожи между собой, и их различия можно считать, в большей степени,
техническими, то интерфейс RSDS отличается
от них достаточно существенно.
Прежде чем переходить к обсуждению технических деталей интерфейса RSDS,
необходимо отметить его «стратегические» отличия от рассмотренных ранее
интерфейсов и понять отличия в архитектуре всего LCD-монитора,
возникающие при использовании RSDS.
Во-первых, вспомним, что непосредственное управление
жидкокристаллическими (ЖК) ячейками осуществляют микросхемы столбцовых
драйверов и строковых драйверов. Столбцовые драйверы осуществляют
преобразование цифрового кода в аналоговое напряжение, прикладываемое к
ЖК-ячейке. Эти аналоговые напряжения прикладываются поочередно к каждому
столбцу ЖК-ячеек, в результате чего точки каждой строки поочередно
засвечиваются одна за другой. Назначением строковых драйверов является
поочередное перебирание строк, в результате чего обеспечивается
построчный вывод изображения.
Управление столбцовыми и строковыми драйверами осуществляется
микросхемой контроллера синхронизации - Timing
Controller, традиционно
обозначаемую TCON. Основной
функцией этого контроллера является преобразование сигналов,
сформированных на выходе скалера, в сигналы управления строковыми и
столбцовыми драйверами. Физически, контроллер TCON, традиционно,
располагается непосредственно на LCD-панели, поближе к драйверам строк и
столбцов. Именно для передачи данных от скалера на TCON и используются
такие интерфейсы, как параллельный цифровой интерфейс, интерфейс TMDS и
интерфейс LVDS (рис.1). Но передать данные на TCON – это только
полдела. Цветовые данные (18-разрядный или 24-разрядный поток) должны
быть в итоге переданы на микросхемы столбцовых драйверов, где и будут
преобразованы в аналоговое напряжение. От контроллера TCON на столбцовые
драйверы цветовые данные передаются с помощью другого интерфейса – чаще
всего интерфейса RSDS. Таким образом, RSDS является внутренним
интерфейсом LCD-панели. Но это в классическом варианте.
Рис.1 Классическая архитектура современных TFT-матриц
Существует и другой взгляд на схемотехнику LCD-мониторов. Этот взгляд
подразумевает размещение контроллера TCON на основной плате монитора,
т.е. вне LCD-панели (рис.2). При этом на LCD-панели остаются
только столбцовые и строковые драйверы. Подобное решение имеет как
недостатки, так и определенные преимущества, в частности:
-
уменьшение количества преобразований сигналов (из параллельного вида в
последовательный, и наоборот – см. первые две части данной статьи);
-
упрощение схемотехники и снижение стоимости LCD-панели.
Рис.2 Архитектура TFT-монитора при размещении TCON на основной плате
Так
как TCON находится теперь на основной плате, то естественно, что
интерфейсом, связывающим основную плату с LCD-панелью, становится RSDS,
хотя необходимо отметить, что на интерфейсе должны еще присутствовать и
другие сигналы управления столбцовыми и строковыми драйверами.
Необходимо отметить, что контроллер TCON практически всегда интегрирован
со скалером, т.е. на основной плате монитора располагается всего один
сверхбольшой чип, называемый скалером со встроенным TCON (рис.3).
Естественно, что в таком варианте, диагностика скалера заключается в
контроле на его выходе сигналов интерфейса RSDS.
Рис.3 В современной схемотехнике возможно объединение скалера и TCON в
одном чипе
Обзор
интерфейса RSDS
Интерфейс RSDS, разработан
фирмой National
Semiconductor Corp., и зарегистрирован как ее торговая марка.
Аббревиатура RSDS (Reduced
Swing Differential Signaling) переводится как: дифференциальные
сигналы с уменьшенным размахом. Стандарт RSDS описывает характеристики
передатчиков (трансмиттеров – Transmitter) и
приемников (ресиверов –Receiver), а также описывает протокол передачи
данных от чипа к чипу. Особое внимание следует обратить на то, что
стандартом RSDS описываются электрические характеристики и протоколы
передачи только по линиям данных. Дополнительные управляющие сигналы,
использующиеся для управления столбцовыми и строчными драйверами, этим
стандартом не регламентируются и не описываются, т.к. все подобные
сигналы являются уникальными для каждого типа драйверов и
разрабатываются производителями LCD-панелей и производителями драйверов.
Таким образом, стандартом RSDS рассматривается только шина данных между
контроллером TCON и столбцовыми драйверами, по которой передаются данные
для управления цветом каждой ячейки LCD.
