Обзор современных цифровых дисплейных интерфейсов для плоских экранов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Обзор современных цифровых

V | V

дисплейных интерфейсов для плоских экранов

Увеличение формата и расширение шкалы яркостных градаций цветных жидкокристаллических (ЖК) дисплеев потребовали увеличения скорости передачи данных в интерфейсных шинах. За последние годы рядом известных фирм были проведены разработки новых дисплейных интерфейсов, предназначенных для поддержки новых форматов высокого разрешения для ЖК-дисплеев. Данный обзор посвящен рассмотрению современной технологии цифровых дисплейных интерфейсов.

Александр Самарин уществуют два типа дисплейных интерфей-

сов — аналоговый и цифровой. В аналоговом [email protected] интерфейсе информация представлена сигна-

лами ИОБ основных цветов, а также сигналами строчной и кадровой развертки. Данный тип интерфейса широко используется для связи видеоконтроллера как с традиционными ЭЛТ-дисплеями, так и с ТБТ ЖК-мониторами.

Схема транспортировки данных от видеоконтроллера до схемы управления разверткой дисплея для аналоговых и цифровых интерфейсов примерно одинакова. Процессор (хост) формирует в буферном ОЗУ видеоконтроллера образ изображения. Каждому пикселу изображения, состоящему из трех цветных пикселов, соответствует от 6 до 8 разрядов в памяти видеобуфера. Шести разрядам на каждый цвет соответствует 18 бит на пиксел, а 8-битовому кодированию — 24 бита на пиксел.

При реализации аналогового интерфейса данные, выбранные из ОЗУ, преобразуются с помощью трехканального быстродействующего ЦАПа в аналого-

вую форму и затем передаются в схему управления дисплеем.

В цифровых дисплейных интерфейсах транспортировка данных от видеоконтроллера до дисплея производится в цифровой форме. Формирование изображения на экране цветных ТБТ ЖК-дисплеев производится столбцовыми и строчными драйверами. Строчные драйверы обеспечивают управление выборкой по строкам, а через столбцовые драйверы производится доставка данных в адресуемые пикселы ЖКЭ. Микросхемы современных столбцовых драйверов ЖК-дисплеев имеют цифровые шины данных. Поэтому для оптимального управления необходимо использовать цифровые дисплейные интерфейсы.

В ЖК-экранах первого поколения, черно-белых и цветных, имеющих невысокое разрешение для транспортировки данных от видеоконтроллера до столбцовых дисплейных драйверов, использовалась шина на основе обычной КМОП-логики с разрядностью от 4 до 16 бит. По мере расширения форматов дисплеев, а также градаций яркости росла и скорость передачи данных. Возникли проблемы, связанные с обеспечением большей полосы пропускания, чем может обеспечить обычная КМОП-логика. Использование скоростных интерфейсов с большими уровнями сигналов и острыми фронтами привело к высокому уровню электромагнитных помех и стало головной болью для пользователей устройств, работающих в радиодиапазоне. Для комплексного решения задач, связанных с транспортировкой потоков данных в канале управления высокоинформативными ЖК-дисплеями, был разработан ряд цифровых дисплейных технологий.

Цифровые дисплейные интерфейсы в зависимости от функционального назначения можно разделить на четыре группы:

• интерфейс между видеоконтроллером и модулем ЖКЭ в ноутбуках (длина соединения 30...50 см);

• интерфейс между платой видеоконтроллера компьютера и внешним ЖК-монитором (длина соединения 120.150 см);

• внутренний дисплейный интерфейс между дисплейным контроллером и микросхемами драйверов столбцов (длина соединения 20.30 см);

• интерфейс между видеоконтроллером и удаленным ЖК-монитором (длина соединений от нескольких метров до нескольких сотен метров).

На рис. 1 показана типовая структура управления TFT ЖК-дисплеем.

