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開發專欄

THine訊號傳送產品的起源, 從筆記型電腦用SerDes IC開始

1991年,THine Elctronics的前身--THine・Micro Systerm研究所成立。成立當時以「半導體新興企業的旗手」之姿,在業界受到了很大的關注。 其契機就是支援LVDS的SerDes IC(後續以LVDS SerDes IC表示)產品化。該產品為多數的個人電腦及電視機製造商所採用, 也因此THine Electronics獲得了飛躍式的成長。 這次我們將對於LVDS SerDes IC的開發背景及往後的的產品展開進行解說。

數位設備自從問世以來,就持續不斷地提高其處理性能.例如微處理器的涵數演算性能不斷提升, 記憶體的儲存量倍數增加,液晶顯示器的顯示解析度提高,

image sensoer的拍攝像素也不斷向上提升.相對的就需要能支援高速化的訊號配線,因為單位時間所必須傳送的資料量也增加了。

然而,並非只有高速化的訊號配線這麼單純. 訊號配線上所傳送的是數位化的資料,實際卻還是類比傳送方式.當訊號鈍化會造成資料無法正確地傳送,

或受到週邊其他信號配線的干擾,或對外部週邊生電磁干擾(EMI)

像這樣[資料無法正確地傳送]的問題,1990年代數位化品開發以來,就頻頻有所耳聞,甚至有PC廠商因為無法順利解決這類問題而導致無法正常出貨,

有些情況是, PC中大量採用的液晶面板因這類的問題無法解決,迫使面板廠商轉而投入低價市場,造成面板價格大崩落的嚴重事態。

LVDS成為救世主

zoom1995年問世, 利用LVDS物理層的Serializer與De-serializer, 意及LVDS SerDes IC, 成了解決這類問題的救世主。    
                          
 LVDS物理層,是一種小振幅350mV的差動傳送技術 (1)

因為振福小的緣故,訊號轉移快速,可以低耗電下進行高速傳輸,.更因是差動方式,除了抵銷同相干擾,同時也削減EMI.與過去TTL/CMOSsingle-end傳送方式相比,在抑制EMI的同時,能在更低耗電狀態下高速並傳送更大量的資料.如今, LVDS物理層的資料傳送速度,

在標準規格「ANSI/EIA/TIA-644」中被定義為655Mbps, 而實際上也適用數Gbps的用途。
 

LVDS SerDes IC最初是被採用於NotePC, 連接圖像控制晶片與液晶面板中配備的液晶控制IC介面的配線.也就是連接液晶面板與主板,[鏈接部]上通過的配線(2)

 
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在當時NotePC的液晶面板解析度為1024x768(XGA), 色深度RGB6bit, pixel rate65MHz, 這樣規格下的影像傳送速度達到1.36Gbps

如果使用既有parallel bus構成的single-end方式傳送是非常困難的.而此時身為救世主的LVDS SerDes IC登場了。

(3.利用4LVDS lane傳送1.3Gbps的影像訊號方式)

具體來, RGB6bit的影像資料與垂直同期訊號(V sync), 水平同期訊號(H sync.)D訊號共21bit分為3lane,另外1 lane傳送所需要的clock訊號。

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THine登場,進而成長

THine投入LVDS SerDes IC市場的時期是1997年2月.在當時液晶面板正大量被應用於NotePC, Desktop及顯示器。

市場已經有其他競爭對手擁有LVDS SerDes IC, 而THine Electronics憑藉著豐富的品種類,及低EMI,JIT特性優異的優勢獲得日本國主要PC業者的採用

之後更獲得生消費型薄型電視品的廠商採用.可以, LVDS就是THine Electronics的代名詞。

當然,數位品的高性能化步不曾停歇,液晶面板的畫素持續提升.接著XGA之後的SXGA(1028x1024), UXGA(1600x1200), WUXGA(1920x1200)

色深度理所當然由RGB 6bitRGB8 bit, 影像傳送介面的速度不斷提高。

8B10B變換方式開始適用

隨著影像傳送介面高速化及液晶面板大型化,使用既有LVDS SerDes IC方式傳送資料逐漸困難,是因為資料訊號與clock信號的同步處理變得困難。

那麼, 就像parallel bus方式一樣, 把資料與clock訊號用不同的差動線傳送吧.但如此一來因為傳送速度愈快,傳送波形鈍化或混亂的情形愈容易發生,

加上面板大型化,傳輸線變長,傳輸線長度偏差也容易發生.造成接收資料訊號與clock訊號的timing生偏差, 導致無法正確傳送的結果。


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此時
,dataclock訊號利用一條差動線來傳送的[embedded clock]技術因應而生.因使用相同差動線同時傳送dataclock訊號,

接收的timing理論上就不會發生偏差, 這樣影像傳輸介面高速化就可能實現。

然而薄型電視的解析度提高到1920x1080(HDTV), frame rate增加2(120fps), 4(240fps), 甚至是3860x2160(4K2K)解析度,

結果更高速的影像傳輸介面需求又再度出現. 這時候,被使用於公共通信建設或高性能運算,高品質的資料傳送技術[8B10B變調方式]派上了用場(4)

THine Electronics將此一SerDes IC方式取名為V by One HS,並於2007年公開技術仕樣.在當時締造傳送速度高達3.75Gbps/lane的極致.
使用多數的傳輸lane,更可以擴大資料傳送的頻寬.2009品化以後,對應1920x1080 HDTV 2倍速,4倍速的薄型機種先後問世,拜其所賜V by one HS 的採用一舉擴大, 並為薄型電視市場作出了一定的貢獻(圖5)

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不只有影像傳送的應用

伴隨著LVDSV by One HS的製品化, THine Electronics奠定了在液晶面板業中傳輸介面IC製造商龍頭的地位.現在,不只有薄型電視,

多功能事務機器(MFP), 車載用途的顯示機器,監控攝影機以及機器視覺等等應用中的影像傳送介面也獲得採用。

但需要留意的是,不論是LVDSV by One HS, 決不只是僅限於畫素/影像傳送的專用技術.不管是LVDS8B10B,都是一般的資料傳送技術

都適用於連接A點與B點間一般的高速傳送介面。

那麼,LVDSV by One HS這些SerDes IC在甚麼應用, 要如何使用, 才能為電子機器的設計者帶來最大的便利性?

今後,我們將會就各SerDes IC進行詳細的解

*SerDes : Serializer/Deserializer
*LVDS : Low Voltage Differential Signaling

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