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开发专栏

THine的信号传送产品的历史是从笔记本PC用SerDes IC开始的

1991年,THine Elctronics的前身--THine・Micro Systerm研究所设立了。设立当时即作为「半导体中小新兴企业的旗手」,在业界受到了很大的关注。契机即为对应LVDS的SerDes IC(之后将以LVDS SerDes IC来表示)的制品化。这一产品被广大电脑生厂商和电视机生产商所采用,THine Elctronics得到了飞跃性发展。这次我们就将对LVDS SerDes IC的开发背景和之后的产品展开进行解说。

数字设备自其登场以来,一直持续不断地提高其处理性能。例如:微处理机的演算性能从指数到函数不断提高;记忆存储容量也持续倍增;液晶平板的显示分辨率(像素)在不断提高;图像传感器的摄影像素也一直不停地在扩大。这样各方面性能的提高,就需要连接这些机能的信号配线也必须高速化。因为在单位时间内必须传送完成的数据量也是同步增加的。

然而,信号配线的高速化并不是如此简单。因为信号配线所流传的虽然是数据信号,但实际却只起到了模拟信号的作用。由此产生的信号钝化会造成数据无法正确传送;与相邻的信号配线传送的数据混淆;或向外部放射出电磁噪音(EMI)等后果。

这一系列「信号无法正确传输」的问题,从1990年代中期开始,在数据设备开发现场频繁出现。甚至出现了无法实际解决这些问题,最后导致笔记本电脑等商品无法出货的厂家。另一个实例是为笔记本电脑订购的大量液晶显示屏发生信号传输问题导致无法出货,走投无路的液晶显示屏厂家只能廉价抛售入市场,导致液晶显示屏市场单价暴跌的情况产生。

LVDS成为了救世主

zoom为解决这些问题而生的救世主就是1995年登场的使用了LVDS物理层的串行转换器(Serializer)和串行解串器(Deserializer)--即LVDS SerDes IC。

LVDS物理层是一种振幅在350mV的小差动传送技术(图1)。

由于振幅小,信号的转移就快,能完成高速传送且耗电量低。且由于是差动方式,能在消除同相噪音的同时降低EMI。与一直以来常用的TTL/CMOS等级的单端传送方式相比,能在抑制EMI的同时,以低耗电量达到快数十倍的数据传送速度。现在,LVDS物理层的数据传送速度在标准规格「ANSI/EIA/TIA-644」内被限定在最大655M比特/秒;但实际上在数G比特/秒的用途上仍可适用。

LVDS SerDes IC最初是被采用在连接笔记本电脑的图像控制IC和液晶显示屏上配备的液晶控制IC的图像接口用配线上。也就是在连接液晶显示屏和本体的「链接部」上通过的配线(图2)。
 
zoom


采用当时的笔记本电脑液晶显示屏的像素为1024×768像素(XGA)。色深度为RGB各6比特,像素率为65MHz。这种情况下,图像接口的数据传送速度能达到1.3G比特/秒。既存的采用并联总线构造的单端传送方式要对应这一要求就很困难。这时,LVDS SerDes IC就作为救世主登场了。

zoom通过将1.3G比特/秒的图像接口信号,用4lane的LVDS信号来传送以解决问题(图3)。
 
具体来说,是用3lane来传送RGB各6比特的图像数据和垂直同期(V)信号、水平同期(H)信号及D信号的21比特;剩下的1lane来传送时钟频率信号这样的构造。

THine登场,并实现飞跃

THine Elctronics向市场投入LVDS SerDes IC是在1997年2月。被广泛采用在了笔记本电脑和电脑用液晶显示器上。

当时,竞争企业也已完成了LVDS SerDes IC的制品化;但THine Elctronics的产品,不仅品种齐全种类丰富,还具有低EMI、振动性好等优点。这些优点得到了日本国内大型电脑生厂商的青睐。且之后被使用在了所有大型民生设备厂商的薄型电视机上。可以说LVDS成为了THine Elctronics的代名词。

当然数据设备的高性能化不会止步。液晶显示屏的像素在不断增长。XGA之后是SXGA(1028×1024像素);之后又是UXGA(1600×1200像素);再之后是WUXGA(1920×1200)...如此这般。色深度也理所当然地从RGB各6比特开始转变为RGB各8比特。与之对应的图像接口的数据传送速度也在不断提升。

8B10B变调方式开始适用

随着图像接口的高速化及液晶显示屏的大型化不断发展,既有的LVDS SerDes IC已难以完成数据的传送。理由是数据信号与时钟频率信号的同期开始变得难以完成。

zoom如前所述LVDS SerDes IC与并联总线一样--是将数据信号与时钟频率信号通过不同的差动line来传送的。因此速度越快,传送波形的钝化及混乱就越容易产生。而显示屏的大型化使配线变长的话,传送路线长度的偏差就容易出现。结果造成数据信号和时钟频率信号的收信时差不一,就会使信号无法正确传送。

这时将数据信号与时钟频率信号以1根差动line来传送的「嵌入式时钟频率」技术登场了。因为使用同一根差动line来传送,所以即便数据传送速度提高,数据与时钟频率的收信时间理论上也不会有差异。这一技术使对应影像接口高速化成为可能。

然而,薄型电视机的分辨率开始增加到1920×1080像素(HDTV);祯速达到2倍速(120祯/秒)、4倍速(240祯/秒);再之后分辨率增加到3860×2160像素(4K2K)。结果,影像接口的传送速度再度被要求更高速化。

这时就需要通信基盘和高性能计算时使用的高品质信号传送技术--「8B10B变调方式」(图4)。
 
zoomTHine Elctronics将导入了这一方式的SerDes IC命名为「V-by-One® HS」,在2007年公开了这一技术规格。当时的数据传送速度最大可达1lane 3.75G比特/秒,是非常高的速度了(图5)。
 
使用多条lane就可大幅扩大数据传送的带宽。2009年制品化之后,1920×1080像素的HDTV对应液晶电视机上2倍速和4倍速的机型陆续登场。受其影响一口气得到了广泛的采用,为薄型电视机市场的扩大做出了一定的贡献。

其应用不仅仅在图像传送上

LVDS与V-by-One® HS的制品化,固定了THine Elctronics在液晶显示屏用接口IC生产商内第一人的地位。现在,不仅是在薄型电视机上,在多功能打印机(MFP)、车载影像设备、安防摄像机、机器视觉用摄像机等图像/影像接口上都有被采用。

但需要注意的是:无论是LVDS还是V-by-One® HS,都决不是图像/影像接口的专用技术。LVDS与8B10B变调方式都只是一般的数据传送技术。因此,也适用于连接A地点与B地点的普通高速接口。

那么,LVDS与V-by-One® HS这些SerDes IC在什么用途下、怎样使用,电子设备的设计者才能得到最大的利益?今后,我们会就各SerDes IC进行详细解说。

 

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