Для ЖК-экранов с пассивной и активной адресацией, имеющих форматы до VGA, использовалась прямая передача данных между памятью видеоконтроллера и столбцовыми драйверами. При увеличении дисплейных форматов увеличились скорости передачи, и в состав дисплея потребовалось ввести схемы управления синхронизацией, приема и распределения данных по столбцовым драйверам — дисплейный контроллер (TCON — Timing Controller). Таким образом, дисплейный интерфейс стал состоять из двух шин:

• шины передачи данных от видеоконтроллера (из видеобуфера) до дисплейного контроллера;

• шины внутреннего дисплейного интерфейса, реализующей распределение и доставку данных от дисплейного контроллера до столбцовых драйверов ЖК-дисплея.

Ниже будут представлены различные варианты реализации этих шин.

Любой интерфейс в первую очередь характеризуется полосой пропускания. Полоса пропускания, необходимая для передачи дисплейных данных, определяется форматом дисплея, длиной битового кодирования одного пиксела, а также частотой кадровой развертки. Для сравнительной оценки необходимой полосы пропускания ниже приведена таблица основных дисплейных форматов (см. таблицу). В ней представлены параметры наиболее популярных графических форматов, используемых в современных ЖК-дисплеях.

В графе «Объем кадра» таблицы имеется в виду цветной пиксел, состоящий из трех элементов (ИОБ) изображения. Полоса пропускания, необходимая для передачи данных, соответствующего каждому формату, вычисляется следующим образом:

Б = Н х V х 3 х^ х БЬ,

где

Н и V разрешение по горизонтали и вертикали в цветных пикселах;

3 — число пикселов в цветном (ИОБ);

N — число градаций для каждого цвета;

БЬ — частота кадровой развертки в герцах.

При использовании формата SXGA+ частоты развертки 85 Гц и 256 градаций для каждого цвета (свыше 17 млн оттенков цвета) для шины, соединяющей видеоконтроллер и столбцовые драйверы ЖКЭ, требуется полоса пропускания около 374 Мбайт/с.

Вычисления, проведенные для дисплея, имеющего формат VXGA (2048x2048 пиксел), градации яркости, представленные 24 битами/пиксел (8 разрядов на каждый из RGB-цветов) и частоту строчной развертки 85 Гц, дают значение полосы пропускания свыше 1 Гбайт/с. На самом деле, это грубая оценка, которая не учитывает тот факт, что передача данных идет совместно с передачей строчных и кадровых сигналов, которые нужны для любых типов дисплеев, будь то дисплей на ЭЛТ или же ЖК-дисплей. Во время передачи синхросигналов данные не передаются, поскольку ни один из известных типов дисплеев не использует буфер FIFO. Время, расходуемое на передачу синхросигналов, может достигать несколько процентов для ЖК-дисплеев и свы-

ше 25 % для дисплеев на ЭЛТ. А это означает, что для передачи данных реально необходима полоса в несколько раз больше рассчитанной выше, и интерфейсная шина должна иметь дополнительный запас пропускной способности.

Использование стандартных сигналов СМ08 или ТТЬ уже не может обеспечить передачу цифровых сигналов с такой полосой на расстояния в нескольких десятков сантиметров. Для передачи таких объемов видеоинформации был разработан ряд новых интерфейсов, в которых используется дифференциальная низкоуровневая логика.

Цифровые дисплейные интерфейсы

LVDS — цифровой дисплейный интерфейс National Semiconductor

LVDS (TIA/EIA-644) Low Voltage Differential Signaling — дифференциальный интерфейс для скоростной передачи данных. Разработан National Semiconductor в 1994 году. Используется под торговой маркой FPD-LinkTM. Вторым владельцем авторских прав на шину является Texas Instruments. Фирменная торговая марка — FlatLinkTM. Последовательная шина способна передавать до 24 бит информации на один пиксельный такт, конвертируя исходный поток для передачи по четырем дифференциальным парам с умножением исходной частоты в семь раз. Тактовая частота передается по отдельной дифференциальной паре проводов. Синхросигналы и управляющая информация передаются в поле дополнительных четырех бит (7 тактов x 4 пары = 28 бит на такт). В ранней версии стандарта для шины регламентировалась максимальная тактовая пиксельная частота 4G МГц. Позднее частота была увеличена сначала до 65 МГц, а затем доведена и до 85 МГц. Уровни рабочих сигналов 345 мВ, выходной ток передатчика от 2,47 до 4,54 мА, нагрузка 1GG Ом. Дифференциальная схема интерфейса между источником сигнала и приемником позволяет решить задачу надежной передачи сигналов с полосой свыше 455 Мбит/с без искажения на расстояние нескольких метров.

