Трансмиттеры и ресиверы интерфейса LVDS (внешний интерфейс для LCD-панели).

Трансмиттеры и ресиверы интерфейса LVDS (внешний интерфейс для LCD-панели).

                 Интерфейс LVDS явля­ется самым распространенным интерфейсом из всех используемых в мониторах настольного типа и в мат­рицах для ноутбуков. LVDS обеспечивается высокая пропу­скная способность, что и привело к тому, что LVDS, фактически, стал стандартом внешнего интерфейса для современной LCD-панели. LVDS - Low Voltage Differential Signaling (низковольтная дифференциальная передача сигналов) - это дифференциальный интерфейс для скоростной передачи данных.

                Интерфейс LVDS 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.

                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 345мВ, выходной ток передат­чика имеет величину от 2.47мА до 4.54мА, 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. 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.

Рис. 1. Блок-схема трансмиттера LVDS

                 Трансмиттер LVDS состоит из четырех 7-раз­рядных сдвиговых регистров, умножителя частоты и выходных дифференциальных усилителей (рис.1). 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 (YOP/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-разрядного цветового кода (3 цвета по 6 бит на каждый), так и 24-разрядного цвета (3 базовых цве­та по 8 бит). 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.

Таблица 1. Входные сигналы трансмиттера LVDS

 Рис. 2. Общая архитектура интерфейса LVDS.

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. 1. Общая схема, поясняющая ар­хитектуру интерфейса LVDS, представлена на рис. 2.

                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 цоколевлса разъема. 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. 3. В результате, протокол пере­дачи данных по дифференциальным каналам интерфейса LVDS выгля­дит так, как это показано на рис. 4. Как показывает внимательный ана­лиз рис. 3 и рис. 4, интерфейс от­личается высокой универсальнос­тью, в результате чего, фактически, решен вопрос совместимости LCD-панелей и управ­ляющих плат.

Рис. 3. Варианты распределения входных сигналов LVDS-трансмиттеров

Рис. 4. Протоколы передачи данных через интерфейс LVDS при разной разрядности потока данных.

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.