 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( июль 2015 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
| Низковольтная дифференциальная сигнализация (LVDS) | |
| Год создания | 1994 г. |
|---|---|
| Скорость | 655 Мбит / с (возможны скорости до 1-3 Гбит / с) |
Низковольтной дифференциальной передачи сигналов , или LVDS , также известный как TIA / EIA-644 , представляет собой технический стандарт , который определяет электрические характеристики дифференциала , последовательный стандарт сигнализации, но это не является протоколом. LVDS работает с низким энергопотреблением и может работать на очень высоких скоростях с использованием недорогих медных кабелей с витыми парами . LVDS - это только спецификация физического уровня; многие стандарты и приложения передачи данных используют его и добавляют поверх него уровень канала передачи данных, как определено в модели OSI .
LVDS был представлен в 1994 году и стал популярным в таких продуктах, как ЖК-телевизоры, автомобильные информационно-развлекательные системы, промышленные камеры и машинное зрение, ноутбуки и планшетные компьютеры , а также системы связи. Типичными приложениями являются высокоскоростное видео, графика, передача данных видеокамер и компьютерные шины общего назначения .
Раньше производители ноутбуков и ЖК-дисплеев обычно использовали термин LVDS вместо FPD-Link, когда ссылались на свой протокол, а термин LVDS по ошибке стал синонимом Flat Panel Display Link в инженерном словаре видео-дисплеев.
Дифференциальная и несимметричная сигнализация [ править ]
LVDS - это система дифференциальной сигнализации , означающая, что она передает информацию как разность напряжений на паре проводов; Напряжения двух проводов сравниваются на приемнике. В типичной реализации передатчик подает в провода постоянный ток 3,5 мА , при этом направление тока определяет цифровой логический уровень. Ток проходит через согласующий резистор приблизительно от 100 до 120 Ом (согласованный с характеристическим сопротивлением кабеля для уменьшения отражений) на приемном конце, а затем возвращается в противоположном направлении по другому проводу. Из закона Ома , разность напряжений на резисторе поэтому около 350 мВ. Приемник определяет полярность этого напряжения для определения логического уровня.
Пока между двумя проводами существует тесная связь по электрическому и магнитному полю, LVDS снижает генерацию электромагнитного шума. Это уменьшение шума происходит из-за равного и противоположного тока, протекающего по двум проводам, создавая равные и противоположные электромагнитные поля, которые имеют тенденцию гасить друг друга. Кроме того, плотно связанные провода передачи уменьшают восприимчивость к электромагнитным шумовым помехам, поскольку шум в равной степени влияет на каждый провод и проявляется как синфазный шум. На приемник LVDS не влияют синфазные помехи, поскольку он воспринимает дифференциальное напряжение, на которое не влияют изменения синфазного напряжения.
Тот факт, что передатчик LVDS потребляет постоянный ток, также предъявляет гораздо меньшие требования к развязке источника питания и, таким образом, создает меньше помех в линиях питания и заземления передающей цепи. Это уменьшает или устраняет такие явления, как дребезг заземления, которые обычно наблюдаются в несимметричных линиях передачи с оконечной нагрузкой, где высокие и низкие логические уровни потребляют разные токи, или в линиях передачи без оконечной нагрузки, где ток появляется внезапно во время переключения.
Низкое синфазное напряжение (среднее значение напряжений на двух проводах) около 1,2 В позволяет использовать LVDS с широким спектром интегральных схем с напряжением питания до 2,5 В или ниже. Кроме того, существуют варианты LVDS, в которых используется более низкое синфазное напряжение. Одним из примеров является sub-LVDS (представленный Nokia в 2004 году), который использует типичное синфазное напряжение 0,9 В. Другой вариант - это масштабируемая сигнализация низкого напряжения для 400 мВ (SLVS-400), указанная в JEDEC JESD8-13 октября 2001 г., где напряжение питания может составлять всего 800 мВ, а синфазное напряжение составляет около 400 мВ.
Низкое дифференциальное напряжение, около 350 мВ, приводит к тому, что LVDS потребляет очень мало энергии по сравнению с другими технологиями передачи сигналов. При напряжении питания 2,5 В мощность для управления 3,5 мА становится 8,75 мВт по сравнению с 90 мВт, рассеиваемыми нагрузочным резистором для сигнала RS-422 .
Уровни логики: [1]
| V ee | V ПР | V OH | V куб. | V CMO |
|---|---|---|---|---|
| GND | 1,0 В | 1,4 В | 2,5–3,3 В | 1,2 В |
LVDS - не единственная используемая система дифференциальной сигнализации с низким энергопотреблением , другие системы включают последовательный ввод / вывод Fairchild Current Transfer Logic.
