采用LpLVDS和CTL實現(xiàn)便攜式產(chǎn)品中的接口設(shè)計
亞太地區(qū)(尤其是中國)的手機和便攜設(shè)備市場是世界最大的市場。這些市場的競爭焦點不僅在于這類產(chǎn)品的成本和性能，而且在于它們投入市場的時間。在中國，本地手機供應(yīng)商占了總體市場過半。隨著中國手機制造商研發(fā)能力快速增長，他們能夠迅速在設(shè)計中采用無線射頻(RF)和基帶設(shè)計等新技術(shù)，工程師和最終用戶對于能夠縮短設(shè)計周期、降低成本和改善系統(tǒng)性能的技術(shù)極感興趣。以下將要討論基于下一代I/O技術(shù)的一些應(yīng)用。
設(shè)計挑戰(zhàn)
1. 高數(shù)據(jù)吞吐量需要新的信令方案
由于高端手機LCD顯示器的分辨率超過了SVGA(800×600)，而翻蓋式電話中應(yīng)用處理器和LCD模塊之間的RGB數(shù)據(jù)吞吐量甚至超過750Mbps(XGA模式，60Hz刷新速度)?，F(xiàn)有的晶體管-晶體管邏輯(TTL)技術(shù)在基帶控制器和LCD模塊之間的高擺幅(0V至VCC)限制了邏輯轉(zhuǎn)換之間的信號數(shù)據(jù)吞吐量，特別是低電磁干擾要求對邊緣速率提出了限制。對于數(shù)據(jù)傳輸速率較高的TTL技術(shù)，移動電話的翻蓋和機體之間的低帶寬柔性電纜也可能會增加誤碼率，以致需要返修和重新設(shè)計基帶，從而嚴(yán)重推遲產(chǎn)品上市時間。
此外，由于下一代拍照手機具有三百萬像素以上的分辨率，RGB數(shù)據(jù)吞吐量(在快拍時被讀回至基帶處理器)進一步把現(xiàn)有TTL技術(shù)推向極限。在所有這些因素下，業(yè)界需要一種新的信令方案來解決這類問題。
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圖1：各種接口信號技術(shù)的簡要比較 |
低電磁干擾幾乎成為所有手機設(shè)計人員普遍面對的設(shè)計挑戰(zhàn)。由于具有較大的振幅，為了快速切換邏輯狀態(tài)，傳統(tǒng)的TTL技術(shù)通常具有較高的邊緣速率，因而造成反射和電磁干擾問題。降低TTL信號的邊緣速率雖然可以減小反射和電磁干擾，但卻限制了數(shù)據(jù)吞吐量。這一問題在使用低帶寬柔性電纜發(fā)送信號的手機設(shè)計中更為明顯。為了達(dá)到更大的數(shù)據(jù)吞吐量，TTL邏輯的邊沿變化速率必須提高，但這也會造成更高的電流變化速率，并且會在一個較大的頻率段上引起更高的電磁干擾輻射。此外，在邏輯電平變換時發(fā)生的任何反射不僅會引起更多磁性輻射而且會增加誤碼率。對于手機設(shè)計而言，柔性電纜周圍的電磁干擾噪聲很大，因此需要更好的共模噪聲抑制能力，而這正是低電壓差分信令(LVDS)等差分信號技術(shù)的特點。
I/O解決方案
如上所述，低功耗、高吞吐量以及超低電磁干擾信令技術(shù)是便攜和消費產(chǎn)品應(yīng)用設(shè)計的關(guān)鍵。因此，類似LVDS的差分信令技術(shù)在改善數(shù)據(jù)吞吐能力、抗噪聲能力或電磁干擾性能方面成為系統(tǒng)的一個重要設(shè)計環(huán)節(jié)。LVDS的最大優(yōu)點之一是其在正和負(fù)輸出端的電流方向相反。如果輸出正負(fù)端靠得夠近，應(yīng)該能夠使電磁輻射相互抵消，這將大幅降低手機的電磁干擾和對手機本身通訊信號的影響。在手機等電池供電應(yīng)用要求更低功耗的情況下，具有較低VCC工作能力的降低功耗LVDS技術(shù)版本(LpLVDS)是滿足便攜設(shè)計需求的關(guān)鍵。除了LpLVDS，飛兆半導(dǎo)體還開發(fā)了下一代I/O技術(shù)，即電流傳送邏輯(CTL)，以提供更低功耗和更低電磁干擾的優(yōu)勢。
圖1所示為各種接口信號技術(shù)的簡要比較以及CTL技術(shù)在1Gbps速度下的眼圖。與傳統(tǒng)LVDS技術(shù)相比，CTL技術(shù)每個通道的功耗要小30%。同時，CTL I/O的電磁干擾比傳統(tǒng)LVDS技術(shù)低10dB，比TTL技術(shù)低20dB。使用圖1中的波形圖可以解釋原因，對于相同的時間間隔(這意味著相同的吞吐量)，CTL技術(shù)可以使用低很多的邊沿上升速率輕易地在邏輯“0”和“1”之間進行切換，而CTL的擺幅僅為65mV，較傳統(tǒng)LVDS技術(shù)的350mV量級相比小得多。較低的di/dt無疑能有效地減小磁性輻射。
數(shù)據(jù)傳送解決方案
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圖2：uSerDes在帶有RGB接口 |
設(shè)計實例
圖2所示為典型的LCD屏的“寫”操作，此處采用基于LpLVDS或CTL I/O技術(shù)的uSerDes，從基帶處理器向LCD顯示器傳遞RGB數(shù)據(jù)。這是雙處理器的翻蓋式智能電話設(shè)計中一種典型RGB接口。使用LpLVDS技術(shù)或CTL技術(shù)，應(yīng)用處理器上LCD接口輸出的16位TTL并行數(shù)據(jù)總線，被串行化成單一高吞吐量差分?jǐn)?shù)據(jù)流(D+和D-)。這種設(shè)計不僅有效地降低電磁干擾，而且因為省去了機體和翻蓋之間大量電纜和連接器，所以成本也得以顯著降低。此外，由于LpLVDS和CTL技術(shù)的電磁干擾輻射超低，因此無需采用電磁干擾濾波器，進一步降低了成本。
本文小結(jié)
隨著未來3G手機的高分辨率顯示器和相機等多媒體應(yīng)用需求的增長，設(shè)計人員將逐漸從現(xiàn)時的并行TTL接口技術(shù)轉(zhuǎn)向差分串行互聯(lián)技術(shù)。具有低電磁干擾、高吞吐量、低功耗、抗噪聲干擾等特性的接口技術(shù)，將成為超便攜和消費產(chǎn)品市場的重要組成部分，而這些產(chǎn)品市場包括了手機、攝像機、打印機，以及其它對功率和電磁干擾有限制的顯示終端。
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