關(guān)鍵詞： 航空 , 汽車 , 雙線接口 , 顯示產(chǎn)品

隨著LCD的應(yīng)用朝向其他非傳統(tǒng)的電腦或消費(fèi)性電子產(chǎn)品的領(lǐng)域中擴(kuò)展，現(xiàn)有的LCD嵌入式數(shù)位接口的能力已無法滿足新一代技術(shù)挑戰(zhàn)的要求。最常應(yīng)用的嵌入式數(shù)位接口LVDS（低壓差動訊號發(fā)送），在其所支援的運(yùn)輸（汽車和航太電子）與工業(yè)市場中即將被淘汰。為了滿足和面對上述技術(shù)的挑戰(zhàn)，市面上已有一款新型接口芯片組1，此款產(chǎn)品具有與LVDS類似的特性，借由利用創(chuàng)新的嵌入式時(shí)脈控制方案與更寬的資料串行比，大幅地減少了互連數(shù)量，其結(jié)果只需要一個(gè)差動對（雙線）來實(shí)現(xiàn)互連。此外，這款新型接口產(chǎn)品還能夠支援長電纜驅(qū)動和交流耦合。為了充分了解這款產(chǎn)品的重要性，以下筆者將對所要面臨的需求和挑戰(zhàn)進(jìn)行詳細(xì)的評估。  

挑戰(zhàn)  

無論接口在本質(zhì)上是屬于數(shù)位的還是類比的，下面列出了運(yùn)輸與工業(yè)市場中，對于所有顯示器接口的標(biāo)準(zhǔn)要求：  

* 減少互連數(shù)量  
* 支援大范圍的工作溫度范圍： - 40° C到105° C  
* 電化或電隔離（交流耦合）  
* 長距電纜驅(qū)動能力：長達(dá)10公尺  

在商業(yè)電子或電腦應(yīng)用中大多數(shù)都選擇數(shù)位接口（LVDS 和HDMI），采用數(shù)位接口不但能夠降低整個(gè)系統(tǒng)的成本，還可以大幅地提高整個(gè)前面板的影像品質(zhì)。  

減少互連的數(shù)量后，除了可以大幅地降低整個(gè)系統(tǒng)成本，也能夠?yàn)樵诳臻g受限的應(yīng)用中為系統(tǒng)的布線和組裝提供更大的靈活性。更值得一提的是，互連數(shù)量的減少將簡化接口和/或其他通過底座的電線束的布線工作。  

由于在運(yùn)輸和工業(yè)應(yīng)用中，接口會暴露于嚴(yán)酷的戶外環(huán)境，因此這些應(yīng)用均要求所有接口在其額定頻寬內(nèi)，必須能夠在很寬的溫度范圍（- 40° C到105° C，可能還不是最極限的范圍）中可靠地工作。  

接口透過交流耦合實(shí)現(xiàn)的電化/電隔離能帶來許多好處。從接口硬體的角度來看，交流耦合為子系統(tǒng)提供相互之間的電隔離。在運(yùn)輸相關(guān)的環(huán)境里（如汽車、航空和火車等），此一隔離使得接口能于具有不同電位的網(wǎng)路中，與一些子系統(tǒng)進(jìn)行交互運(yùn)作。電隔離的另一個(gè)好處是其為顯示子系統(tǒng)所提供從接口到電源的短路保護(hù)。這是因?yàn)樵谌魏坞姵毓╇姷淖酉到y(tǒng)中，短路保護(hù)的功能是必要條件。交流耦合所帶來的另一個(gè)好處就是使接口工作能夠不受任何硅制程的電壓/幾何形狀影響。例如在某些情況下，資料源接口可能需要在1.8V的制程電壓下工作，而接收器接口卻需要在3.3V的硅制程電壓下工作。長距電纜驅(qū)動則是另一個(gè)必要條件。在資料源（圖像處理器、DSP和處理器）和處理器"（處理器或LCD）之間的距離可能大于10公尺的應(yīng)用中，接口必須在不依靠任何附加的訊號恢復(fù)和/或電緩沖元件的情況下，能夠支援達(dá)10公尺或更長距離的電纜。例如，汽車中的后座娛樂系統(tǒng)、機(jī)載娛樂系統(tǒng)，以及公車或地鐵運(yùn)輸系統(tǒng)中的資訊娛樂系統(tǒng)中，顯示器都會被放置在遠(yuǎn)離資訊源的位置。  

成果  

為了面對這些嚴(yán)苛的要求，美國國家半導(dǎo)體開發(fā)出一款能夠有效解決這些技術(shù)挑戰(zhàn)的LVDS SERDES（串行解串器）芯片組DS90C2411 和DS90C1241。  

SERDES的特點(diǎn)  

這款芯片組將接收高達(dá)24位元的并行CMOS/TTL電位資料，以及來自圖形或視頻資料源資料相關(guān)的時(shí)脈源。資料和時(shí)脈將在單個(gè)差動對上串行傳送。24位元資料可以被用來表示顯示顏色資料（共18位元或6位/顏色）和控制訊號（Hsync, Vsync和資料使能）。對于最大840Mbps的合成頻寬，能支援從5MHz到35MHz的頻率（今后可以擴(kuò)展到65MHz）。  

