關鍵詞： 航空 , 汽車 , 雙線接口 , 顯示產品

隨著LCD的應用朝向其他非傳統的電腦或消費性電子產品的領域中擴展，現有的LCD嵌入式數位接口的能力已無法滿足新一代技術挑戰的要求。最常應用的嵌入式數位接口LVDS（低壓差動訊號發送），在其所支援的運輸（汽車和航太電子）與工業市場中即將被淘汰。為了滿足和面對上述技術的挑戰，市面上已有一款新型接口芯片組1，此款產品具有與LVDS類似的特性，借由利用創新的嵌入式時脈控制方案與更寬的資料串行比，大幅地減少了互連數量，其結果只需要一個差動對（雙線）來實現互連。此外，這款新型接口產品還能夠支援長電纜驅動和交流耦合。為了充分了解這款產品的重要性，以下筆者將對所要面臨的需求和挑戰進行詳細的評估。  

挑戰  

無論接口在本質上是屬于數位的還是類比的，下面列出了運輸與工業市場中，對于所有顯示器接口的標準要求：  

* 減少互連數量  
* 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）  
* 長距電纜驅動能力：長達10公尺  

在商業電子或電腦應用中大多數都選擇數位接口（LVDS 和HDMI），采用數位接口不但能夠降低整個系統的成本，還可以大幅地提高整個前面板的影像品質。  

減少互連的數量后，除了可以大幅地降低整個系統成本，也能夠為在空間受限的應用中為系統的布線和組裝提供更大的靈活性。更值得一提的是，互連數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。  

由于在運輸和工業應用中，接口會暴露于嚴酷的戶外環境，因此這些應用均要求所有接口在其額定頻寬內，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現的電化/電隔離能帶來許多好處。從接口硬體的角度來看，交流耦合為子系統提供相互之間的電隔離。在運輸相關的環境里（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路中，與一些子系統進行交互運作。電隔離的另一個好處是其為顯示子系統所提供從接口到電源的短路保護。這是因為在任何電池供電的子系統中，短路保護的功能是必要條件。交流耦合所帶來的另一個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。長距電纜驅動則是另一個必要條件。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公尺的應用中，接口必須在不依靠任何附加的訊號恢復和/或電緩沖元件的情況下，能夠支援達10公尺或更長距離的電纜。例如，汽車中的后座娛樂系統、機載娛樂系統，以及公車或地鐵運輸系統中的資訊娛樂系統中，顯示器都會被放置在遠離資訊源的位置。  

成果  

為了面對這些嚴苛的要求，美國國家半導體開發出一款能夠有效解決這些技術挑戰的LVDS SERDES（串行解串器）芯片組DS90C2411 和DS90C1241。  

SERDES的特點  

這款芯片組將接收高達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的時脈源。資料和時脈將在單個差動對上串行傳送。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（今后可以擴展到65MHz）。  

透過接口上的資料源和接收器兩側的差動對的每個腳/電源上分別加入電容（參見圖1），能夠有效地實現接口連結的交流耦合。電容將有效地阻擋連結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現的任何直流電位的隔離，實際上只讓更高頻率（大于1MHz）的交換內容通過電實體接口連結。在此情況下，串行化訊號本身實際上是在與LVDS電氣電位（+/- 350 mV）類似的差動電位上進行交換的。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。  

數量減少的互連  

在這款新產品中采用了兩種方法，大幅度減少了互連的數量：  

* 嵌入式時脈  
* 較寬/大的串行比  

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

隨機數據鎖定和熱插拔  

此款產品的另一個獨特之處，在于不像其他的接口解決方案那樣必須在解串器一側使用一個參考時脈，來對嵌入式時脈訊號進行識別和/或解碼。其解串架構具有一項獨特的優點，那就是無需在解串器中使用任何參考時脈，就能鎖定所有隨機數據模式（RDL，隨機數據鎖定）。RDL特點為實現另一項終端用戶的優勢“熱插拔”創造了條件。“熱插拔”的特點能夠促使解串器重新鎖定到電纜連接和斷開時可能出現的斷開后有效、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脈訓練模式或接口連結的特殊初始化序列，接口就能容易地重新鎖定。  

交流耦合和直流平衡  

由于整個接口連結是交流耦合的，因此接口連結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。連續的1或0會在連結上建立潛在的直流電位電荷，這會妨礙一個狀態（1或0）到另一個狀態的正確轉換，從而導致出現資料錯誤。這一種效應也被稱作ISI，符號間干擾2。因此，為了降低ISI效應，國家半導體新的接口產品中采用了一種整合的直流平衡算法。  

長距電纜驅動  

為了能夠在10公尺的電纜驅動長度下，得到高達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）進行精確的設計能減小或消除過量的抖動。為了克服由電纜負載所引起的訊號損失，因此采用了一項被稱為預放大2的技術，其本質上是在串行化資料流程的開關轉換處對訊號進行過驅動/提升處理。  

圖2：串行化配置和協定。  

結論  

透過美國國家半導體新型顯示SERDES產品DS90C241 / DS90C124 SERDES的介紹，圖3展示了一款的新型數位顯示接口，它適用于要求特別嚴格和/或苛刻的遠距離應用，并在SVGA（800x 600）/42 MHz分辨率下的工作距離長達10公尺。該接口架構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：典型應用－后座資訊娛樂與導航顯示。