PanelBusTM — цифровой дисплейный интерфейс Texas Instruments

PanelBusTM — торговая марка, используемая Texas Instruments для дисплейного интерфейса LVDS. Фирма выпускает микросхемы приемников и передатчиков для реализации данного интерфейса. На рис. 3 показана структура приемника TFP4G3 Texas Instruments. Микросхема приемника содержит:

• встроенные пары согласующих резисторов 5G Ом для каждого дифференциального приемника;

• 4-канальный дифференциальный приемник последовательных данных;

• схему ФАПЧ (PLL) делителя тактовой частоты на 7;

• триггеров фиксации (LATCH) последовательных данных (ChannelG.. .Channel2);

• конвертора последовательного кода в параллельный Ш-битовый для трех каналов (CHG...CH2)(Data Recovery and Syncroni-zation);

• TMDS декодера данных(Ш бит -> В бит) и восстановления синхросигналов развертки;

Таблица. Дисплейные форматы

Название формата Разрешение H x V Пропорции H/V Объем кадра в млн пикселов

CIF 352x288 4:3 0.1

VGA 640x480 4:3 0.3

SVGA 800x600 4:3 0.5

XGA 1024x768 4:3 0.8

HDTV(720 строк) 1280x720 16:9 0.9

SXGA 1280x1024 5:4 1.3

SXGA+ 1400x1050 4:3 1.5

UXGA 1600x1200 4:3 1.9

HDTV(1080 строк) 1920x1080 16:9 2.1

QXGA 2048x1536 4:3 3.1

VXGA 2048x2048 1:1 4.2

GXGA/QSXGA 2560x2048 5:4 5.2

Photo CD (16Base) 3072x2048 3:2 6.3

Photo CD (64 Base) 6144x4096 3:2 25.0

3.3 V

Internal 50-£2

Termination

Rx2+ -Rx2- .

Rxl + -Rxl - -

RxO+ -RxO- .

RxC+ -RxC- _

3.3 V

1.8V

Regulator

------------------------------------------------\s------------------------------------------------------

£>H

£>H

Latch I

n

, Channel 2.

Latch Г

Ш

Channel 0.

Data Recovery and

Synchronization

CH2(0-9)

CHI (0-9)

CH0(0-9)

TMDS

Decoder

3.3 V

CTL3

CTL2

GRNfO-7)^

CTL1 ^

BLUE(0-7)*

VSYNC \

HSYNC .

Panel

Interface

► QE(0-23)

► 00(0-23)

► ODCK

► DE

► SCDT

► CTL2

► ctli

► VSYNC

► HSYNC

Рис. 3. Структура приемника TFP403 PanelBusTM Texas Instruments

• контроллера панельного интерфейса;

• встроенного LDO стабилизатора напряжения 1,8 В для питания цифрового ядра микросхемы.

Микросхема имеет питание 3,3 В. Входные и выходные цепи запитаны от источника 3,3 В, а цифровое ядро, работающее на высоких тактовых частотах, питается от встроенного источника напряжением 1,8 В.

LDI — цифровой дисплейный интерфейс National Semiconductor

LDI — LVDS Display Interface. Для расширения пропускной способности для ранее разработанного интерфейса LVDS фирма National Semiconductor удвоила число пар, используемых для передачи данных, — получилось 8 пар проводников. Кроме того, в данном интерфейсе за счет введения избыточного кодирования улучшен баланс линий по постоянному току, а стробирование данных производится каждым фронтом тактового сигнала. Поддерживаются скорости передачи до 112 МГц. Торговая марка интерфейса — OpenLDI.