К
особенностям и преимуществам шины RSDS можно отнести:
1) Высокая пропускная способность, что позволяет значительно увеличивать
разрешающую способность LCD-панели.
2) Обеспечение высококачественного подавления помех при передаче данных,
что приводит к значительному улучшению качества изображения на
LCD-панели.
3) Снижение динамической мощности, рассеиваемой на элементах системы,
использующей интерфейс RSDS. Это позволяет упростить конструкцию
LCD-панели за счет более простых решений по теплоотводу, а также
увеличить время работы LCD-панели.
4) Снижение уровня высокочастотных электромагнитных излучений,
генерируемых электронными компонентами LCD-панели. Это дает значительный
выигрыш в плане обеспечения безопасности пользователя при работе с
LCD-мониторами.
Интерфейс RSDS разрабатывался с намерениями использовать его в панелях с
разрешениями, начиная от стандартов VGAи UXGA и
выше. Шина RSDS является масштабируемой, т.е. увеличением количества
дифференциальных пар шины можно значительно повысить ее разрядность.
Такое масштабирование шины позволяет практически неограниченно повышать
разрешающую способность LCD-панели. Ограничение разрешающей способности
будет вызвано лишь ограничениями полосы пропускания приемников и
передатчиков интерфейса RSDS. В отличие от интерфейса LVDS, где размах
сигналов составляет от 250 до 400
мВ, в интерфейсе RSDS используется размах сигналов в 200
мВ. Такое уменьшение
сигналов предусмотрено для снижения мощности, однако это снижение
приводит к ограничениям сферы использования интерфейса – его
целесообразно использовать в том случае, если между основной платой
дисплея и LCD-панелью незначительное расстояние.
Шина
RSDS расположена между контроллером TCON и столбцовыми драйверами.
Интерфейс RSDS обычно включает в себя либо 9
дифференциальных пар (при
6-битном кодировании каждого цвета), либо 12
дифференциальных пар (при
8-битном кодировании цвета). Кроме того, архитектура шины RSDS
подразумевает наличие одного передатчика (Transmitter) и
множества приемников (Receiver), т.е. шина RSDS является
многоточечной (рис.4). Пожалуй, основным элементом интерфейса
RSDS является трансмиттер. Рассмотрим его повнимательней.
Рис.4 Шина RSDS является многоточечной
Характеристики трансмиттера RSDS
Трансмиттер RSDS содержит два комплиментарных (тотемных) выхода,
нагрузкой которых является шина данных. Дифференциальный сигнал
генерируется двумя несимметричными (заземленными) выходами, путем их
периодического переключения между источником постоянного тока и его
«землей». Дифференциальный сигнал является результатом протекания
постоянного тока через нагрузочный резистор, называемый терминатором.
Сопротивление терминатора в идеале должно составлять 100
Ом. Терминатор должен обязательно подключаться между двумя линиями
одной дифференциальной пары. Каждый элемент, подключаемый к шине, не
должен нарушать баланс дифференциальной пары, созданный терминатором.
Другими словами, к выходу трансмиттера должна быть всегда подключена
нагрузка с суммарным сопротивлением 100 Ом – это позволит обеспечить
оптимальную работу интерфейса и предотвращать такие явления в шине, как
отражение сигналов, перегрузку, недогрузку, закольцовывание.
На
практике зачастую можно столкнуться с тем, что сопротивление
подключаемых к шине элементов различно и находится в диапазоне от 25
Ом до 100
Ом, т.е. таким образом нарушается условие согласования нагрузки,
что и приводит к эффектам, перечисленным в предыдущем абзаце. Для
правильной работы интерфейса в этом случае разработчики системы должны
настроить параметры трансмиттера на работу с нагрузкой, имеющей
минимальное сопротивление.
Основные электрические характеристики трансмиттера RSDS приводятся в табл.1.
На рис.5 поясняется
формирование дифференциального напряжения.
Таблица 1. Электрические параметры трансмиттера RSDS
Параметр |
Обознач. |
Значение |
Ед.
измер. |
мин |
тип |
макс |
Дифференциальное выходное напряжение (при нагрузке 100 Ом) |
Vod |
100 |
200 |
600 |
мВ |
Напряжение смещения |
Vos |
0.5 |
1.2 |
1.5 |
В |
Выходной ток |
Irsds |
1 |
2 |
6 |
мА |
Рис.5
Принцип дифференциальной передачи сигналов
Временные диаграммы
передачи данных
Как
уже говорилось, в стандарте RSDS описывается лишь шина передачи данных о
цвете. А вот управляющие сигналы, сопровождающие передачу данных, не
стандартизируются, а поэтому количество таких дополнительных сигналов и
их функции определяются разработчиками LCD-панелей и контроллеров TCON.