Приложения [ править ]
LVDS стал популярен в середине 1990-х годов. До этого разрешения компьютерных мониторов были недостаточно большими, чтобы требовать таких высоких скоростей передачи данных для графики и видео. Однако в 1992 году Apple Computer потребовался способ передачи нескольких потоков цифрового видео без перегрузки существующей шины NuBus на объединительной плате . Apple и National Semiconductor ( NSC ) создали QuickRing , первую интегральную схему, использующую LVDS. QuickRing представлял собой высокоскоростную вспомогательную шину для видеоданных для обхода NuBus в компьютерах Macintosh. В мультимедиа и суперкомпьютеровприложения продолжали расширяться, потому что оба нуждались в перемещении больших объемов данных по каналам длиной в несколько метров (например, с диска на рабочую станцию ).
Первое коммерчески успешное применение LVDS было в портативных компьютерах, передающих видеоданные с графических процессоров на плоские дисплеи с помощью Flat Panel Display Link.компании National Semiconductor. Первый набор микросхем FPD-Link уменьшил 21-битный видеоинтерфейс и тактовую частоту до 4 дифференциальных пар (8 проводов), что позволило ему легко пройти через петлю между дисплеем и ноутбуком и воспользоваться преимуществами низкого уровня LVDS. шумовые характеристики и высокая скорость передачи данных. FPD-Link стал де-факто открытым стандартом для этого портативного приложения в конце 1990-х годов и до сих пор остается доминирующим интерфейсом дисплея в портативных и планшетных компьютерах. По этой причине производители микросхем, такие как Texas Instruments, Maxim, Fairchild и Thine, производят свои версии набора микросхем FPD-Link.
Приложения для LVDS расширились до плоских дисплеев для потребительских телевизоров по мере увеличения разрешения экрана и глубины цвета. Для обслуживания этого приложения наборы микросхем FPD-Link продолжали увеличивать скорость передачи данных и количество параллельных каналов LVDS, чтобы удовлетворить внутренним требованиям телевидения для передачи видеоданных от главного видеопроцессора к контроллеру синхронизации панели дисплея. FPD-Link (обычно называемый LVDS) стал стандартом де - факто для этого внутреннего телевидения межсоединений и остается доминирующим интерфейс для этого приложения в 2012 году [ править ]
Следующим целевым приложением была передача видеопотоков через внешнее кабельное соединение между настольным компьютером и дисплеем или DVD-плеером и телевизором. NSC представил более производительные дополнения к FPD-Link, названные LVDS Display Interface (LDI) и стандартами OpenLDI . Эти стандарты допускают максимальную частоту пикселей 112 МГц, что достаточно для разрешения дисплея 1400 × 1050 ( SXGA + ) при частоте обновления 60 Гц. Двойное соединение может повысить максимальное разрешение дисплея до 2048 × 1536 ( QXGA ) при 60 Гц. FPD-Link работает с кабелями длиной до 5 м, а LDI - до 10 м. Однако цифровой визуальный интерфейс (DVI) с использованием TMDS поверх CMLСигналы выиграли соревнование по стандартам и стали стандартом для внешнего подключения настольных компьютеров к мониторам, а HDMI в конечном итоге стал стандартом для подключения источников цифрового видео, таких как DVD-плееры, к плоским дисплеям в потребительских приложениях.
Еще одно успешное приложение LVDS - Camera Link - это протокол последовательной связи, разработанный для приложений компьютерного зрения и основанный на наборе микросхем NSC под названием Channel Link, который использует LVDS. Camera Link стандартизирует видеоинтерфейсы для научных и промышленных продуктов, включая камеры, кабели и устройства захвата кадров. Ассоциация автоматизированной обработки изображений (AIA) поддерживает и администрирует стандарт, потому что это глобальная отраслевая группа по торговле машинным зрением .
Другими примерами LVDS, используемых в компьютерных шинах, являются HyperTransport и FireWire , оба из которых прослеживают свое развитие до работы после Futurebus , которая также привела к SCI . Кроме того, LVDS - это сигнализация физического уровня в стандартах SCSI (Ultra-2 SCSI и выше), обеспечивающая более высокие скорости передачи данных и большую длину кабелей. Последовательный ATA (SATA), RapidIO и SpaceWire используют LVDS для обеспечения высокоскоростной передачи данных.
Intel и AMD опубликовали пресс-релиз в декабре 2010 года, в котором говорилось, что к 2013 году они больше не будут поддерживать интерфейс ЖК-панели LVDS в своих линейках продуктов. Они продвигают Embedded DisplayPort и Internal DisplayPort в качестве предпочтительного решения. [2] Однако интерфейс ЖК-панели LVDS оказался самым дешевым методом перемещения потокового видео с блока обработки видео на контроллер времени ЖК-панели в телевизоре или ноутбуке, а в феврале 2018 года производители ЖК-телевизоров и ноутбуков продолжить знакомство с новыми продуктами с использованием интерфейса LVDS.
