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[導(dǎo)讀]1 引言當(dāng)今,配備數(shù)字RGB接口的TFF液晶顯示屏以其圖像清晰、接口簡(jiǎn)單和亮度高等特點(diǎn)而在電腦筆記本、GPS、機(jī)頂盒、WebPad等設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用,但是由于驅(qū)動(dòng)顯示屏的視頻信號(hào)頻率較高而無(wú)法直接進(jìn)行較遠(yuǎn)距離傳輸。

1 引言

當(dāng)今,配備數(shù)字RGB接口的TFF液晶顯示屏以其圖像清晰、接口簡(jiǎn)單和亮度高等特點(diǎn)而在電腦筆記本、GPS、機(jī)頂盒、WebPad等設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用,但是由于驅(qū)動(dòng)顯示屏的視頻信號(hào)頻率較高而無(wú)法直接進(jìn)行較遠(yuǎn)距離傳輸。為此,可以在圖形控制器到LCD之間的FPD(Flat Panel Display)鏈路中采用LVDS(Low Voltage Differential Signaling)技術(shù)來(lái)克服這一問(wèn)題,實(shí)際使用證明:經(jīng)它引接后的傳輸距離可擴(kuò)大至10米左右,從而充分滿足了液晶屏的一般應(yīng)用場(chǎng)合。

數(shù)字RGB視頻信號(hào)中除了包括圖像信號(hào)之外,還包括行同步、場(chǎng)同步、像素時(shí)鐘等信號(hào),其中像素時(shí)鐘信號(hào)的最高頻率可超過(guò)28MHz。低電壓差分信號(hào)技術(shù)(LVDS)的采用可以充分避免長(zhǎng)距離傳輸帶來(lái)的衰減和信號(hào)間的相互串?dāng)_,LVDS是一種低擺幅的差分信號(hào)技術(shù),它使得信號(hào)能在差分PCB線對(duì)或平衡電纜上以幾百M(fèi)bps的速率傳輸,其低壓幅和低電流驅(qū)動(dòng)輸出可保證低噪聲和低功耗,其優(yōu)點(diǎn)包括可支持高速數(shù)據(jù)傳輸、省電、噪聲小、電磁干擾微弱,成本低廉、集成度高等。

2 LVDS的應(yīng)用環(huán)境

圖1所示是一種LVDS技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境示意圖,其中處理器采用CIRRUSLOGIC公司生產(chǎn)的具有ARM內(nèi)核的EP7312嵌入式處理器,圖形控制接口芯片采用EPSON公司的SEDl356彩色圖形控制器,它使用2M字節(jié)的EDO-DRAM,F(xiàn)PD鏈路采用美國(guó)國(guó)家national半導(dǎo)體公司的21位LVDS發(fā)送/接收器DS90C363/DS90CF364傳輸套片,液晶屏采用SHARP公司的LQ64D34118位TFT6.4寸高亮屏,另外還配備有與之兼容的逆變器和觸屏。

SEDl356是一個(gè)可以適用多種CPU和多種DRAM的彩色LCD和CRT/TV的顯示控制芯片,它共有114個(gè)寄存器,可以靈活地對(duì)各種不同的顯示方式進(jìn)行設(shè)置,功能非常強(qiáng)大,CPU總線類型有SH-4/SH-3 Bus interface、MC68K Bus、MC68K Bus、MIPS/ISA、PowerPc、PC Card(PCMCIA)、Philips PR31500/PR31700/ToshibaTX3912及通用類型總線等。它可以同時(shí)輸出數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)(數(shù)字RGB、模擬RGB和復(fù)合視頻),并且這兩類信號(hào)可各自獨(dú)立,以便同時(shí)管理LCD和CRT/TV并顯示不同的圖象。SEDl356可以支持16色、256色和真彩色的色彩結(jié)構(gòu)。對(duì)于TV電路,該控制芯片可支持TV的NTSC制式和PAL制式顯示;而在NTSC制式中,它則可支持從400X 396到720X484的多種分辨率。

