Настройка и ремонт функции энергосбережения в LCD-мониторах

В мониторах с электронно-лучевыми трубками вопросы энергосбережения были весьма актуальными, ведь мощность, потребляемая этими мониторами, доходит до сотни Вт и выше. Казалось, что с приходом эры цифровых дисплеев на жидких кристаллах, важность этой проблемы сойдет на нет, ведь как одно из неоспоримых преимуществ LCD-дисплеев называют, именно, малое энергопотребление. Но, как оказалось, при разработке новых стандартов вопросам сохранения энергии продолжают уделять очень большое внимание. Примером тому может служить система DMPM, являющаяся частью стандарта DVI Revision 1.0, разработанного в рамках группы DDWG.

Так как группа DDWG (Digital Display Working Group) занимается, в первую очередь, разработкой и стандартизацией интерфейса DVI, то и вопрос энергопотребления монитора решался этой группой именно в приложении к цифровому интерфейсу. В задачу группы входило решение вопроса о том, каким образом обеспечить переход монитора в различные режимы сохранения энергии при использовании исключительно цифрового интерфейса. Другими словами, система DMPM (Digital Monitor Power Management) определяет процедуры управления питанием LCD-мониторов через линии TMDS интерфейса DVI.

Напомним нашим читателям, что для аналоговых мониторов ассоциацией VESA, в свое время, была предложена система DPMS (Display Power Management System), в которой было описано четыре режима (уровня) энергопотребления: ON, STANDBY, SUSPEND, OFF. При этом выбор режима осуществлялся за счет сигналов синхронизации HSYNC и VSYNC, активируя или деактивируя которые, хост-система указывала монитору требуемый уровень потребления энергии (табл.1).

Таблица 1. Режимы энергосбережения мониторов стандарта DPMS

Но при использовании только цифрового разъема DVI данный механизм выбора режима не может быть задействован, так как сигналы HSYNC и VSYNC в этом случае на разъеме отсутствуют. Описание цифрового разъема DVI представлено на рис.1 и в табл.2.

Таблица 2 Назначение контактов разъема DVI

Сейчас пока еще редко можно встретить как видеокарты, так и мониторы, использующие исключительно цифровой DVI-D. Для обеспечения совместимости с аналоговыми системами пока еще широко используется комбинированный DVI-разъем (рис.2), но это только пока – время свое возьмет.

Система DMPM DVI описывает шесть режимов (уровней) потребления энергии, а также описывает механизмы программного управления этими режимами. Кроме того, очень большое внимание в стандарте DMPM уделяется вопросу доступности идентификационных данных монитора – EDID структуры. Эти данные, используемые для автоматической настройки монитора системой Plug&Play, хранятся в ПЗУ (EEPROM) монитора и описывают его параметры и характеристики. При описании режимов энергопотребления, в стандарте DMPM также упоминается и состояние отключения монитора через кнопку включении/выключения.

Режимами, упоминаемыми в DMPM DVI, являются:

1. Monitor On Power State (Состояние «монитор включен»).

2. Intermediate Power State (Переходное состояние).

3. Active-Off Power State ( Состояние активного отключения).

4. Non-Link Recoverable Off Power State (Состояние отключения, не восстанавливаемого по информационным линиям).

5. Monitor Power Switch Off Power State (Состояние отключения кнопкой включения/выключения).

Ранее мы говорили, что режимов потребления энергии шесть, хотя в представленном перечислении их всего пять. Дело в том, что в последнем режиме (Monitor Power Switch Off Power State) выделяется два состояния, которые мы рассмотрим чуть позже.

Прежде чем перейти к детальному рассмотрению названных режимов, уточним некоторые особенности цифрового интерфейса DVI.

В качестве основы для передачи цифровых данных через DVI используется интерфейс TMDS с последовательной передачей данных. Для преобразования параллельных данных в последовательные и наоборот используются такие устройства, как трансмиттеры и ресиверы. Трансмиттер (передатчик) устанавливается на передающей стороне (компьютер) и обеспечивает преобразование параллельных данных от видеопамяти в три последовательных потока цифровых данных, передаваемых по трем дифференциальным парам (RX0±, RX1±, RX2±).

Ресивер (приемник) устанавливается на приемной стороне (монитор) и обеспечивает обратное преобразование последовательного потока данных в параллельный вид. И трансмиттеры, и ресиверы могут выполняться в виде отдельных микросхем, а также могут входить в состав сверхбольших чипов. Так, например, в большинстве современных мониторов ресивер является составной частью микросхемы скалера. Общий принцип передачи цифровых данных через интерфейс DVI демонстрирует рис.3.

В описании стандарта DMPM очень большое внимание уделяется трансмиттерам и ресиверам – при переходе в некоторые режимы экономии энергии трансмиттеры и ресиверы отключаются, предотвращая передачу данных по линиям TMDS.

Также, очень важное место в стандарте DMPM занимает сигнал +5V Power (конт.14), который наряду с линиями TMDS используется для задания режима энергопотребления.

