THine ARTICLES

饱含热情的THine电子员工语录及小故事集。
此外,还会介绍一些已经经过客户评测过的解决方案。

开发专栏

详细解说LVDS SerDes的基本原理,突出其高速、远距离、低杂音的特征

它是连接液晶屏和逻辑板之间的串行接口。在第一次连载中,我们回顾了它的历史,解说了这一技术的变迁、性能提高的过程以及应用的变化等。在本次的第二次连载中,我们会把焦点集中在LVDS(Low voltage differential signaling)技术上,就其基本原理和特征,以及发售中的产品等进行详细解说。

15年以上支撑着电脑市场

我们可以毫不夸张地说--LVDS(Low voltage differential signaling)技术开拓了串行接口的历史。在1990年代中期,LVDS SerDes(串行转换器/串行解串器)被使用于市场需求急速扩大的笔记本电脑上,销售数量急剧猛增。LVDS为笔记本电脑在世界上的普及起到了一定的作用,为液晶显示器在市场上站稳脚跟做出了很大的贡献。

使用于笔记本电脑的LVDS SerDes在那之后,被集中用于电脑用芯片组和液晶时间控制器IC(TCON),以应对UXGA和WUXGA之类高分辨率液晶屏所需,被持续使用了15年以上。笔记本应用上从2012年左右开始慢慢被eDP(embedded DisplayPort)替换。但可以说LVDS SerDes直到近期仍是支撑着笔记本电脑市场的存在。

但LVDS SerDes并不是连接液晶显示屏和逻辑板的“专用”接口技术。分析一下这一技术的内容就会一目了然--它是一种连接A点与B点的普通的串行接口技术。因此,他可以在各种不同的接口用途上适用。那么在哪些用途上如何使用才能更好地发挥出LVDS SerDes的性能呢?下面我们就来详细说明。

发挥高速的数据传输的作用

要灵活使用LVDS SerDes,首先需要理解物理层面的LVDS技术。
zoom
 
LVDS是1995年作为「ANSI/TIA/EIA-644」制定了标准规格的串行接口用物理层规格(图1)。通过驱动3.5mA的稳定电流电源,可在100Ω終端时,以350mV这样非常低振幅的差动信号来高速传送数据。其数据传输速度在规格内限定最大为655Mbit/秒。但这并不是极限值。通过各半导体厂商独有的加工,可以完成3Gbit/秒左右的高速传输速度。

LVDS的差动信号波形的具体示例请见图2。
zoom

将2根差动信号--正电极信号(A+)和负电极信号(B−),以1.2V的共同电压(Voc)为中心,使2个信号间以350mV的电位差摆动。然后,用探针测定示波器的差动,会得到图2这样的信号波形。这就是两个信号的振幅差((A+)−(B−))。以差动探针测定,就能得到振幅差的计算结果。但是这样的信号波形并不是物理存在的。
图3是LVDS接收器的共通电压范围。
zoom
 
如图所示:LVDS接收器其可收信的共通电压范围很广。送信(发送机)方以1.2V的共通电压输出后,收信(接收器)方的共通电压只要在0.2~2.2V的范围内就能接收信号。
此外,LVDS SerDes是以低振幅的差动信号来传送数据,因此可以抑制多余的辐射杂音(EMI:Electro-Magnetic Interference);防止EMI混入其他的回路中造成不良影响之类的事态发生。这也是它多被使用在对杂音较敏感的电子设备上的理由之一。

zoom也就是说LVDS SerDes具备能高速和远距离地传输数据、对共通电压耐性高,且多余辐射少等优点。它最合适的用途就是用于需要这些优点的电子设备上。比如复合机(MFP)。
 

LVDS SerDes在MFP中除了可以用于液晶显示用接口以外;将扫描仪(图像传感器)取得的图像数据传送到实行图像处理的主板上时也可使用。装置内其实有一定的距离(图4)。使用LVDS SerDes的话,扫描仪与主板相距较远也没问题。虽然与所使用的配线的扭曲度和电力损失程度有一点关系,但仅用细小的配线传输数米之类的完全不会成问题。对于这类需要机箱内高速数据传输的电子设备,LVDS SerDes可以被很好地应用。
 

对配线扭曲和共通电压耐性强

现在,LVDS SerDes有多种产品在销售中。接下来将以THine Electronics的产品系列为例进行详细介绍。
图5是LVDS SerDes的基本构成。
 zoom

输入串行转换器的信号数据为7bit×4根=28bit。将这些数据转换成串行的LVDS信号,传输到串行解串器上。同时另行传送时钟信号。串行解串器会通过传送到的时钟信号调整时间来接收信号,将7bit×4根的LVDS信号转换成TTL/CMOS数据并输出。THine Electronics提供的LVDS SerDes的特征可列举为以下6点(表1)。
zoom