Сравнение последовательной и параллельной передачи данных [ править ]
LVDS работает как в параллельной, так и в последовательной передаче данных . При параллельной передаче несколько дифференциальных пар данных переносят сразу несколько сигналов, включая тактовый сигнал для синхронизации данных. При последовательной связи несколько несимметричных сигналов преобразуются в одну дифференциальную пару со скоростью передачи данных, равной скорости всех объединенных несимметричных каналов. Например, 7-битная параллельная шина, преобразованная в одну пару, будет работать со скоростью, в 7 раз превышающей скорость передачи данных одного несимметричного канала. Устройства для преобразования между последовательными и параллельными данными - это сериализатор и десериализатор, сокращенно SerDes, когда два устройства содержатся в одной интегральной схеме.
Например, FPD-Link фактически использует LVDS в сочетании последовательной и параллельной связи. Исходный FPD-Link, предназначенный для 18-битного RGB-видео, имеет 3 параллельные пары данных и пару часов, так что это параллельная схема связи. Однако каждая из 3 пар передает 7 сериализованных битов в течение каждого тактового цикла. Таким образом, параллельные пары FPD-Link переносят сериализованные данные, но используют параллельные часы для восстановления и синхронизации данных.
Последовательная передача данных также позволяет встроить часы в поток последовательных данных. Это устраняет необходимость в параллельных часах для синхронизации данных. Есть несколько методов для встраивания часов в поток данных. Один из методов - это вставка 2 дополнительных битов в поток данных в качестве стартового и стопового бита, чтобы гарантировать переходы битов через равные промежутки времени для имитации тактового сигнала. Другой метод - кодирование 8b / 10b.
Передача LVDS с кодировкой 8b / 10b [ править ]
LVDS не определяет схему битового кодирования, потому что это стандарт только физического уровня. LVDS поддерживает любую заданную пользователем схему кодирования для отправки и получения данных по каналу LVDS, включая данные в кодировке 8b / 10b. Схема кодирования 8b / 10b включает информацию о тактовом сигнале и имеет дополнительное преимущество в виде баланса постоянного тока. Баланс постоянного тока необходим для трактов передачи по переменному току (таких как емкостные тракты или тракты с трансформаторной связью). Существуют также методы кодирования с балансировкой постоянного тока для встроенных часов начального / стопового битов, которые обычно включают метод скремблирования данных. Ключевым моментом в LVDS является сигнализация физического уровня для передачи битов по проводам. Он совместим практически со всеми методами кодирования данных и встраивания часов.
LVDS для приложений с очень высокой пропускной способностью [ править ]
Когда одна дифференциальная пара последовательных данных недостаточно высока, существуют методы для параллельного группирования последовательных каналов данных и добавления параллельного тактового канала для синхронизации. Это метод, используемый FPD-Link. Другими примерами параллельного LVDS с использованием нескольких пар LVDS и параллельных часов для синхронизации являются Channel Link и HyperTransport .
Существует также метод увеличения пропускной способности данных путем группирования нескольких каналов данных LVDS со встроенными часами вместе. Однако это не параллельный LVDS, потому что нет параллельных часов, и каждый канал имеет свою собственную информацию о часах. Примером этого метода является PCI Express, где 2, 4 или 8 последовательных каналов с кодировкой 8b / 10b переносят данные приложения от источника к месту назначения. В этом случае место назначения должно использовать метод синхронизации данных для выравнивания нескольких последовательных каналов данных.
Многоточечный LVDS [ править ]
Первоначальный стандарт LVDS предусматривал только передачу цифрового сигнала от одного передатчика к одному приемнику в топологии «точка-точка». Однако инженеры, использующие первые продукты LVDS, вскоре захотели управлять несколькими приемниками с помощью одного передатчика в многоточечной топологии. В результате НСК изобрела Автобус.LVDS (BLVDS) как первая разновидность LVDS, предназначенная для управления несколькими приемниками LVDS. Он использует оконечные резисторы на каждом конце дифференциальной линии передачи для поддержания целостности сигнала. Двойная оконечная нагрузка необходима, поскольку в центре шины могут быть установлены один или несколько передатчиков, направляющих сигналы к приемникам в обоих направлениях. Отличие от стандартных передатчиков LVDS заключалось в увеличении выходного тока для управления несколькими оконечными резисторами. Кроме того, передатчики должны допускать возможность одновременного управления одной и той же шиной другими передатчиками.