PanelLinkTM — цифровой дисплейный интерфейс Silicon Image, Inc.

В 1995 году фирмой Silicon Image, Inc. был разработан собственный цифровой дисплейный интерфейс PanelLinkTM, который был зарегистрирован VESA под названием TMDS (for Transmition Minimized Differential Signaling). Основные отличия интерфейса от LVDS:

• передатчик TMDS не только производит преобразование параллельного в последовательный код, но и обеспечивает преобразование 8-битового кода в 10-битовый с целью уменьшить число фронтов и одновременно обеспечить баланс сигнала по постоянной составляющей. Для кодирования используется свой фирменный запатентованный метод;

• TMDS не совсем «честный» дифференциальный интерфейс — у него источник тока включен между двумя проводниками;

• используется тактирование данных каждым фронтом тактового сигнала, за счет этого повышена скорость передачи. Вместо четырех пар проводников, используемых ранее для передачи данных, стало достаточно только трех — по одной паре для данных красного, зеленого и синего цветов.

Видеоинтерфейс GVIFTM фирмы SONY GVIF™ — Gigabit Video InterFace — разработанный фирмой Sony стандарт цифрового дисплейного интерфейса. Очень простой и дешевый вариант цифрового интерфейса для использования в бытовой видеотехнике. Аналогично интерфейсам LVDS и TMDS, в нем также применяется преобразование исходного параллельного потока видеоданных в последовательный. Однако в качестве физической линии используется всего одна пара проводов в экране. Для передачи сигнала тактирования в этом интерфейсе не требуются отдельные провода! Сигналы тактирования содержатся в самом композитном сигнале, обеспечивая самосинхронизацию данных. Этот способ синхронизации данных известен и применяется в линейных модемных скоростных интерфейсах. Физический канал GVIF обеспечивает пропускную способность до 1,5 Гбит/с. Такой полосы достаточно даже для передачи видеоданных в формате

XGA. При кадровой развертке 60 Гц, использовании 24 бит для кодирования цвета каждого пиксела получаем: 1024x768x24x60 =1,13 Гбит/с. Интерфейс GVIF™ может обеспечивать передачу данных для дисплеев, имеющих форматы с большим разрешением при использовании методов компрессии цветов. Однако Sony предусмотрела более простой вариант для расширения полосы своего интерфейса — в микросхемах приемника и передатчика предусмотрен режим поддержки второго канала. Для реализации интерфейса фирмой разработаны микросхемы передатчика CXB1451Q и приемника CXB1452Q. Схема реализации интерфейса на их основе показана на рис. 4. Микросхемы приемника и передатчика обеспечивают режим передачи данных как с одним, так и двумя последовательными каналами.

Основные модули в микросхемах приемника и передатчика:

• Coder/Decoder — шифратор и дешифратор параллельного кода;

• Serial to Parrallel Convertor преобразователь последовательного кода в параллельный;

• Cable driver — драйвер шины;

• Cable Equalizer — приемник кабельного сигнала;

• PLL — синтезатор частот с ФАПЧ (умножение на 24 в передатчике, деление на 24 в приемнике).

Области применения видеоинтерфейса GVIF:

• интерфейсы компьютеров с ЖК-монитором;

• системы мониторинга;

• мультимедийное оборудование;

• интерфейс с видеопроекционными системами;

• интерфейс с цифровым телевизионным монитором.