3 DS90C363/DS90CF364簡(jiǎn)介

3.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圖2是DS90C363/DS90CF364傳輸套片的內(nèi)部結(jié)構(gòu),該套片為18位FPD鏈路,工作電壓為3.3V,套片整體功耗小于250mW,采用48引腳TSSOP封裝,體積小巧。其中DS90C363發(fā)送器可將18bitRGB數(shù)據(jù)和3位LCD定時(shí)和控制數(shù)據(jù)(FPLINE/GHS(行同步)、FPFRAME/GVS(場(chǎng)同步)、DRDY/ENAB/GHREF(水平顯示使能))在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)轉(zhuǎn)換成混合的3組LVDS數(shù)據(jù)流,同時(shí)在第四組LVDS鏈路上將像素移位時(shí)鐘信號(hào)(FPSHIFT/CK)發(fā)送出去。時(shí)鐘信號(hào)的每個(gè)周期都將對(duì)上述21位數(shù)據(jù)和控制信號(hào)進(jìn)行采樣和發(fā)送。例如在65MHz發(fā)送時(shí)鐘頻率下,每個(gè)LVDS通道的發(fā)送速率可高達(dá)455Mbps,數(shù)據(jù)吞吐量為每秒170兆字節(jié)。為了方便使用,該發(fā)送器可通過(guò)一個(gè)專門引腳設(shè)置為上升沿或下降沿觸發(fā)。而DS90CF364接收器則可將接收到的LVDS數(shù)據(jù)流解混合,從而將其轉(zhuǎn)換成TIL/CMOS數(shù)據(jù),接收器要求的下降沿觸發(fā)不影響發(fā)送器觸發(fā)沿的選擇。該套片支持VGA、SVGA、XGA或更高的分辨率。在使用時(shí),設(shè)計(jì)者不需改變?cè)入娐返倪B接關(guān)系,其最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)10米。

該套片的主要特點(diǎn)如下:

支持20-65MHz范圍的像素移位時(shí)鐘;
具有節(jié)能模式(小于0.5mW);
帶寬最高可達(dá)170Mbyte/s;
吞吐量最高可達(dá)1.3Gbps;
工作溫度范圍為-40~85℃;
具有很低的電磁干擾(EMl);
兼容于TIA/EIA-644LVDS標(biāo)準(zhǔn);
靜電釋放(ESD)速率大于7kV。
3.2引腳功能

圖3給出了DS90C363和DS90CF364的引腳排列,其中發(fā)送器DS90C363的引腳功能如下:

TxIN0~TxIN20:TEL電乎數(shù)據(jù)輸入,其中包括6紅、6綠、6藍(lán)以及3個(gè)控制線-FPLINE(HSYNC)、FPFRAME(VSYNC)和DRDY(Data Enable);

TxOUT+:LVDS差分?jǐn)?shù)據(jù)輸出的正端;

TxOUT-:LVDS差分?jǐn)?shù)據(jù)輸出的負(fù)端;

TxCLK IN:TIL電平時(shí)鐘輸入,一般在其下降沿激活數(shù)據(jù)。

R_FB:可編程觸發(fā)選通;

TxCLK OUT+:LVDS差分時(shí)鐘輸出正端;

TxCLK OUT-:LVDS差分時(shí)鐘輸出負(fù)端;

PWR DWN:TTL電平輸入,當(dāng)設(shè)置為低時(shí)為三態(tài),以確保在節(jié)能狀態(tài)的低電流;

Vcc:用于TTL的電源引腳;

GND:用于TTL的電源地;

PLL Vcc:用于PLL,的電源引腳;

PLL GND:用于PLL的電源地;

LVDS Vcc:用于LVDS輸出的電源引腳;

LVDS GND:用于LVDS輸出的電源地。

接收器DS90CF364引腳功能如下:

RxOUT0~RxOUT20:TTL電平數(shù)據(jù)輸出,包括6紅、6綠、6藍(lán)以及3個(gè)控制線-FPLINE(HSYNC)、FPFRAME(VSYNC)和DRDY(Data Enable)。;

RxIN+:LVDS差分?jǐn)?shù)據(jù)輸入的正端;

