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超越LVDS的V-by-OneⓇ HS正在車用設備和醫療設備等汎用的interface上大顯身手

V-by-OneⓇ HS被使用在液晶電視上,如今已成為了「De facto・Standard(實際上的標準規格)」。但它的用途並不僅限於搭載液晶電視上的影像/圖像interface。V-by-OneⓇ HS已經在液晶電視以外各種通用用途上被廣泛使用。

採用8B10B以提高其可靠性

V-by-OneⓇ HS在各種高速訊號傳送用途中越來越得到廣泛應用的理由,主要是它能高達最大4Gbit/秒的數據傳送速度。但其同樣優秀的可靠性也越來越得到重視。

具有如此高的可靠性,歸功於它採用了8B10B轉換(符號化)的方式。8B10B轉換是1980年代前半期開發的技術,廣泛應用在1990年代後半期的High Performance Computing(HPC)的interface「InfiniBand」、無線通訊基地的interface「CPRI(Common Public Radio Interface)」以及「OBSAI(Open Base Station Architecture Initiative)」的Optical interface等用途上(圖1) 。這些用途都不能允許絲毫的錯誤。


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那為甚麼使用8B10B轉換技術能提高產品可靠性呢?主要有兩個理由。

第一個理由是,透過8bit切換成10bit,能限制低頻率範圍在20%。換句話說,低頻段的20%可以被排除。
ISI Jitter(ISI:Inter-symbol interference)是為了讓振幅大的低頻率向振幅小的高頻率波形重疊,其效果非常顯著。在超過Gbit/秒的高速資料傳輸及傳送距離遠而損耗大的情況下,這種ISI Jitter能夠被抑制並能相對提高傳送品質。

另一個理由是,它幾乎能夠完全確保DC平衡。也就是說即使AC結合也不會改變訊號品質。這樣就可以一次解決Data coding相關的Baseline · Wonder、DC不平衡、Killer packet、Paso logical pattern等所謂訊號傳送的DC平衡問題。

我們來具體說明一下這個機制。8B10B轉換是將原有8bit的輸入訊號分為上段3bit和下段5bit,
然後分別將上段的3bit轉換成4bit(3B4B轉換);下段的5bit轉換成6bit(5B6B轉換)。無論那一段,都是根據事先定好的轉換來將數據轉換為符號。每種符號都具有正(+)負(-)兩種記號。8B10B code表上稱之為「RD+/-(Running Disparity)」。前一次的Running disparity為正的話下一次就為負;前一次為負的話下一次就會輸出正的符號。根據這個code表的轉換, 就能使「0」或「1」不會連續5bit以上,並且也能消除1和0之間數量的不平均(Disparity)。1與0的數量差也能持續保持在±1以内。因此,幾乎可以完全確保DC平衡。

日趨廣泛地被用於車用鏡頭

作為採用V-by-OneⓇ HS的廣泛用途代表性例子有:車用鏡頭的影像/圖像interface。V-by-OneⓇ HS的最大數據傳送速度高達4Gbit/秒,因此可僅用一條Cable傳送高解析度資料和複數鏡頭拍攝的數據(圖2)。在降低成本及重量的同時,也提高了可靠性。

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此外,也廣泛的應用在醫療用電子設備及多功能事務機(MFP) 、娛樂機器等的影像訊號及圖像訊號的傳送上。影像/圖像訊號它用於兩個印刷電路板、Image sensor和控制單元、印刷電路板和液晶面板等交換訊號之間。使用V-by-OneⓇ HS的話,則能增加影像解析度和加強幀率提高。不僅如此,還可以使用較細的Cable,或者延長Cable的長度。

我們來看一下具體的實際例子吧。譬如用V-by-OneⓇ HS來連接Image sensor和控制主板時,可以使用0.32mm(AWG28)和0.25mm(AWG30)的銅線,而且即使這麼細也能傳送數米的距離。加上,Cable又細又柔軟, 因此,即使在電子設備的狹窄外殼內也能容易的佈線。
但是,若看到V-by-OneⓇ HS的SerDes Chip的DataSheet上會出現DE (Data Enable)訊號及Hsync (水平同步)訊號、Vsync(垂直同步)訊號等不同的訊號名稱出現,這些都是控制影像/圖像數據傳送時的訊號名稱。因此,有些工程師會問「V-by-OneⓇ HS是影像/圖像數據專用的interface技術嗎? 」但事實並非如此。它可以採用8B10B轉換方式,來做為一般數據通訊用的SerDes Chip使用。