CXB1451Q GVIF Transmitter

RED1 (5 to 0) GRN1 (5 to 0) BLU1 (5 to 0) REDO (5 to 0) GRN0 (5 to 0) BLU0 (5 to 0) -SYNC/CNTLSHIFTCLOCK-

......f-

------

-Й-

Parallel

о to

о Serial

с ш Converter

STJH>r Twin axial

RED0/GRN0/BLU0

are active in 2pixel/shiftclock

mode only

Serial

to a)

0

Converter о о

PLL

-t

t

{'

t

-*■ RED1 (5 to 0) -► GRN1 {5 to 0) -+• BLU1 (5 to 0) REDO (5 to 0) -► GRN0 {5 to 0) BLU0 (5 to 0) -+• SYNC/CNTL

• SHIFTCLOCK

CXB1452Q GVIF Receiver

Рис. 4. Видеоинтерфейс GVIF, реализованный на основе передатчиков и приемников Sony

Оптоволоконный цифровой дисплейный интерфейс PhotonLinkTM

Для поддержки дисплеев высокого разрешения с цифровым интерфейсом фирмой PhotonAge была разработана технология гигабитного оптического цифрового канала PhotonLinkTM. Интерфейс предназначен для ЖК-дисплеев, находящихся на расстоянии от нескольких метров до нескольких сот метров от источника видеоинформации.

Оптоволоконная связь используется в связной аппаратуре уже достаточно давно, однако цена реализации оптического канала при обеспечении высоких скоростей пока остается еще достаточно высокой и сдерживает его широкое использование в различных областях приложений, где требуются высокие скорости передачи данных. Основной задачей в данной разработке было создание максимально дешевого, простого и технологичного видеоинтерфейса для массового применения.

Оптическая связь основана на 5-канальной оптоволоконной линии, использующей недорогой комплект микрооптических интегральных модулей приемников и передатчиков. Каждый оптический канал обеспечивает полосу до 2,5 Гбит/с. Разработчиками интерфейса была продемонстрирована передача видеоинформации для ХОА ЖК-дисплея (1024x768 пиксел), удаленного от источника на 400 м.

По трем оптическим каналам передаются данные ИОБ основных цветов, по двум остальным — интегральный синхросигнал управления разверткой и частота тактирования данных.

Со стороны передатчика находится микросхема кодера, которая преобразует входные ИОБ параллельные данные цифрового интерфейса в последовательные потоки, формирует композитный сигнал синхронизации раз-

вертки и формирует с помощью ФАПЧ умножителя на 8 сигнал тактирования RGB последовательных данных.

Все оптичекие соединения конструктивно находятся внутри кабельных соединителей. Соединение кабеля интерфейса PhotonLinkTM со стороны передатчика и со стороны приемника — электрическое контактное, как для обычных проводных линий.

Составляющие интерфейса PhotonLinkTM:

• микросхема кодера — формирователя сигналов цифрового последовательного 5-канального интерфейса (находится на печатной плате источника видеосигнала);

• 7-контактный электрический соединитель;

• 5-канальный драйвер, преобразующий напряжение входных сигналов в ток управления лазерными светодиодами (находится в кабельном соединителе со стороны передатчика);

• линейка лазерных светодиодов VCSEL (Vertical Cavity Surface Emmiting Laser), также находится в кабельной части соединителя;

• оптический переходник лазер — оптоволокно (находится в кабельной части соединителя со стороны передатчика);

• 5-канальный оптический кабель;

• оптический переходник оптоволокно — фотодиод (находится в кабельной части соединителя со стороны приемника);

• линейка фотодиодов, преобразующая токовый сигнал в сигнал напряжения;

• усилители-формирователи фотосигналов;

• 7-контактный электрический соединитель;

• микросхема декодера — формирователя сигналов цифрового последовательного 5-канального интерфейса (находится на печатной плате приемника видеосигнала).

В качестве оптической среды в интерфейсе для передачи данных на расстояния до нескольких метров может применятся дешевое пластиковое оптоволокно диаметром 250 мкм. Для передачи данных на большие расстояния — до нескольких сот метров — используется стеклянное оптоволокно диаметром 62 мкм. Разработанная фирмой технология оптического сопряжения между оптоволокном и излучателями, а также между волокном и фотоприемниками позволила значительно снизить стоимость реализации интерфейса и обеспечить высокую надежность связи. Измерение уровня ошибок при испытании интерфейса на скорости передачи 2,5 Гбит/с дало величину менее 1x10-12. Тестирование проводилось при температуре 80 °С и влажности 80%. Связь на основе оптоволоконного кабеля устойчива против осевого скручивания кабеля. Во время испытаний производилась осевая закрутка кабеля до 100 000 оборотов без ухудшения качества связи.

