開發(fā)專欄
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它是連接液晶屏和邏輯板之間的串行接口。在第一次連載中，我們回顧了它的歷史，解說了這一技術的變遷、性能提高的過程以及應用的變化等。在本次的第二次連載中，我們會把焦點集中在LVDS（Low voltage differential signaling）技術上，就其基本原理和特征，以及發(fā)售中的產品等進行詳細解說。
15年以上支撐著電腦市場
我們可以毫不夸張地說--LVDS（Low voltage differential signaling）技術開拓了串行接口的歷史。在1990年代中期，LVDS SerDes（串行轉換器/串行解串器）被使用于市場需求急速擴大的筆記本電腦上，銷售數量急劇猛增。LVDS為筆記本電腦在世界上的普及起到了一定的作用，為液晶顯示器在市場上站穩(wěn)腳跟做出了很大的貢獻。
使用于筆記本電腦的LVDS SerDes在那之后，被集中用于電腦用芯片組和液晶時間控制器IC（TCON），以應對UXGA和WUXGA之類高分辨率液晶屏所需，被持續(xù)使用了15年以上。筆記本應用上從2012年左右開始慢慢被eDP（embedded DisplayPort）替換。但可以說LVDS SerDes直到近期仍是支撐著筆記本電腦市場的存在。
但LVDS SerDes并不是連接液晶顯示屏和邏輯板的“專用”接口技術。分析一下這一技術的內容就會一目了然--它是一種連接A點與B點的普通的串行接口技術。因此，他可以在各種不同的接口用途上適用。那么在哪些用途上如何使用才能更好地發(fā)揮出LVDS SerDes的性能呢？下面我們就來詳細說明。
使用于筆記本電腦的LVDS SerDes在那之后，被集中用于電腦用芯片組和液晶時間控制器IC（TCON），以應對UXGA和WUXGA之類高分辨率液晶屏所需，被持續(xù)使用了15年以上。筆記本應用上從2012年左右開始慢慢被eDP（embedded DisplayPort）替換。但可以說LVDS SerDes直到近期仍是支撐著筆記本電腦市場的存在。
但LVDS SerDes并不是連接液晶顯示屏和邏輯板的“專用”接口技術。分析一下這一技術的內容就會一目了然--它是一種連接A點與B點的普通的串行接口技術。因此，他可以在各種不同的接口用途上適用。那么在哪些用途上如何使用才能更好地發(fā)揮出LVDS SerDes的性能呢？下面我們就來詳細說明。
發(fā)揮高速的數據傳輸的作用
要靈活使用LVDS SerDes，首先需要理解物理層面的LVDS技術。
LVDS是1995年作為「ANSI/TIA/EIA-644」制定了標準規(guī)格的串行接口用物理層規(guī)格（圖1）。通過驅動3.5mA的穩(wěn)定電流電源，可在100Ω終端時，以350mV這樣非常低振幅的差動信號來高速傳送數據。其數據傳輸速度在規(guī)格內限定最大為655Mbit/秒。但這并不是極限值。通過各半導體廠商獨有的加工，可以完成3Gbit/秒左右的高速傳輸速度。
LVDS的差動信號波形的具體示例請見圖2。
將2根差動信號--正電極信號（A+）和負電極信號（B−），以1.2V的共同電壓（Voc）為中心，使2個信號間以350mV的電位差擺動。然后，用探針測定示波器的差動，會得到圖2這樣的信號波形。這就是兩個信號的振幅差（（A+）−（B−））。以差動探針測定，就能得到振幅差的計算結果。但是這樣的信號波形并不是物理存在的。
圖3是LVDS接收器的共通電壓范圍。
如圖所示：LVDS接收器其可收信的共通電壓范圍很廣。送信（發(fā)送機）方以1.2V的共通電壓輸出后，收信（接收器）方的共通電壓只要在0.2～2.2V的范圍內就能接收信號。
此外，LVDS SerDes是以低振幅的差動信號來傳送數據，因此可以抑制多余的輻射雜音（EMI：Electro-Magnetic Interference）；防止EMI混入其他的回路中造成不良影響之類的事態(tài)發(fā)生。這也是它多被使用在對雜音較敏感的電子設備上的理由之一。