具體來說,首先Hsync訊號及Vsync訊號不使用也沒有關係。DE(DataEnable)訊號在8B10B轉換方式中一般用於「K code(K28.5)」的插入。K28.5是K code中的一種,用於標示10bit訊號。不使用Hsync訊號及Vsync訊號,僅將DE訊號做為控制訊號(K28.5的插入)來使用,這樣一來V-by-OneⓇ HS就可以做為通過數據等數據通訊用的一般SerDes Chip來使用。換句話說, V-by-OneⓇ HS是「採用8B10B轉換方式以達到高速4G bit/秒的汎用SerDes Chip」。


這在高速Serial interface的物理層面上可以說是類似於「PCI Express Gen2」的存在。PCI Express Gen2也是一種使用8B10B轉換的Clock Embedded技術。不同的是PCI Express Gen2的最大數據傳送速度高達5G bit/秒;且它必須遵循更高層次的protocol。

因此, V-by-OneⓇ HS更能做為一般數據通訊用的interface來靈活運用。再者,它還有protocol中特有的handshake處理和overhead等特徵。當然,上層的protocol還可以根據需求自由的配置。

 

準備眾多的對應產品

THine Electronic已經產品化了眾多對應V-by-One®HS各種傳輸(Transmitter)IC和Receiver(接收器)IC(表1)。
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為對應LVCMOS輸入訊號1Lane中最大資料傳輸速率有4GBbit/秒的Transmitter IC準備了「THCV231」と「THCV235」。(圖3中的左側)。可對應Clock頻率24M~160MHz的範圍。
雖然V-by-OneⓇ HS interface基本上是單Lane,但根據設備的不同也是有多Lane的產品。 它可以根據所需的範圍進行選擇。。


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THCV 231和THCV 235之間的區別在於包裝。THCV 231採用32 pin QFN的封裝, 主要搭載在需要小型化的電子設備中。另一方面, THCV 235則被放置於64 pin QFN包裝中。與這些Transmitter IC相對應的Receiver IC是「THCV236」(圖3右側)。輸出訊號是LVCMOS。 封裝是64 pin QFN。

我司還準備了與LVDS的輸入和輸出訊號對應的Transmitter IC和Receiver IC。對應於1個port 的LVDS Transmitter IC是「THCV233」,而Receiver IC是「THCV234」(圖4)。V-by-OneⓇ HS interface是 1 lane,其產品的最大數據傳輸速率為3.4 G bit /秒。

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對應2個port的LVDS Transmitter IC是「THCV215」, Receiver IC是「THCV216」。V-by-OneⓇ HS interface有2 lane, ,其產品1 lane的最大數據傳輸速率為3.75G bit /秒(圖5)。

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除此之外,我司還準備了4個port的LVDS Receiver IC-「THCV226」。雖然沒有4個port的Transmitter IC,但設想將兩個port 輸出的Serializer IC「THCV215/217」兩個並列,做為Transmitter電路集成的ASIC等去使用。V-by-OneⓇ HS interface為4 lane,最大資料傳送數度為3.4G bit/秒,因此,總頻寬可高達13.6G bit/秒(有效頻寬10.88G bit/秒),有著非常寬廣的範圍(圖6)。

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另外,我們還有對應MIPIⓇ CSI-2輸入的Transmitter IC「THCV241-Q」。MIPIⓇCSI – 2的輸入訊號的lane數有4條, V-by-OneⓇ HS interface的lane數則有2條(圖7)。 車用鏡頭及監視器等應用適用於MIPIⓇ CSI-2 interface,可實現延長Cable長度、減少lane數等功能。

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V-by-OneⓇ HS不僅在液晶電視上,在車用鏡頭和監視器、Machine vision等用途上,都能使像素和幀速大幅度的提高。因此,今後也會持續在更廣泛的不同領域及用途上大顯身手。
※「MIPI®」是MIPI Alliance, Inc.的註冊商標。

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