Основные достоинства интерфейса PhotonLinkTM:

• полная гальваническая развязка;

• при передаче отсутствуют электромагнитные помехи;

• широкая полоса пропускания канала при больших расстояниях;

• легкий, малого диаметра оптический кабель;

• не требуется согласование импедансов компонентов, участвующих в соединении. Относительно малая цена реализации интерфейса PhotonLinkTM по сравнению с обычной оптоволоконными интерфейсами, при-менямыми в связной аппаратуре, а также высокая технологичность и надежность дают основание для широкого применения данного интерфейса вместо проводных скоростных интерфейсов.

Интерфейсы внутренней дисплейной шины

Как было сказано выше, внутренняя дисплейная шина обеспечивает распределение и передачу данных от дисплейного контроллера к столбцовым драйверам ЖКЭ. Она также может являться источником электромагнитных помех в радиодиапазоне.

Mini LVDS — внутренний дисплейный интерфейс Texas Instruments

Mini LVDS — внутренний последовательно-параллельный интерфейс ЖК-дисплея (рис. 6). Соединяет декодирующий контроллер видеоданных, установленный на плате управления, с драйверами столбцов дисплея. Используется для видеочипсетов Texas Instruments. Его основная часть — TCON (Timing Controller) — контроллер, преобразующий входной формат данных шины LVDS в сигналы внутренней шины для загрузки данных в микросхемы столбцовых драйверов CD (Column Driver) ЖК-дисплея. Контроллер также формирует сигналы управления строчной разверткой (Row Driver Signals), которые поступают на отдельную плату строчных драйверов ЖК-дисплея.

линейка

Рис. 5. Структура интерфейса PhotonLinkTM

Row Driver Signals Ч-

.'l s'!

LVDS

TCON

s'!

s'!

CD

CD

CD

CD

CD

CD

CD

CD

Рис. б. Реализация внутреннего интерфейса ЖК-дисплея контроллер LVDS-столбцовые драйверы

C МАDSTM — интерфейс внутренней шины ЖК-дисплея NEC Corporation C MADSTM — Current Mode Advanced Differential Signaling — название высокоскоростной малошумящей внутренней шины для интерфейса «приемник LVDS — столбцовые драйверы ЖКЭ», разработанной фирмой NEC Corporation. Шина, показанная на рис. 7, использует параллельно-последовательную организацию для транспортировки данных от дисплейного контроллера в столбцовые драйверы ЖК-дисплея. Контроллер шины получает сигналы от приемника LVDS и затем преобразует их в последовательные потоки внутренней шины со своей синхронизацией. Внутренняя шина состоит из 14 дифференциальных пар проводников — двух пар синхронизации и двенадцати пар сигналов данных. На концах каждой из пар установлен согласующий резистор сопротивлением 100 Ом. Амплитуда сигналов на дифференциальной паре — 100 мВ. Фазы сигналов битовой синхронизации сдвинуты относительно друг друга на 45°. Тактирование данных производится по каждому фрон-

драйверам. В приемниках столбцовых драйверов имеется преобразователи ток — напряжение, которые и конвертируют токовые сигналы в сигналы напряжения КМОП-логики.

Загрузка драйверов производится последовательно, слева направо с использованием эстафетного механизма. Для загрузки каждого драйвера во времени выделен свой интервал. Для снижения потребляемой мощности в процессе загрузки, пока идет загрузка одного из драйверов, во всех других производится отключение модулей приема в соответствии с эстафетным сигналом STH. По сравнению с обычной параллельной шиной данных на основе КМОП-логики, применяемой ранее в дисплеях с низким разрешением, данная шина имеет меньшее число проводников, что позволило уменьшить размеры печатной платы столбцовых драйверов и снизить стоимость ее производства. За счет уменьшения значений токов в шине удалось значительно снизить уровень EMI.