1、在工作电压为3.3V的普通产品以外,可在串行转换器上按照LVDS规格的同时提供1.8V的低工作电压的产品。一般情况下电源电压降低,LVDS规格中限定的1.2V的输出共通电压(Voc)就很难保持。在一些同行业的竞争对手生产的低电压产品中,Voc就常常会低于1.2V。但THine Electronics的「THC63LVDM87」和「THC63LVD827」可在达到1.8V的低工作电压环境时,输出共通电压(Voc)在到达收信侧的串行解串器时仍能维持最合适的1.2V。

2、产品涵盖可应对单连接和双连接的各个系列。比如RGB各10bit的图像信号传送用单连接的串行转换器「THC63LVD103D」和串行解串器「THC63LVD104C」,其双连接版则为串行转换器「THC63LVD1023B」和串行解串器「THC63LVD1024」。使用双连接产品可以简单地使数据传送带宽放大。比如单连接产品最多只能对应1080I;但使用双连接产品可以对应1080P。此外,我们还有RGB各8bit的双连接产品,具体产品有串行转换器「THC63LVD823B」和串行解串器「THC63LVD824A」等。这些产品可以应用于基板间及机箱内通路宽度较宽的数据通信用途上。

3、我们还有可以选择使用脉冲上升沿或脉冲下降沿来控制取得数据的时间的产品。在液晶屏等用途上会用脉冲下降沿;但一般的数据传输时所使用的串行接口则会使用脉冲上升沿。我们的产品中产品型号上如LVDR这样带「R」的产品是对应使用脉冲上升沿的;LVDF这样带「F」的产品则是对应使用脉冲下降沿。「LVDM」和「LVD」的产品则可以同时对应两种方式;可以通过pin设定来决定使用哪一种。

4、我们还有RepeaterIC产品。型号是「THC63LVD1027」。使用RepeaterIC,可以在接收LVDS SerDes输出的信号后,吸收通过配线时产生的扭曲及波动,调整成电压轴和时间轴都在理想状态下的LVDS信号后再一次传输(图6)。
zoom

这样就可以使数据的传输距离(配线长度)大幅度加长。将其设置在传送路径的中部可使传送距离(配线长度)延伸2倍。此外,还能使至今仍很困难的1个频的图像信号输入分配到2频这样一种LVDS SerDes的信号分配成为可能(图7)。
zoom

5、可对应的时钟频率范围在8M~160MHz这一较大范围。比如「THC63LVD103D」等产品就能对应较大的时钟频率范围。频率范围大就能适用于各种并串通路;也能提高设计的灵活性。

6、我们还有将LVDS的输出控制在更低振幅的产品。如前所述:LVDS SerDes一般在3.5mA的电流电源与100Ω的終端阻力下使用。因此振幅也在350mV。使用LVDS低振幅型的RS(Reduce Swing),可使振幅降低到200mV。因此可以抑制EMI达到低耗电。

此外,我们还有适合搭载在摄像机模组等小型电子设备上的、实际面积为5mm×5mm及超小的49pin VFBGA封印产品;适用车载设备的则有工作温度范围在−40~+105℃这样广的范围下的产品;这些都是我们的特点。

综上所述,THine Electronics有着众多LVDS SerDes产品,可以对应各种不同用途。但是,仅靠LVDS SerDes还不能满足所有的串行接口需求。要对应要求有4K的倍速和鲜艳的色彩、8K这样的高分辨率信号以及高速的远距离传输的用途就比较困难。因此THine Electronics开发出了更高速的串行接口技术--「V-by-OneⓇ HS」。下一次的第3次连载我们就来解说一下V-by-OneⓇ HS的基本原理和它的产品线吧。
 
※各图的补充说明

图6 LVDS RepeatereIC的使用例(1)

对应双频的LVDS SerDes RepeaterIC 「THC63LVD1027」的使用例。加入到传输路径中以延长传输距离。

図7 LVDS RepeaterIC的使用例(2)
对应双频的LVDS SerDes RepeaterIC 「THC63LVD1027」的使用例。将1频的图像输入分配成2频后输出;可用于1对2的信号分配。


226__RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY__

  • __RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY__
__RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY____RCMS_CONTENT_BOUNDARY__

返回目录

相关产品

100_ext_30_zh_CN_0_S.jpg

LVDS
THC63LVD系列

请点击此处进行购买

相关解决方案

226_ext_30_zh_CN_0_S.jpg

多功能打印机
复合机、喷墨打印机、扫描机