Однако имеется два сигнала, которые упоминаются в описании стандарта
RSDS, а поэтому данные сигналы можно считать практически обязательными
для работы интерфейса.
Для
загрузки данных, передаваемых по шине RSDS обязательно должны
использоваться два сигнала:
1) Сигнал тактовой синхронизации – RSCLK.
2) Стартовый импульс – SP.
Сигналом RSCLK задается
частота загрузки данных в столбцовые драйверы. Частота этого сигнала
чаще всего находится в районе 85
МГц. Сигнал RSCLK является
дифференциальным сигналом, опять же таки, для обеспечения
помехозащищенности.
Сигналом SP запускается
процедура загрузки столбцовых драйверов, и он генерируется в начале
формирования каждой новой строки, т.е. частота следования импульса SP соответствует
частоте формирования строк. Сигнал SP является
эстафетным, т.е. он перемещается от одного столбцового драйвера к
другому. Сигнал SP попадает
в сдвиговый регистр микросхемы столбцового драйвера, и по каждому такту
сигнала RSCLK сдвигается
на один разряд. Через соответствующее число тактов, определяемых
количеством выходов столбцового драйвера, стартовый импульс
выталкивается из сдвигового регистра и попадает на вход следующей
микросхемы. Таким образом, этот импульс проходит сквозь все драйверы
столбцов. Импульс SP,
продвигаясь в сдвиговом регистре микросхемы, поочередно выбирает точку
строки, для которой в данный момент по шине данных передается информация
о цвете.
Временные соотношения сигналов шины данных, RSCLK и SP демонстрируются
на рис.6. Как видно
из приведенной временной диаграммы, данные начинают передаваться с
некоторой временной задержкой после генерации сигнала SP. Эта временная
задержка составляет два такта RSCLK.
Рис.6 Cоотношения сигналов RSCLK, SP и цветовых данных
Теперь рассмотрим передачу данных на шине RSDS. Данные о цвете
передаются по нескольким дифференциальным линиям. Количество
задействованных линий определяется тем, сколько разрядов требуется для
описания цвета. По каждой линии за один такт RSCLK передается
два разряда цветового кода. Поэтому для передачи 6-битного цвета
требуется три дифференциальных линии, а для передачи 8-битного цвета – 4
дифференциальные линии. Таким образом, за один тактRSCLK передаются
все разряды, описывающие цвет одной точки экрана.
Рис.7 Передача данных на RSDS осуществляется по обеим "фронтам"
тактового импульса
Для
передачи данных по дифференциальным линиям используется и фронт, и спад
импульса RSCLK (рис.7).
Это в значительной степени отличает интерфейс RSDS от рассмотренных
ранее TMDS и LVDS, в которых данные тактируются либо фронтом, либо
спадом синхросигнала. Использование фронта и спада синхросигнала
позволяет вдвое повысить производительность шины, т.к. за один такт
можно передать два бита информации. Из приведенного рисунка видно, что
между точкой смены полярности дифференциального сигнала и моментом
начала формирования данных также имеется некоторая временная задержка.
Кроме того, стоит обратить внимание на то, что импульс данных разбит на
две части:
-
время установки (выборки) данных;
-
время удержания (хранения) данных.
В
RSDS не стандартизируется время выборки и время удержания данных, а
поэтому соотношение этих периодов и их конкретные значения зависят от
практической реализации и от типа применяемых столбцовых драйверов. Так,
например, типовые столбцовые драйверы производства National
Semiconductors имеют
такое соотношение времени установки и времени удержания, как 2нс/0нс на
частоте 85 МГц. Драйверы других
производителей могут иметь соответственно соотношение 2нс/2нс.
Соотношение времени установки и времени удержания определяется
относительно точки изменения полярности сигнала RSCLK.
В
стандарте RSDS версии 1.0 определяется три варианта цветового
кодирования:
1. 6-битное кодирование каждого из основных цветов R/G/B.
2. 8-битное кодирование каждого из основных цветов R/G/B.
3. 10-битное кодирование каждого из основных цветов R/G/B.