В ноябре 2000 года фирмой NEC Corporation были произведены и испытаны образцы новых столбцовых драйверов. Испытания проводи-

\

LVDS

(Receiver)

Timing Controller ?ASIC)

Т>---

In case of SXGA at 24bit pixel data

CLK : 2 pair DATA: 12 pair

______________£___________^_гл

\

XT

STB

STH(in)

STH (out)

о и ▼ О “ от 0—01 Dr.#6 о пт Dr.#l 0

Dr.#l Dr.#5 э к

Рис. 7. Структура шины CMADSTM

ту сигналов синхронизации. Таким образом, за один такт по шине (4 фронта) передается 48 бит данных. Топология шины — «звезда». От одного источника (контроллера) сигналы данных и синхронизации передаются всем столбцовым драйверам.

Источники тока находятся в приемниках столбцовых драйверов. Передатчик контроллера обеспечивает лишь коммутацию источников тока. За счет такого решения удалось снизить потребляемую мощность передатчиков в контроллере и распределить ее по столбцовым

Transmitter (Controller) Receiver (LCD-Drlver)

VSS1(T) VSS1(R)

(Transmitter) (Receiver)

Рис. 8. Конфигурация передатчика и приемника внутренней шины CMADSTM

лись на 18-дюймовом TFT ЖК-дисплее, где и были установлены драйверы, созданные по новой архитектуре.

RSDS и WisperBusTM — внутренние дисплейные интерфейсы National Semiconductor Фирмой National Semiconductor недавно были разработаны и опробованы два интерфейса внутренней дисплейной шины для связи дисплейного контроллера со строчными драйверами ЖКЭ: RSDS (Reduced Swing Differention Signaling) и WisperBusTM [1]. Описание интерфейсов было дано в статье, представленной на недавно прошедшей конференции SID 2001 в Сан-Хосе (США).

RSDS — внутренняя дисплейная шина фирмы National Semiconductor Для шины RSDS используется топология «звезда». На рис. 9 показана структура TFT ЖКЭ, в которой используются столбцовые драйверы с интерфейсом RSDS. В качестве TCON в дисплее применяется микросхема FPD87310, разработанная National Semiconductor.

WisperBus™ — малошумящая скоростная шина внутреннего дисплейного интерфейса Топология шины WisperBusTM — «точка-точка». Прием информации производится одновременно всеми драйверами столбцов. Для мультиканальной топологии шины типа «звезда» прием данных производится каждым драйвером по очереди, в течение своего короткого временного интервала. Для приема данных в каждом драйвере используются две отдельные шины данных и общая дифференциальная шина битовой синхронизации данных. Тактирование данных производится по каждому фронту сигнала синхронизации.

Реализация такой топологии потребовала введения в структуру дисплейного контроллера буфера данных на строку. Разработчики National Semiconductor спроектировали элементы памяти в таких топологических нормах, которые позволили сохранить приемлемый уровень цены на контроллер и обойтись без увеличения размера кристалла.

Структура и электрофизика новой шины позволили решить следующие задачи:

• уменьшить уровень электромагнитного излучения, связанного с передачей высокочастотных сигналов данных по интерфейсной шине ЖКЭ;

• уменьшить мощность потребления, связанную с передачей данных по шине;

• уменьшить число проводников во внутреннем дисплейном интерфейсе;

• снизить стоимость печатной платы за счет уменьшения числа слоев платы и площади, необходимой при трассировке шины;

• снизить стоимость шины за счет уменьшения числа передатчиков и приемников. При использовании дифференциального интерфейса LVDS выходной ток каждого передатчика шины составляет от 2,5 до 4,5 мА. Интерфейс ЖКЭ содержит до 18 высокоскоростных сигналов данных. Мощность, затрачиваемая на поддержку шины, будет в этом случае достаточно высокой для портативных устройств с ограниченным бюджетом по мощности.