也就是說LVDS SerDes具備能高速和遠距離地傳輸數據、對共通電壓耐性高，且多余輻射少等優(yōu)點。它最合適的用途就是用于需要這些優(yōu)點的電子設備上。比如復合機（MFP）。
LVDS SerDes在MFP中除了可以用于液晶顯示用接口以外；將掃描儀（圖像傳感器）取得的圖像數據傳送到實行圖像處理的主板上時也可使用。裝置內其實有一定的距離（圖4）。使用LVDS SerDes的話，掃描儀與主板相距較遠也沒問題。雖然與所使用的配線的扭曲度和電力損失程度有一點關系，但僅用細小的配線傳輸數米之類的完全不會成問題。對于這類需要機箱內高速數據傳輸的電子設備，LVDS SerDes可以被很好地應用。
LVDS是1995年作為「ANSI/TIA/EIA-644」制定了標準規(guī)格的串行接口用物理層規(guī)格（圖1）。通過驅動3.5mA的穩(wěn)定電流電源，可在100Ω終端時，以350mV這樣非常低振幅的差動信號來高速傳送數據。其數據傳輸速度在規(guī)格內限定最大為655Mbit/秒。但這并不是極限值。通過各半導體廠商獨有的加工，可以完成3Gbit/秒左右的高速傳輸速度。
LVDS的差動信號波形的具體示例請見圖2。
將2根差動信號--正電極信號（A+）和負電極信號（B−），以1.2V的共同電壓（Voc）為中心，使2個信號間以350mV的電位差擺動。然后，用探針測定示波器的差動，會得到圖2這樣的信號波形。這就是兩個信號的振幅差（（A+）−（B−））。以差動探針測定，就能得到振幅差的計算結果。但是這樣的信號波形并不是物理存在的。
圖3是LVDS接收器的共通電壓范圍。
如圖所示：LVDS接收器其可收信的共通電壓范圍很廣。送信（發(fā)送機）方以1.2V的共通電壓輸出后，收信（接收器）方的共通電壓只要在0.2～2.2V的范圍內就能接收信號。
此外，LVDS SerDes是以低振幅的差動信號來傳送數據，因此可以抑制多余的輻射雜音（EMI：Electro-Magnetic Interference）；防止EMI混入其他的回路中造成不良影響之類的事態(tài)發(fā)生。這也是它多被使用在對雜音較敏感的電子設備上的理由之一。
也就是說LVDS SerDes具備能高速和遠距離地傳輸數據、對共通電壓耐性高，且多余輻射少等優(yōu)點。它最合適的用途就是用于需要這些優(yōu)點的電子設備上。比如復合機（MFP）。LVDS SerDes在MFP中除了可以用于液晶顯示用接口以外；將掃描儀（圖像傳感器）取得的圖像數據傳送到實行圖像處理的主板上時也可使用。裝置內其實有一定的距離（圖4）。使用LVDS SerDes的話，掃描儀與主板相距較遠也沒問題。雖然與所使用的配線的扭曲度和電力損失程度有一點關系，但僅用細小的配線傳輸數米之類的完全不會成問題。對于這類需要機箱內高速數據傳輸的電子設備，LVDS SerDes可以被很好地應用。
對配線扭曲和共通電壓耐性強
現在，LVDS SerDes有多種產品在銷售中。接下來將以THine Electronics的產品系列為例進行詳細介紹。
圖5是LVDS SerDes的基本構成。
輸入串行轉換器的信號數據為7bit×4根＝28bit。將這些數據轉換成串行的LVDS信號，傳輸到串行解串器上。同時另行傳送時鐘信號。串行解串器會通過傳送到的時鐘信號調整時間來接收信號，將7bit×4根的LVDS信號轉換成TTL/CMOS數據并輸出。THine Electronics提供的LVDS SerDes的特征可列舉為以下6點（表1）。
1、在工作電壓為3.3V的普通產品以外，可在串行轉換器上按照LVDS規(guī)格的同時提供1.8V的低工作電壓的產品。一般情況下電源電壓降低，LVDS規(guī)格中限定的1.2V的輸出共通電壓（Voc）就很難保持。在一些同行業(yè)的競爭對手生產的低電壓產品中，Voc就常常會低于1.2V。但THine Electronics的「THC63LVDM87」和「THC63LVD827」可在達到1.8V的低工作電壓環(huán)境時，輸出共通電壓（Voc）在到達收信側的串行解串器時仍能維持最合適的1.2V。