6-битное кодирование
цвета применяется, прежде всего, в ноутбуках, а также еще и в некоторых
мониторах. В этом режиме 6-разрядов каждого цвета передаются по трем
дифференциальным линиям, и поэтому для передачи данных обо всех трех
цветах, требуется 9 дифференциальных пар. Порядок следования битов
цветового кода для режима 6-битного кодирования показан на рис.8.
Рис.8 Формат передачи данных при 6-битном кодировании на каждый цвет
8-битное кодирование
цвета характерно для современных мониторов. В этом случае для передачи
данных об одном цвете требуется четыре линии, а всего шина будет
представлена 12 дифференциальными парами (рис.9).
Рис.9 Формат передачи данных при 8-битном кодировании на каждый цвет
10-битное кодирование
предназначено для применения в телевизионной технике. Информация об
одном цвете передается по пяти линиям, а всего, таким образом, требуется
15 дифференциальных пар (рис.10).
Рис.10 Формат передачи данных при 10-битном кодировании на каждый цвет
Здесь
также стоит отметить, что порядок передачи разрядов цвета может быть и
иным, а не только таким, как это изображено на рис.8,9 и 10. Порядок
передачи может изменяться, в зависимости от типа контроллера TCON, его
программной «прошивки» и типом используемых столбцовых драйверов.
Но
все о чем мы до этого говорили, касается исключительно канала передачи
цветовых данных. Это, конечно же, важнейшая часть интерфейса LCD-панели,
и именно ради передачи этого большого потока данных велись и ведутся
разработки скоростных интерфейсов, но это далеко не все. При размещении
контроллера TCON на основной плате монитора, возникает необходимость в
формировании целого ряда управляющих сигналов для столбцовых и строковых
драйверов. Хотя этих сигналов и немного, но все они важны с позиций
диагностирования интерфейса. Ведь отсутствие любого из этих сигналов
приводит к невозможности формирования изображения.
В
качестве примера монитора, использующего интерфейс RSDS, можно привести Philips
150S4, интерфейс которого с LCD-панелью в виде блок-схемы
представлен на рис.11.
В данном мониторе используется 18-разрядное кодирование цвета при
передаче данных на LCD-матрицу. На этой блок-схеме, как раз, отражены
сигналы, необходимые для управления драйверами строк и столбцов
LCD-панели. Назначение этих сигналов кратко описывается в табл.2.
Внутренняя архитектура LCD-панели при использовании такого внешнего
интерфейса представлена на рис.12.
Этот рисунок совместно с описанием сигналов дает четкое представление о
том, какой сигнал для чего нужен и куда, в итоге, он должен поступать.
Рис.11 Блок-схема монитора Philips 150S4
Таблица 2. Основные сигналы интерфейса RSDS
Сигнал |
Описание сигнала |
POL |
Сигнал, подаваемый на столбцовые драйверы. Этим
сигналом задается полярность напряжения, прикладываемо-го
столбцовым драйвером к ЖК-ячейкам. Дело в том, что напряжение,
прикладываемое к жидким кристаллам должно периодически менять
свою полярность, т.е. ток, протекающий через ЖК-ячейку, должен
быть перемен-ным. Это позволяет избежать возникновения
постоянной составляющей напряжения на ячейках, и, как резуль-тат,
позволяет избежать протекания через них постоянного тока, что
предотвращает явление электролитической диссоциации в материале
жидкого кристалла и защищает его от распадения на отдельные
компоненты (соли, во-ду и т.п.). Сигнал POL представляет
собой меандровые импульсы, период следования которых задается
разработ-чиком LCD-панели
и монитора. Частота следования импульсов должна быть кратна
частоте точек или частоте строк, т.е. смена полярности
происходит через каждые n-точек
или каждыеn-строк. |
LP |
Сигнал LP является
сигналом управления внутренней защелкой столбцового драйвера (Latch Pulse).
По фронту этого сигнала, данные, находящиеся в сдвиговом
регистре столбцового драйвера, поступают на цифро-аналоговые
преобразователи и защелкиваются в выходных буферных усилителях,
т.е. этот сигнал управляет подачей аналогового выходного
напряжения на ЖК-ячейки. Этот сигнал можно считать сигналом
разрешения на формирование выходных напряжений столбцового
драйвера. Сигнал также используется для сброса сдвигового
регистра в исходное (нулевое состояние). Чаще всего, этот
сигнал активизируется один раз за время формиро-вания одной
строки, т.е. генерируется с частотой строчной развертки. Второе,
весьма распространенное наимено-вание этого сигнала – STB (Strobe). |
CLKV |
Сигнал, подаваемый на микросхемы строковых драйверов.