RxIN-:LVDS差分?jǐn)?shù)據(jù)輸入的負(fù)端;

RxCLK OUT:TTL電平時(shí)鐘輸出,通常在其下降沿激活數(shù)據(jù);

RxCLK IN+:LVDS差分時(shí)鐘輸入正端;

RxCLK IN-:LVDS差分時(shí)鐘輸入負(fù)端;

PWR DWN:TTL電平輸入,當(dāng)設(shè)置為低時(shí),輸出為三態(tài),以便確保在節(jié)能狀態(tài)下的低電流;

Vcc:用于TTL的電源引腳;

GND:用于TTL的電源地;

PLL Vcc:用于PLL的電源引腳;

PLL GND:用于PLL的電源地;

LVDS Vcc:用于LVDS輸出的電源引腳;

LVDS GND:用于LVDS輸出的電源地。

4 設(shè)計(jì)應(yīng)用

本文所介紹的系統(tǒng)板設(shè)計(jì)并不是太難,但需注意以下兩點(diǎn):

(1)PCB板設(shè)計(jì)

最好使用4層板,從頂層到底層的順序依次為L(zhǎng)VDS信號(hào)層、地層、電源層、TFL信號(hào)層,這樣可使TIL信號(hào)和LVDS信號(hào)相互隔離,否則T1L可能會(huì)耦合到LVDS線上,鑒于上述原因,設(shè)計(jì)時(shí)最好將TIL和LVDS信號(hào)放在由電源/地層隔離的不同層上。安裝時(shí),LVDS發(fā)送器和接收器應(yīng)盡可能地靠近連接器的LVDS端。使用分布式的多個(gè)電容來(lái)旁路LVDS設(shè)備時(shí),表面貼電容應(yīng)盡量靠近電源/地層管腳放置,以進(jìn)行更好地濾波和防止電源干擾。電源層和地層應(yīng)盡量布一些粗線,以保持PCB地線層返回路徑寬且短,應(yīng)該利用地層返回銅線的電纜連接兩個(gè)系統(tǒng)的地層,可使用多過(guò)孔(至少兩個(gè))將其連接到電源層(線)和地層(線),表面貼電容可以直接焊接到過(guò)孔焊盤以減少線頭。所有未使用的LVDS接收器輸入管腳均應(yīng)懸空,同時(shí)所有未使用的LVDS和TIL輸出腳也應(yīng)懸空,并將未使用的TIL發(fā)送/驅(qū)動(dòng)器輸入和控制/使能管腳接到電源或地端。

(2)電纜選擇

使用受控阻抗媒質(zhì)時(shí),其差分阻抗約為100Ω,因而不會(huì)引入較大的阻抗不連續(xù)性,但就減少噪聲和提高信號(hào)質(zhì)量而言,平衡電纜(如雙絞線對(duì))通常比非平衡電纜好。電纜長(zhǎng)度小于0.5m時(shí),大部分電纜都能有效工作,距離在0.5-10m之間時(shí),CAT 3(Categiory 3)雙絞線對(duì)電纜的效果較好,因此,在距離大于10m并且要求高速率時(shí),建議使用CAT 5雙絞線對(duì)。如需在噪聲環(huán)境中提高可靠性,最好選用帶屏蔽層的電纜,每對(duì)電纜之間一定要靠緊,并且應(yīng)在盡量靠近接收器的每對(duì)平行線正端和負(fù)端之間連接一個(gè)100Ω的表面貼終端電阻,該電阻可在設(shè)計(jì)時(shí)起到終止環(huán)流信號(hào)的作用。另外在接收端串接一個(gè)變壓器可以減小干擾并避免LVDS驅(qū)動(dòng)器和接收器地電位差所產(chǎn)生的影響。

該芯片組的應(yīng)用連接示意圖如圖4所示,設(shè)計(jì)時(shí)可參照該圖進(jìn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹的LVDS傳輸套片還可運(yùn)用于其它具有數(shù)字RGB視頻接口的控制芯片。對(duì)于美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司出品的其它FPD鏈路專用LVDS傳輸套片,也可借鑒本文所介紹的方法來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試。

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