2、產品涵蓋可應對單連接和雙連接的各個系列。比如RGB各10bit的圖像信號傳送用單連接的串行轉換器「THC63LVD103D」和串行解串器「THC63LVD104C」，其雙連接版則為串行轉換器「THC63LVD1023B」和串行解串器「THC63LVD1024」。使用雙連接產品可以簡單地使數據傳送帶寬放大。比如單連接產品最多只能對應1080I；但使用雙連接產品可以對應1080P。此外，我們還有RGB各8bit的雙連接產品，具體產品有串行轉換器「THC63LVD823B」和串行解串器「THC63LVD824A」等。這些產品可以應用于基板間及機箱內通路寬度較寬的數據通信用途上。
3、我們還有可以選擇使用脈沖上升沿或脈沖下降沿來控制取得數據的時間的產品。在液晶屏等用途上會用脈沖下降沿；但一般的數據傳輸時所使用的串行接口則會使用脈沖上升沿。我們的產品中產品型號上如LVDR這樣帶「R」的產品是對應使用脈沖上升沿的；LVDF這樣帶「F」的產品則是對應使用脈沖下降沿?！窵VDM」和「LVD」的產品則可以同時對應兩種方式；可以通過pin設定來決定使用哪一種。
4、我們還有RepeaterIC產品。型號是「THC63LVD1027」。使用RepeaterIC，可以在接收LVDS SerDes輸出的信號后，吸收通過配線時產生的扭曲及波動，調整成電壓軸和時間軸都在理想狀態(tài)下的LVDS信號后再一次傳輸（圖6）。
這樣就可以使數據的傳輸距離（配線長度）大幅度加長。將其設置在傳送路徑的中部可使傳送距離（配線長度）延伸2倍。此外，還能使至今仍很困難的1個頻的圖像信號輸入分配到2頻這樣一種LVDS SerDes的信號分配成為可能（圖7）。
5、可對應的時鐘頻率范圍在8M～160MHz這一較大范圍。比如「THC63LVD103D」等產品就能對應較大的時鐘頻率范圍。頻率范圍大就能適用于各種并串通路；也能提高設計的靈活性。
6、我們還有將LVDS的輸出控制在更低振幅的產品。如前所述：LVDS SerDes一般在3.5mA的電流電源與100Ω的終端阻力下使用。因此振幅也在350mV。使用LVDS低振幅型的RS（Reduce Swing），可使振幅降低到200mV。因此可以抑制EMI達到低耗電。
此外，我們還有適合搭載在攝像機模組等小型電子設備上的、實際面積為5mm×5mm及超小的49pin VFBGA封印產品；適用車載設備的則有工作溫度范圍在−40～＋105℃這樣廣的范圍下的產品；這些都是我們的特點。
綜上所述，THine Electronics有著眾多LVDS SerDes產品，可以對應各種不同用途。但是，僅靠LVDS SerDes還不能滿足所有的串行接口需求。要對應要求有４K的倍速和鮮艷的色彩、8K這樣的高分辨率信號以及高速的遠距離傳輸的用途就比較困難。因此THine Electronics開發(fā)出了更高速的串行接口技術--「V-by-One? HS」。下一次的第3次連載我們就來解說一下V-by-One? HS的基本原理和它的產品線吧。
圖5是LVDS SerDes的基本構成。
輸入串行轉換器的信號數據為7bit×4根＝28bit。將這些數據轉換成串行的LVDS信號，傳輸到串行解串器上。同時另行傳送時鐘信號。串行解串器會通過傳送到的時鐘信號調整時間來接收信號，將7bit×4根的LVDS信號轉換成TTL/CMOS數據并輸出。THine Electronics提供的LVDS SerDes的特征可列舉為以下6點（表1）。
1、在工作電壓為3.3V的普通產品以外，可在串行轉換器上按照LVDS規(guī)格的同時提供1.8V的低工作電壓的產品。一般情況下電源電壓降低，LVDS規(guī)格中限定的1.2V的輸出共通電壓（Voc）就很難保持。在一些同行業(yè)的競爭對手生產的低電壓產品中，Voc就常常會低于1.2V。但THine Electronics的「THC63LVDM87」和「THC63LVD827」可在達到1.8V的低工作電壓環(huán)境時，輸出共通電壓（Voc）在到達收信側的串行解串器時仍能維持最合適的1.2V。