透過接口上的資料源和接收器兩側(cè)的差動對的每個(gè)腳/電源上分別加入電容（參見圖1），能夠有效地實(shí)現(xiàn)接口連結(jié)的交流耦合。電容將有效地阻擋連結(jié)上任何直流電位的偏置，這樣就成功的隔離接收器與資料源以及它們與自身的電源。通過這些相同的電容實(shí)現(xiàn)的任何直流電位的隔離，實(shí)際上只讓更高頻率（大于1MHz）的交換內(nèi)容通過電實(shí)體接口連結(jié)。在此情況下，串行化訊號本身實(shí)際上是在與LVDS電氣電位（+/- 350 mV）類似的差動電位上進(jìn)行交換的。與其他類型的接口相比，這一較低的差動擺幅電位會帶來相對更低的功耗和EMI效能。  

  
圖1：雙線串行接口。  

數(shù)量減少的互連  

在這款新產(chǎn)品中采用了兩種方法，大幅度減少了互連的數(shù)量：  

* 嵌入式時(shí)脈  
* 較寬/大的串行比  

高達(dá)24位元的并行資料和時(shí)脈輸入串行器（DS90C241）。串行器將并行資料轉(zhuǎn)換成串行化資料（24:1），使其能夠通過低成本的銅互連線構(gòu)成的差動對（雙線）進(jìn)行發(fā)送。除并行資料外，時(shí)脈（CLK1和CLK0）和其他維持直流平衡和連結(jié)完整性（DCB和DCA）所必須的附加位元也與實(shí)際的資料位元一起被串行化（參見圖2）。將時(shí)脈嵌入到資料中，能消除當(dāng)資料和時(shí)脈在解串器一側(cè)被恢復(fù)時(shí)，可能會產(chǎn)生和引起資料錯(cuò)誤的時(shí)脈到資料邊沿歪斜問題，并從中獲得關(guān)鍵性的好處。

隨機(jī)數(shù)據(jù)鎖定和熱插拔  

此款產(chǎn)品的另一個(gè)獨(dú)特之處，在于不像其他的接口解決方案那樣必須在解串器一側(cè)使用一個(gè)參考時(shí)脈，來對嵌入式時(shí)脈訊號進(jìn)行識別和/或解碼。其解串架構(gòu)具有一項(xiàng)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，那就是無需在解串器中使用任何參考時(shí)脈，就能鎖定所有隨機(jī)數(shù)據(jù)模式（RDL，隨機(jī)數(shù)據(jù)鎖定）。RDL特點(diǎn)為實(shí)現(xiàn)另一項(xiàng)終端用戶的優(yōu)勢“熱插拔”創(chuàng)造了條件?！盁岵灏巍钡奶攸c(diǎn)能夠促使解串器重新鎖定到電纜連接和斷開時(shí)可能出現(xiàn)的斷開后有效、斷開無效和斷開的串行化資料流程。在此情況下，不需要任何特殊的時(shí)脈訓(xùn)練模式或接口連結(jié)的特殊初始化序列，接口就能容易地重新鎖定。  

交流耦合和直流平衡  

由于整個(gè)接口連結(jié)是交流耦合的，因此接口連結(jié)必然很容易受到引起1或0非平衡密度的直流電荷的影響。連續(xù)的1或0會在連結(jié)上建立潛在的直流電位電荷，這會妨礙一個(gè)狀態(tài)（1或0）到另一個(gè)狀態(tài)的正確轉(zhuǎn)換，從而導(dǎo)致出現(xiàn)資料錯(cuò)誤。這一種效應(yīng)也被稱作ISI，符號間干擾2。因此，為了降低ISI效應(yīng)，國家半導(dǎo)體新的接口產(chǎn)品中采用了一種整合的直流平衡算法。  

長距電纜驅(qū)動  

為了能夠在10公尺的電纜驅(qū)動長度下，得到高達(dá)1Gbps（或840Mbps）的頻寬，必須在電纜的末端得到干凈并且較大的“眼圖張開度”（“Eye” openings），以確保接收解串器能可靠地恢復(fù)資料。過量的抖動和電纜引起的訊號損失2等因素都會阻止“眼睛”張得更大。通過對串行器中的PLL（鎖相環(huán)）進(jìn)行精確的設(shè)計(jì)能減小或消除過量的抖動。為了克服由電纜負(fù)載所引起的訊號損失，因此采用了一項(xiàng)被稱為預(yù)放大2的技術(shù)，其本質(zhì)上是在串行化資料流程的開關(guān)轉(zhuǎn)換處對訊號進(jìn)行過驅(qū)動/提升處理。  

圖2：串行化配置和協(xié)定。  

結(jié)論  

透過美國國家半導(dǎo)體新型顯示SERDES產(chǎn)品DS90C241 / DS90C124 SERDES的介紹，圖3展示了一款的新型數(shù)位顯示接口，它適用于要求特別嚴(yán)格和/或苛刻的遠(yuǎn)距離應(yīng)用，并在SVGA（800x 600）/42 MHz分辨率下的工作距離長達(dá)10公尺。該接口架構(gòu)能容易地升級到更高的頻寬，用來支援未來如XGA或更高的顯示分辨率。  

圖3：典型應(yīng)用－后座資訊娛樂與導(dǎo)航顯示。