Автобусы LVDS и LVDM (от TI ) де-факто являются стандартами многоточечных LVDS. [ Править ] многоточечная LVDS ( MLVDS ) является TIA стандарта (TIA-899). Стандарт AdvancedTCA определяет MLVDS для распределения часов по объединительной плате на каждую из плат вычислительных модулей в системе.
MLVDS имеет два типа приемников. Тип 1 совместим с LVDS и использует порог +/- 50 мВ. Приемники типа 2 позволяют передавать сигналы по проводной сети с устройствами M-LVDS. Для M-LVDS:
| Выход | Вход | ||
|---|---|---|---|
| Общий режим | ампли- этюд | ||
| Мин. | 0,3 В | 0,48 В | -1,4 В |
| Максимум. | 2,1 В | 0,65 В | +3,8 В |
SCI-LVDS [ править ]
Существующей форме LVDS предшествовал более ранний стандарт, инициированный Scalable Coherent Interconnect (SCI). SCI-LVDS был подмножеством семейства стандартов SCI и определен в стандарте IEEE 1596.3 1995 г. Комитет SCI разработал LVDS для соединения многопроцессорных систем с высокоскоростным интерфейсом с низким энергопотреблением, чтобы заменить положительную эмиттерно-связанную логику (PECL).
Стандарты [ править ]
Стандарт ANSI / TIA / EIA -644-A (опубликован в 2001 г.) определяет LVDS. Первоначально этот стандарт рекомендовал максимальную скорость передачи данных 655 Мбит / с по медной витой паре, но сегодня в высококачественных средах передачи распространены скорости передачи данных от 1 до 3 Гбит / с. [3]Сегодня технологии широкополосной передачи цифрового видеосигнала, такие как LVDS, также используются в транспортных средствах, в которых сигнал, передаваемый в виде дифференциального сигнала, помогает по причинам ЭМС. Однако необходимо использовать высококачественные экранированные кабели витой пары вместе с тщательно продуманными системами разъемов для прокладки кабелей. Альтернативой является использование коаксиальных кабелей. Исследования показали, что, несмотря на упрощенную среду передачи, возможно преобладание как излучения, так и помехоустойчивости в высокочастотном диапазоне. В будущем высокоскоростные видеоподключения могут быть меньше, легче и дешевле в реализации.
Технологии последовательной передачи видео широко используются в автомобиле для соединения камер, дисплеев и устройств управления. Несжатые видеоданные имеют некоторые преимущества для определенных приложений. Протоколы последовательной связи теперь позволяют передавать данные со скоростью от 3 до 4 Гбит / с и, таким образом, управлять дисплеями с разрешением до Full HD. Интеграция компонентов сериализатора и десериализатора в блок управления из-за низких требований к дополнительному оборудованию и программному обеспечению - простая и недорогая. Напротив, требуются шинные решения для подключения передачи видео к соответствующему сетевому контроллеру и, при необходимости, ресурсы для сжатия данных. Поскольку для многих приложений полнофункциональная сеть не требуется во всей видеоархитектуре и для некоторых соединений,сжатие данных невозможно из-за потери качества изображения и дополнительной задержки, технологии передачи видео с ориентацией на шину в настоящее время привлекательны лишь частично.
См. Также [ править ]
- Логика токового режима , еще один стандарт дифференциальной сигнализации
- FPD-Link , аналогичный, но другой LVDS
- Список битрейтов интерфейса
- Положительная эмиттерно-связанная логика (PECL и LVPECL)
- Контроллер дисплея , микросхема, вырабатывающая сигнал
Ссылки [ править ]
- ^ Взаимодействие между уровнями LVPECL, VML, CML и LVDS , SLLA120, Texas Instruments, декабрь 2002 г.
- ^ Ведущие производители ПК переходят на технологию цифровых дисплеев, постепенно отказываясь от аналоговой
- ^ "Описание шины EIA-644, RS644 LVDS" . 080310 interfacebus.com
Внешние ссылки [ править ]
- Отчеты о приложениях M-LVDS
- LVDS Application and Data Book , SLLD009, Texas Instruments , ноябрь 2002 г.
- Обзор технологии LVDS , AN-971, Texas Instruments, июль 1998 г.
- Руководство пользователя LVDS , 4-е издание, Texas Instruments, 2008 г.
- Введение в M-LVDS (TIA / EIA-899) , SLLA108, Texas Instruments, февраль 2002 г.
- Масштабируемая низковольтная сигнализация SLVS-400 , стандарт JEDEC, JESD8-13, октябрь 2001 г.
- Тестирование схем LVDS
- Совместимость LVDS со стандартами интерфейсов RS422 и RS485 , AN-5023, Fairchild Semiconductor , июль 2002 г.
