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超越了LVDS的V-by-OneⓇ HS通过高信赖度的8B10B编码和信号调制技术,实现了高速・远距离的传送

2018/02/07

开发专栏 NEW

超越了LVDS的V-by-OneⓇ HS通过高信赖度的8B10B编码和信号调制技术,实现了高速・远距离的传送

作为笔记本电脑和液晶显示器、液晶电视的影像/图像接口构建起一个时代的「LVDS(Low Voltage Differential Signaling) SerDes」;继其之后的就是「V-by-OneⓇ HS」。如今,高分辨率大画面的液晶电视等皆采用此技术。可以说正式这一技术在背后支持着液晶电视在世界上的普及。作为连载的第3回,这次就来解说一下V-by-OneⓇ HS的基本原理和特征等。

液晶电视日趋高画质和大画面

V-by-OneⓇ HS的特征在于不但传送速度快,同时可传送距离也长。(图1)。

zoom最大数据传送速度可达1对差动线4G比特/秒。传送可能距离在10m以上。LVDS的数据传送速度是被限定在标准规格内的655M比特ト/秒。虽然各厂商可自己设法提高数据传送速度,但即便如此在物理层面上3G比特/秒左右已经是界限了。LVDS SerDes中,时钟与数据的偏离始终是个问题。因此,就算使用价格高昂的屏蔽双绞线,最大也只能达到5m左右。

那么LVDS SerDes的「次时代版」的V-by-OneⓇ HS成为必不可少的原因是什么呢?就是液晶电视的高画质和大画面趋势。影响液晶电视画质的特性主要有3个。像素数(分辨率)和帧滞后、还有色深度。这3个都是越大越高则画质越好。但与此同时,图像处理板和液晶模组的时间控制IC(T-CON)间的影像/图像数据量也会增加。而且液晶电视的画面越大,图像处理板与T-CON在layout上也分得更开,之间的距离也会变长。

影像/图像数据的量增加;同时传送这些数据的接口之间的距离拉长的话,现有的LVDS SerDes迟到会达到界限,这是显而易见的。那么,LVDS SerDes与V-by-OneⓇ HS之间切换的点又在哪里呢?这个点就在像素达到2K(1920×1080)、帧滞后在120Hz、画面尺寸超过42英寸的液晶电视。
 

LVDS的信号线过多

像素2K、帧滞后在60Hz、10bitRGB的话,LVDS SerDes已完全能够对应。差动线需要12对、即24根信号线来传送影像/图像数据(图2)。
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但是,帧滞后高达120Hz时,差动线就需增加到2倍的24对即48根。且在帧滞后达到120Hz时将像素增加到4K(3840×2160)的话,影像/图像数据量就需再增加4倍,即需要96对192根信号线。

要对应4K/120Hz需要192根信号线这也实在太多了。一般情况下,图像处理板与T-CON的连接使用的是50pin左右的柔性扁平线(FFC)。需要48根的信号线时,1根FFC和连接器就可以对应了。但需要192根的话就需要4根FFC与连接器了。(图3)
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zoom通常FFC会架设在液晶平板的背面部分(图4)。FFC与连接器需要各4个的话,就会有打印基板上实装空间需扩大,且零件成本会上升的弊端。一般情况下,厂家并不希望仅为了连接器就去增加打印基板的实装面积。

而且,画面尺寸达到42英寸左右时,图像处理板和T-CON之间的距离就会达到50cm~70cm使用。LVDS SerDes的话,信号振幅的衰变和信号件的偏离就会成问题,可能无法正确传送。此外,多余的辐射(EMI)问题也会更显著。当然,使用低损耗的线控制偏离实施屏蔽的话,这些问题是可以解决的,但成本也会大幅上升。


此时V-by-OneⓇ HS就登场了。将LVDS SerDes置换成V-by-OneⓇ HS的话,每1对配线的数据传送速度最高可达4G比特/秒,4K/120Hz的话也仅需16对32根就已足够。也就是说1根FFC和1个连接器即可传送影像/图像数据(图5)。
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FFC的实装简化后,打印基板和被动零件的成本就能得到控制。且多余辐射的杂音也少,即便使用低价的FFC,也能在超过1m的距离内无误地通信(图6)。因此,即使液晶电视的画面尺寸变大也不会发生数据传送上的问题。当然连接器上也能使用普通FFC。
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实现2种基本技术

下面就来解说一下具有这种高速传送特性的V-by-OneⓇ HS 技术。技术性要点有2点。

第一点是采用数据信号和时钟频率信号在一根信号线上传输的嵌入式时钟频率方式。LVDS SerDes中,数据信号和时钟频率信号在分别的信号线上传送;也就是通常说的数据・时钟频率分别传送的方式(图7)。

zoom这种方式与并联总线一样,接收侧会在所接收到的时钟频率信号的时间点上同时接收数据信号。但是这种方式也存在问题。当传送速度提高或传送距离变长的时候,数据信号和时钟频率信号之间会产生很大的偏离。若数据信号与时钟频率信号的接收时机偏离,则无法接收到正确的数据。

而嵌入式时钟频率方式是在系列数据信号中填入时钟频率信号,在接收侧的CDR(即时钟频率・数据・恢复)回路上将抽出的时钟频率信号同步在数据信号上进行接收。

若采用这种方式,即使传送速度提高或传送距离变长,也能够杜绝数据信号与时钟频率信号之间的偏离的发生。因此是可以对应高速且长距离的传送的。

zoomV-by-OneⓇ HS为实现嵌入式时钟频率方式采用8B10B变调方式。这是一种将8bit的数据变换成10bit传送的方式。(图8)

追加的2个bit的数据是使用在支配代码的传送及为提高信号品质的限制扫描宽度,确保DC平衡等处。


在此大多数人会抱有疑问:“8B10B的变调是为了将8bit调整成10Bit信号传送,增加了20%开销。这样难道不应该并不适用于高速化么?”确实增加2个Bit会变得冗长。但正因这2个bit,减少了符号间的干涉(ISI:Inter Symbol Interference)波动。也就是说:因实行了8B10B变调,能控制最大5个的「0」与「1」的信号连续数(扫描宽度),去除20%以下的低周波成分。此外还能控制「0」和「1」的信号个数使其均等化。因此,在高速并长距离地传送数据时,能更加简单的确保如图9所示的眼图开口;即便是高如4Gbit/秒的数据传送速度也可以得到高品质的传送特性。

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第二点是导入信号调制技术。具体是在传送器上适用预加重技术,在接收端适用适应型(自适应均衡器)技术。


预加重技术是一种预先增幅输出来对应数据传送中可能衰变的高周波成分的技术。而适应型(自适应均衡器)技术是可使传送路程中衰变的高周波成分根据传送路程的特性在接收端自动增幅的技术。这两个技术都有助于提高传送特性(图10)。在提高数据传送速度的同时,还能够延长传输距离。
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V-by-OneⓇ HS通过使用8B10B变调方式与信号调制技术实现了极高的传送特性。这个结果使其成为高分辨率高画质的液晶电视上采用的影像/图像接口的(Defacto standard )事实上的世界标准。但需要极高的传送特性的电子机器并不仅有液晶电视或者液晶显示。在各种各样的电子机器上都有这一需求。在此类电器机器上如何灵活运用V-by-OneⓇ HS呢?具体详细请见下回解说。

注意:文中涉及的各个企业名称、产品名称等都是其各自所有者的商标或注册商标。

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