Немаловажным является вопрос, связанный с числом приемников и передатчиков, а также с числом проводников, обслуживающих при-

Gray Scale Reference

Gray Scale Voltage Reference BUS

Inversion Control (GPO[x])

/2 FPD-Link [0]

/2 FPD-Link [1]

/2 FPD-Link [2]

/ 2 FPD-Link [3] (optional for 8-bit)

/2 FPD-Link [CLK]

Line Transfer Signal (GRO[x])

/9 + CLK, RSDS BUS

Start Pulse (GPO[x]l 1 Ґ T

FPD87310

XGA Panel Timing Controller

v„ ►

Panel Power NM24C0X

v„ * Supply Serial EEPROM

шг±

ї______

1024x768 TFT-LCD Array

Рис. 9. Структура схемы управления ЖК-дисплеем на основе контроллера FRDB731G National Semiconductor

Row Driver Signals^-

LVDS

TCON

✓ "2

."2 s'!

s'!

CD

CD

CD

CD

CD CD

CD

CD

Рис. 10. Топология шины WisperBusTM

r logic supply

CMOS,

<----і

*.Ф

'min

Рис. 11. Эквивалентная схема передатчика шины WisperBusTM

2»»

Differential Receiver

WhlsperBus Receiver

Рис. 12. Сравнение эквивалентных схем приемников шины WisperBusTM и дифференциального RSDS

ем и передачу сигналов шины. При использовании дифференциального интерфейса требуется 36 проводников (в экране). Использова-

Рис. 13. Конфигурация шины WisperBusTM

ние дифференциальной шины требует установки согласующих резисторов со стороны приемника, что также увеличивает сложность и стоимость реализации. На согласующих резисторах рассеивается большая часть мощности, затраченной на передачу сигналов.

Передача двоичных цифровых сигналов по шине WisperBusTM производится не уровнями напряжения, как в обычной дифференциальной схеме, а уровнями токов, и к тому же по единственному проводу. Протекание тока для обоих токовых состояний происходит всегда в одном и том же направлении — от приемника к передатчику. В соответствии со входными двоичными сигналами передатчик подключает один или другой источник тока, как показано на рис. 11.

Таким образом, получаем два токовых номинала 50 мкА и 150 мкА, которые соответствуют двоичным состояниям «0» и «1». Такая схема эквивалентна смещению тока на ±50 мкА относительно постоянной токовой составляющей 100 мкА. Амплитуда рабочих токов, используемая для передачи данных по шине WisperBusTM (100 мкА), на порядок меньше амплитуды токов, используемых в интерфейсе RSDS (2000 мкА). Амплитуда напряжения в точке суммирования приемника составляет около 1 В, но абсолютное значение этого напряжения не играет особой роли в реализации данной шины и определяется порогами транзистора в приемнике. МИ

Литература

1. Digital Interface For Displays B. мАуєк SID 2001-07-04.

2. WhisperBus™: An Advanced Interconnect Link For TFT Column Driver Data. Richard McCartney, James Kozisek and мАrshall Bell. National Semiconductor Inc., Chandler, Arizona.

3. High-Speed I/F for TFT-LCD Source Driver IC by C МАDSTM (Current Mode Advanced Differential Signaling) K. Yusa, T. Morigami, T. Hayashi, M. Yaмaguchi, A. TajiмА. NEC Corporation, Kanagawa, Japan. SID 2001.

4. CXB1451Q 24-bit Transmitter. Datasheet Sony.

5. CXB1452Q 24-bit Receiver. Datasheet Sony.

6. PhotonLinkTM:An Optical Interface for Remote Digital Displays. SID 2001. Y. S. Son, Y. S. Jin, H. J. Lee, H. J. Park, and S. S. Shin PhotonAge Inc., Fremont, CA.

jo 40 ao to П 10 *0 !0O(r»qlmKy(MHj1 MO

Рис. 14. Сравнение уровней спектров электромагнитного излучения при использовании обычной цифровой шины и шины WisperBus