Особое внимание в стандарте DMPM уделяется возможности передачи EDID-данных (идентификационных данных) от монитора на хост-компьютер. EDID–данные – это 128 байтов данных, хранящихся в ПЗУ монитора и описывающих все его характеристики и параметры, в частности такие, как производитель, дата изготовления, серийный номер, тип используемого интерфейса, поддерживаемые режимы работы, цветовые характеристики и т.д.

После небольшой вводной части, переходим к более подробному рассмотрению режимов энергопотребления соответствующих DMPM DVI.

Monitor On Power State

(Состояние «монитор включен»). В этом режиме линии TMDS активны. На ресивер и на трансмиттер подаются питающие напряжения, и они оба активны. EDID-данные полностью доступны. Сигнал +5V Power установлен в высокий уровень и по этой линии монитором потребляется ток величиной менее 10мА. Этот режим соответствует режиму ON стандарта DPMS.

Для выхода из этого режима должно произойти одно из следующих событий:

– линии TMDS должны стать неактивными (об этом читай дальше);

– сигнал +5V Power должен установиться в низкий уровень;

– кнопка питания должна быть установлена в состояние «ВЫКЛ».

Intermediate Power State

(Переходное состояние). В этом режиме линии TMDS неактивны. Трансмиттер отключен от питающего напряжения. Ресивер должен оставаться под напряжением, но его выходы могут быть опционально запрещены (по усмотрению разработчиков реальных схем). Ресивер должен находится под напряжением для того, чтобы активизация линий TMDS могла вернуть систему в состояние Monitor On Power State. Продолжительностью режима Intermediate управляет таймер монитора. EDID-данные полностью доступны в режиме Intermediate. Сигнал +5V Power установлен в высокий уровень и по этой линии монитором потребляется ток величиной менее 10мА. Режим Intermediate соответствует режиму SUSPEND стандарта DPMS, и позволяет обеспечить очень быстрый переход из режима экономии энергии в режим ON. Длительность режима Intermediate определяется таймером, который, отсчитав заданный период времени, переводит монитор в режим Active-Off. Чаще всего время, отсчитываемое таймером, составляет 30 секунд, однако это значение может изменяться путем записи другого значения в соответствующую ячейку данных EDID-структуры.

Для выхода из этого режима должно произойти одно из следующих событий:

– линии TMDS должны стать активными;

– сигнал +5V Power должен установиться в низкий уровень;

– кнопка питания должна быть установлена в состояние «ВЫКЛ»;

– должно закончится время, отсчитываемое таймером монитора.

Active-Off Power State

( Состояние активного отключения). В этом режиме линии TMDS неактивны. Трансмиттер отключен от питающего напряжения. Ресивер должен оставаться под напряжением, но его выходы могут быть опционально запрещены (по усмотрению разработчиков реальных схем). Ресивер должен находится под напряжением для того, чтобы активизация линий TMDS могла вернуть систему в состояние Monitor On Power State. EDID-данные полностью доступны в режиме Active-Off. Сигнал +5V Power установлен в высокий уровень и по этой линии монитором потребляется ток величиной менее 50мА. Режим Active-Off соответствует режиму OFF стандарта DPMS. Сравнительный анализ режимов Active-Off и Intermediate показывает, что эти режимы очень похожи. Основное их отличие заключается в том, что время нахождения в режиме Intermediate ограничивается таймером, тогда как в режиме Active-Off монитор может находиться бесконечно долго. В описании стандарта DVI этот режим еще называют режимом Link Recoverable Off (состояние выключения, восстанавливаемое по информационным линиям).

Для выхода из этого режима должно произойти одно из следующих событий:

– линии TMDS должны стать активными;

– сигнал +5V Power должен установиться в низкий уровень;

– кнопка питания должна быть установлена в состояние «ВЫКЛ».

Non-Link Recoverable Off Power State

(Состояние отключения, не восстанавливаемого по информационным линиям). В этом режиме линии TMDS неактивны. Трансмиттер и ресивер оба отключены от питающего напряжения. EDID-данные в данном режиме недоступны. Переход в режим Non-Link Recoverable осуществляется при установке сигнала +5V Power на входе монитора в низкий уровень. Так как ресивер отключен, «пробуждение» монитора путем активизации сигналов TMDS невозможно.

Для выхода из этого режима должно произойти одно из следующих событий:

– сигнал +5V Power должен установиться в высокий уровень;

– кнопка питания должна быть установлена в состояние «ВЫКЛ».

Monitor Power Switch Off Power State

(Состояние отключения кнопкой включения/выключения). В этом режиме монитор находится, когда кнопка питания находится в состоянии «ВЫКЛ». Ресивер монитора в этом режиме выключен, и активизировать монитор путем TMDS-линий невозможно. Режим Monitor Power Switch Off подразделяется, в свою очередь, на два субрежима:

– кнопка в состоянии «ВЫКЛ» и при этом сигнал +5V Power установлен в высокий уровень;

– кнопка в состоянии «ВЫКЛ» и при этом сигнал +5V Power установлен в низкий уровень.