Этот сигнал является сигналом тактовой частоты для строковых
драйверов, по которому осуществляется выбор следующей активной
строки экрана. Частота этого си-гнала задает частоту вывода
строк, поэтому сигнал CLKV следует
с частотой сигнала строчной синхронизации (HSYNC). |
STV |
Стартовый импульс для строковых драйверов. Этим
сигналом запускается формирование нового кадра. Этот си-гнал
поступает на вход первого строкового драйвера и далее с каждым
тактом сигнала CLKV сдвигается
к следу-ющему разряду сдвигового регистра строкового драйвера,
выбирая, тем самым, следующую строку для вывода информации на
экран. После того, как сигнал STV пройдет
по всем разрядам одного строкового драйвера, он по-падает на
вход следующего строкового драйвера, т.е. сигнал является
эстафетным. Сигнал STV формируется
с частотой, равной частоте кадровой развертки (VSYNC). |
GOE |
Сигнал разрешения выходов строковых драйверов. Этим
сигналом разрешается формирование управляющих си-гналов на
выходах строковых драйверов, т.е. разрешается управление
ЖК-ячейками. Сигнал может быть как си-гналом постоянного тока,
устанавливаемым в высокий уровень в течение всего периода вывода
информации на экран, так и импульсным, запрещающим выдачу
управляющего напряжения на строки ЖК-ячеек во время «об-ратного»
хода по кадру. Во втором случае сигнал представляет собой
импульсы, следующие с частотой кадровой развертки. |
STH |
Стартовый импульс столбцовых драйверов (он же импульс SP -
см. выше). Формируется с частотой строчной развертки (HSYNC). |
Рис.12 Распределение сигналов интерфейса RSDS внутри LCD-матрицы
Естественно, на соединительном разъеме могут присутствовать и другие
специальные управляющие сигналы, характерные для отдельных LCD-панелей и
соответствующих контроллеров TCON. Таким образом, можно говорить об
определенной уникальности каждой конкретной реализации интерфейса RSDS.
И, конечно же, такая уникальность приводит к тому, что двух одинаковых
интерфейсов не отыскать (это, несомненно, гипербола, но недалекая от
истины). Отсутствие единой системы управляющих сигналов приводит и к
отсутствию необходимости стандартизации интерфейса. Поэтому даже в
конструктивном плане разъемы интерфейса могут быть самыми
разнообразными. И даже при одинаковой конструкции разъемов и единой
системе сигналов, распределение этих сигналов по контактам разъема вряд
ли будет идентичным у разных моделей LCD-панелей (если не говорить об
изделиях одного и того же производителя, одного и того же модельного
ряда). Необходимо также учитывать, что количество сигнальных линий RSDS,
как мы это видели ранее, также варьируется в зависимости от разрядности
представления цвета. Именно поэтому не имеет смысла даже пытаться
систематизировать интерфейсы RSDS – все они имеют разное количество
контактов, контакты могут располагаться как в один ряд, так и в
несколько рядов, соединительный шлейф может быть как ленточным, так и
состоящим из отдельных проводов, на интерфейсе присутствуют различные
сигналы и т.д. и т.п.
Из-за
того, что кроме сигналов RSDS на интерфейсе присутствуют другие сигналы,
этот интерфейс могут называть «RSDS+TTL».
Для
получения информации о цоколевке внешнего RSDS-разъема LCD-панели,
необходимо обратиться к документации на соответствующую модель панели,
либо к принципиальной схеме на монитор.
Но
обсуждать интерфейс LCD-панели без рассмотрения реальных практических
примеров не в наших правилах, поэтому нарис.13 мы
представляем вашему вниманию RSDS-интерфейс LCD-панели монитора Philips
150S4. Разъем для
подключения LCD-панели этого монитора является 52-контактным.
Последние два контакта (51 и 52),
фактически, являются заземлением внешнего корпуса разъема, хотя они и
учитываются в общей нумерации. Поэтому «реальных» контактов на разъеме
всего 50.
Рис.13. Интерфейс RSDS монитора Philips 150S4
На
разъеме присутствуют два дополнительных сигнала идентификации панели (PANEL_ID0 и PANEL_ID1).
Дело в том, что в одной модели монитора могут использоваться различные
модели LCD-панелей, причем даже выпускаемых разными производителями. Для
того чтобы скорректировать управляющую программу монитора под параметры
и характеристики конкретной LCD-панели, центральный процессор монитора
проводит идентификацию матрицы. Каждому типу матрицы соответствует своя
уникальная комбинация сигналов PANEL_ID0 и PANEL_ID1.
