Войдите или Зарегистрируйтесь на нашем сайте чтобы получить оптовые цены

Внешние интерфейсы TFT панелей. Часть II. LVDS

мы начали обзор внешних интерфейсов LCD-матриц, с помощью которых обеспечивается взаимодействие основной платы монитора с LCD-панель. В первой части статьи мы отметили, что на сегодняшний день известно четыре таких интерфейс, причем два из них (параллельный интерфейс и TMDS) мы рассмотрели достаточно подробно. Сегодня мы продолжим тему, и на очереди следующие два интерфейса: LVDS и RSDS.

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

Чтобы просмотреть  рис.23 подробнее, нажмите на ссылку.

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

Чтобы просмотреть  рис.24 подробнее, нажмите на ссылку.

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.

Перейти к третьей части статьи

Сайт создан студией Lyalyuk Team Google+