Состояние сигнала определяет возможность доступа хост-компьютера к EDID-данным. Таким образом, если сигнал +5V Power установлен в высокий уровень, хост-компьютер получает возможность считывать EDID-данные даже в том случае, если монитор выключен посредством кнопки питания. Если же сигнал +5V Power установлен в низкий уровень, то EDID-данные не доступны.

Как читатели, наверное, уже поняли из описания представленных режимов, монитор определяет требуемый режим работы за счет анализа:

1. Уровня сигнала +5V Power (конт.14) разъема DVI.

2. Активности линий TMDS.

3. Состояния кнопки включения питания.

Таблица 3. Условия перехода в соответствующий режим энергосбережения DMPM

Если с первым пунктом, пожалуй, все понятно (определить уровень сигнала цифровым схемам не составляет никакого труда), то вот с определением активности линий TMDS необходимо немного разобраться.

Для LCD-дисплеев минимальной разрешающей способностью, описанной в спецификации DVI, является режим 640×480@60Гц. Этому режиму соответствует тактовая (пиксельная) частота (полоса пропускания) 25.175 МГц. Поэтому ниже данного значения частота сигналов на выходе ресивера опускаться не должна, а если это и происходит, то такое падение частоты можно считать отсутствием активности системы. На самом же деле, для обеспечения некоторого запаса и для предотвращения случайных срабатываний, порог определения активности/неактивности линий TMDS отодвинут до значения 22.5 МГц. Таким образом, если частота сигналов на выходе ресивера становится ниже 22.5 МГц на время большее, чем 1 секунда, то такое состояние определяется монитором, как отсутствие активности на информационных линиях интерфейса DVI, т.е. выходные сигналы ресивера контролируются частотным детектором, входящим чаще всего в состав самого ресивера.

Но теперь остается такой вопрос: «А за счет чего же падает частота на линиях TMDS, если хост-компьютер работает в одном и том же режиме?». Для того чтобы понять механизм перевода интерфейса DVI в неактивное состояние, обратимся к рис.4, на котором поясняется принцип управления трансмиттером интерфейса DVI. На вход трансмиттера подаются 24 разряда (Pixel Data), описывающие цвет точки экрана. В 24-разрядном потоке данных каждому цвету (R,G и B) соответствует 8 бит. Передача этих данных от видеоконтроллера на трансмиттер сопровождается 6-ю управляющими сигналами (Control Data) и сигналом тактовой частоты CLK. Кроме того, выходы трансмиттера разрешаются сигналом DE. В моменты, когда сигнал DE активен, на выходе трансмиттера начинают формироваться три потока последовательных данных (каналы 0,1 и 2) и один поток синхронизации (канал С). Когда же сигнал DE становится неактивен, выходы трансмиттера блокируются, и поток последовательных данных прекращается, что, естественно, приводит и к отсутствию сигналов на выходе ресивера. Таким образом, в момент, когда хост-компьютер переводит монитор в режим сохранения энергии, видеоконтроллер устанавливает сигнал DE в неактивный уровень. Выходы трансмиттера блокируются, и через 1 секунду после этого ресивер монитора определяет такое состояние, как падение частоты на линиях TMDS, т.е. определяет их неактивность. У большинства ресиверов на выходе также формируется сигнал DE, который, фактически, является выходом частотного детектора. Если пиксельная частота входного потока ресивера выше 22.5 МГц, то сигнал DE на его выходе активен. Таким образом, именно уровень сигнала DE на выходе ресивера и показывает активность сигналов на интерфейсе DVI, и именно по нему микропроцессор монитора может определять режим энергосбережения DMPM.

В процессе описания режимов сохранения энергии DMPM мы упоминали соответствующие им режимы DPMS. Более наглядное их сравнение и соответствие показано в табл.4.

Таблица 4. Соответствие режимов стандарта DMPM режимам стандарта DPMS

Любым цифровым LCD-монитором в обязательном порядке должны поддерживаться лишь два режима: Monitor On Power State и Active-Off Power State. Остальные рассмотренные режимы могут поддерживаться опционально, т.е. по усмотрению разработчиков мониторов и видеокарт.

Если LCD-монитор использует только два режима работы, то в его EDID-структуре указывается на поддержку им режима Active-Off.

Если монитором поддерживается режим Intermediate Power State, то в его EDID-структуре указывается, на поддержку режима Suspend.

Если монитором поддерживается режим Non-Link recoverable Off Power State, то в его EDID-структуре должен быть указан режим OFF без возможности восстановления средствами DPMS.

Монитор переходит в соответствующий режим сохранения энергии не менее чем через 5 секунд после того, как было определено состояние неактивности на интерфейсе DVI.

В заключение данного обзора представляем вашему вниманию рис.5, на котором показаны условия установки соответствующего режима DMPM, и условия перехода монитора из одного режима работы в другой.

Читайте также:

1. Режимы сбережения энергии в современных мониторах (стандарт DPMS)

2. О сохранении энергии в мониторах LG

3. Схемотехника TFT мониторов. Основные блоки мониторов и их функции. Основные концепции построения LCD-мониторов компании LG.