В
остальном же, представленный интерфейс можно считать классическим
RSDS-интерфейсом.
Для
повышения пропускной способности интерфейса, что крайне необходимо в
крупногабаритных панелях с высоким разрешением, часто используется
двухканальный интерфейс RSDS (это решение, кстати сказать, характерно и
для LVDS, и для TMDS). Двухканальный вариант интерфейса позволяет вдвое
повысить скорость передачи данных. Однако увеличение пропускной
способности обеспечивается удвоением количества дифференциальных пар
RSDS.
Такое
решение является характерным для 17- и 19-дюймовых матриц. Два канала
интерфейса RSDS традиционно называются F-канал и B-канал.
При
использовании двухканального интерфейса RSDS, все столбцовые драйверы
делятся на две группы. Как правило, одна группа образована первой
половиной столбцовых драйверов, отвечающих за формирование левой
половины экрана (от левого каря до середины). Вторая группа, как
правило, образована столбцовыми драйверами, отвечающими за формирование
правой половины экрана. Каждая из этих двух групп получает цветовые
данные по своей собственной шине RSDS. При этом, естественно, каждая
группа имеет собственный стартовый импульс SP (STH). Остальные сигналы и
в первую очередь, сигналы управления строковыми драйверами, остаются без
изменений. Типичная внутренняя архитектура LCD-панели с двухканальным
интерфейсом RSDS представлена на рис.14.
Рис.14 Внутренняя архитектура LCD-мартицы с внешним двухканальным
интерфейсом RSDS
В
качестве примера разъема с двухканальным RSDS можно привести монитор Philips
170B4/S4. Цоколевка этого разъема представлена на рис.15. Как
бы в доказательство тезиса о нестандартности разъемов RSDS, в мониторе Philips
170B4/S4разъем для подключения LCD-панели состоит вообще из двух
частей: 30-контактного и 52-контактного разъемов.
52-контактный разъем эта модель 17-дюймового монитора унаследовала от
своего 15-дюймого предшественника, и этот разъем мы рассматривали выше.
Единственное отличие – это появление второго сигнала стартового импульса
– сигнала B_STH наконт.16. Второй
30-контактный разъем появился исключительно благодаря второму каналу
RSDS, т.е. производитель здесь не стал мудрить – когда появилась
необходимость расширить интерфейс – к уже разработанной плате просто
добавили новый разъем, т.е. LCD-панель стала соединяться с основной
платой с помощью двух шлейфов. На 30-контактный разъем выведены только
лишь сигналы шины RSDS (сигналы канала
B).
Рис.15 RSDS-интерфейс
мониторов Philips 170S4/B4
В
качестве второго примера двухканального RSDS можно привести монитор Acer
AL1916W, в котором сигналы двухканального RSDS выведены на два 36-контактных разъема CN1 и CN2 (рис.16).
Разъем CN1 соответствует каналу
Bшины RSDS, а на разъем CN2 выведены
сигналы канала F.
Цоколевка этих разъемов очень похожа, хотя и имеются некоторые отличия.
Основные отличия заключаются в том, что на разъеме CN2 присутствуют
сигналы правления столбцовыми и строковыми драйверами, а на разъеме CN1 –
сигналы управления внутренними источниками питания LCD-панели и сигналы
включения/выключения панели (GVON, GVOF, VCM_PWM, DCDC_ON/OFF,
PANEL_ON/OFF).
Рис.16 RSDS-интерфейс монитора Acer AL1916W
В
мониторе Acer AL1916W применяется еще одно очень интересное решение. Оно
заключается в том, что скалер может регулировать величину выходного тока
дифференциальных линий RSDS. Настройка величины выходного тока шины
осуществляется путем регулирования опорного напряжения на
соответствующем входе микросхемы скалера (точнее сказать, на входе
комбинированной микросхемы скалера и TCON). В мониторе Acer AL1916W
применяется скалер CM2706,
у которого контакт регулировки выходного тока RSDS называется PI (конт.48).
Величина опорного напряжения регулируется номиналом резистора,
впаиваемого между контактом PI и
землей (рис.17). Чем больше сопротивление этого резистора, тем
меньше величина тока. Зависимость тока от величины сопротивления для
скалера CM2706 представлена на рис.18.
Рис.17 Скалер CM2706 в мониторе Acer AL1916W позволяет регулировать ток
RSDS с помощью внешнего резистора
Рис.18. Зависимость тока RSDS от номинала резисторов, подключенных к
контакту PI
|