2、產品涵蓋可應對單連接和雙連接的各個系列。比如RGB各10bit的圖像信號傳送用單連接的串行轉換器「THC63LVD103D」和串行解串器「THC63LVD104C」，其雙連接版則為串行轉換器「THC63LVD1023B」和串行解串器「THC63LVD1024」。使用雙連接產品可以簡單地使數據傳送帶寬放大。比如單連接產品最多只能對應1080I；但使用雙連接產品可以對應1080P。此外，我們還有RGB各8bit的雙連接產品，具體產品有串行轉換器「THC63LVD823B」和串行解串器「THC63LVD824A」等。這些產品可以應用于基板間及機箱內通路寬度較寬的數據通信用途上。
3、我們還有可以選擇使用脈沖上升沿或脈沖下降沿來控制取得數據的時間的產品。在液晶屏等用途上會用脈沖下降沿；但一般的數據傳輸時所使用的串行接口則會使用脈沖上升沿。我們的產品中產品型號上如LVDR這樣帶「R」的產品是對應使用脈沖上升沿的；LVDF這樣帶「F」的產品則是對應使用脈沖下降沿?！窵VDM」和「LVD」的產品則可以同時對應兩種方式；可以通過pin設定來決定使用哪一種。
4、我們還有RepeaterIC產品。型號是「THC63LVD1027」。使用RepeaterIC，可以在接收LVDS SerDes輸出的信號后，吸收通過配線時產生的扭曲及波動，調整成電壓軸和時間軸都在理想狀態(tài)下的LVDS信號后再一次傳輸（圖6）。
這樣就可以使數據的傳輸距離（配線長度）大幅度加長。將其設置在傳送路徑的中部可使傳送距離（配線長度）延伸2倍。此外，還能使至今仍很困難的1個頻的圖像信號輸入分配到2頻這樣一種LVDS SerDes的信號分配成為可能（圖7）。
5、可對應的時鐘頻率范圍在8M～160MHz這一較大范圍。比如「THC63LVD103D」等產品就能對應較大的時鐘頻率范圍。頻率范圍大就能適用于各種并串通路；也能提高設計的靈活性。
6、我們還有將LVDS的輸出控制在更低振幅的產品。如前所述：LVDS SerDes一般在3.5mA的電流電源與100Ω的終端阻力下使用。因此振幅也在350mV。使用LVDS低振幅型的RS（Reduce Swing），可使振幅降低到200mV。因此可以抑制EMI達到低耗電。
此外，我們還有適合搭載在攝像機模組等小型電子設備上的、實際面積為5mm×5mm及超小的49pin VFBGA封印產品；適用車載設備的則有工作溫度范圍在−40～＋105℃這樣廣的范圍下的產品；這些都是我們的特點。
綜上所述，THine Electronics有著眾多LVDS SerDes產品，可以對應各種不同用途。但是，僅靠LVDS SerDes還不能滿足所有的串行接口需求。要對應要求有４K的倍速和鮮艷的色彩、8K這樣的高分辨率信號以及高速的遠距離傳輸的用途就比較困難。因此THine Electronics開發(fā)出了更高速的串行接口技術--「V-by-One? HS」。下一次的第3次連載我們就來解說一下V-by-One? HS的基本原理和它的產品線吧。
※各圖的補充說明
圖6 LVDS RepeatereIC的使用例（1）
對應雙頻的LVDS SerDes RepeaterIC 「THC63LVD1027」的使用例。加入到傳輸路徑中以延長傳輸距離。
図7 LVDS RepeaterIC的使用例（2）
對應雙頻的LVDS SerDes RepeaterIC 「THC63LVD1027」的使用例。將1頻的圖像輸入分配成2頻后輸出；可用于1對2的信號分配。
圖6 LVDS RepeatereIC的使用例（1）
對應雙頻的LVDS SerDes RepeaterIC 「THC63LVD1027」的使用例。加入到傳輸路徑中以延長傳輸距離。
図7 LVDS RepeaterIC的使用例（2）
對應雙頻的LVDS SerDes RepeaterIC 「THC63LVD1027」的使用例。將1頻的圖像輸入分配成2頻后輸出；可用于1對2的信號分配。
