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解決方案
說(shuō)到影像接口,HDMI和DisplayPort是最具代表性的存在。很多人都有親手插入這些連接器,將電腦與顯示屏連接的經(jīng)驗(yàn)。如果是自己家用的電腦,很多時(shí)候插好之后就會(huì)「一直保持原樣」,不會(huì)再動(dòng)。
但根據(jù)用途不同,有的時(shí)候必須反復(fù)進(jìn)行插拔的連接動(dòng)作。例如在工廠生產(chǎn)線上對(duì)裝載顯示器的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)時(shí),工作人員往往需要將影像接口的連接器插入正在生產(chǎn)線上流動(dòng)的顯示器設(shè)備,檢測(cè)完成后需要拔掉連接器,再插入并連接到到下一臺(tái)設(shè)備;相同的工作一天需要反復(fù)進(jìn)行很多次。這樣一來(lái),不光是工作量本身就非常大,并且頻繁的插拔動(dòng)作會(huì)增加連接器損壞的風(fēng)險(xiǎn)。
此外,汽車上的顯示器(選裝配置)也是需要反復(fù)進(jìn)行影像接口連接的應(yīng)用應(yīng)用之一。孩子們也經(jīng)常會(huì)將智能手機(jī)或游戲掌機(jī)等便攜設(shè)備通過(guò)HDMI等影像接口進(jìn)行連接。此時(shí),如果影像接口用連接器外露,就可能會(huì)不小心灑到水或果汁,導(dǎo)致連接故障。
但根據(jù)用途不同,有的時(shí)候必須反復(fù)進(jìn)行插拔的連接動(dòng)作。例如在工廠生產(chǎn)線上對(duì)裝載顯示器的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)時(shí),工作人員往往需要將影像接口的連接器插入正在生產(chǎn)線上流動(dòng)的顯示器設(shè)備,檢測(cè)完成后需要拔掉連接器,再插入并連接到到下一臺(tái)設(shè)備;相同的工作一天需要反復(fù)進(jìn)行很多次。這樣一來(lái),不光是工作量本身就非常大,并且頻繁的插拔動(dòng)作會(huì)增加連接器損壞的風(fēng)險(xiǎn)。
此外,汽車上的顯示器(選裝配置)也是需要反復(fù)進(jìn)行影像接口連接的應(yīng)用應(yīng)用之一。孩子們也經(jīng)常會(huì)將智能手機(jī)或游戲掌機(jī)等便攜設(shè)備通過(guò)HDMI等影像接口進(jìn)行連接。此時(shí),如果影像接口用連接器外露,就可能會(huì)不小心灑到水或果汁,導(dǎo)致連接故障。
以毫米波傳輸HDMI信號(hào)
以解決這些問(wèn)題為主要目的,我司開發(fā)了將電腦與顯示器連接的影像接口無(wú)線化的裝置--「非接觸式顯示適配器」(圖1)。影像接口的無(wú)線傳輸將通過(guò)60GHz頻段的毫米波通信來(lái)實(shí)現(xiàn)。
開發(fā)的裝置由傳送單元(Tx unit)和接收單元(Rx unit)組成(圖2)。影像接口支持HDMI,傳送單元的輸入和接收單元的輸出都是HDMI。
使用方法非常簡(jiǎn)單。每個(gè)單元都有突起和對(duì)應(yīng)的孔,只需將兩個(gè)單元的突起對(duì)接,使傳送單元和接收單元重疊并對(duì)準(zhǔn)位置,就能開始影像信號(hào)的無(wú)線傳輸(圖3);完全不需要物理上插入連接器的操作。
此外,非接觸式顯示適配器還裝載了無(wú)線供電(WPT:Wireless Power Transfer)功能,可為接收單元提供電力。如前所述,只需將兩個(gè)突起對(duì)接,就會(huì)先啟動(dòng)無(wú)線供電,隨后便能實(shí)現(xiàn)影像接口的無(wú)線傳輸。也就是說(shuō)接收單元這一側(cè)不需要接入電源連接器。
因此,利用非接觸式顯示適配器,使用者可以獲得兩大優(yōu)勢(shì)。其一,是能改善連接器插拔作業(yè)的次數(shù)。雖然每次插拔影像接口連接器所花費(fèi)的時(shí)間并不長(zhǎng),但如果插拔次數(shù)太多,總共花費(fèi)的時(shí)間便不可忽視。如果能省下這些時(shí)間,就可以大幅提高工作效率。就像應(yīng)用于開頭所提到過(guò)的顯示器設(shè)備的檢測(cè)流程等場(chǎng)合時(shí),能帶來(lái)非常大的效益。
另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可以防止連接器的損耗。只要能將影像接口無(wú)線化,自然就不再需要物理上對(duì)連接器進(jìn)行連接;便可以有效防止連接器的物理?yè)p耗。
除此之外,還能獲得一個(gè)優(yōu)勢(shì),那就是可以實(shí)現(xiàn)傳送單元和接收單元之間的電氣絕緣。根據(jù)影像接口的應(yīng)用需求不同,有些情況下需要將影像信號(hào)的傳送端和接收端進(jìn)行電氣絕緣,以確保較高的安全性。使用這次開發(fā)的裝置,就能滿足這一需求。

圖1 無(wú)線傳輸影像接口的「非接觸式顯示適配器」
開發(fā)的裝置由傳送單元(Tx unit)和接收單元(Rx unit)組成(圖2)。影像接口支持HDMI,傳送單元的輸入和接收單元的輸出都是HDMI。

圖2 非接觸式顯示適配器的傳送單元與接收單元
使用方法非常簡(jiǎn)單。每個(gè)單元都有突起和對(duì)應(yīng)的孔,只需將兩個(gè)單元的突起對(duì)接,使傳送單元和接收單元重疊并對(duì)準(zhǔn)位置,就能開始影像信號(hào)的無(wú)線傳輸(圖3);完全不需要物理上插入連接器的操作。

圖3 可輕松對(duì)齊位置
此外,非接觸式顯示適配器還裝載了無(wú)線供電(WPT:Wireless Power Transfer)功能,可為接收單元提供電力。如前所述,只需將兩個(gè)突起對(duì)接,就會(huì)先啟動(dòng)無(wú)線供電,隨后便能實(shí)現(xiàn)影像接口的無(wú)線傳輸。也就是說(shuō)接收單元這一側(cè)不需要接入電源連接器。
因此,利用非接觸式顯示適配器,使用者可以獲得兩大優(yōu)勢(shì)。其一,是能改善連接器插拔作業(yè)的次數(shù)。雖然每次插拔影像接口連接器所花費(fèi)的時(shí)間并不長(zhǎng),但如果插拔次數(shù)太多,總共花費(fèi)的時(shí)間便不可忽視。如果能省下這些時(shí)間,就可以大幅提高工作效率。就像應(yīng)用于開頭所提到過(guò)的顯示器設(shè)備的檢測(cè)流程等場(chǎng)合時(shí),能帶來(lái)非常大的效益。
另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可以防止連接器的損耗。只要能將影像接口無(wú)線化,自然就不再需要物理上對(duì)連接器進(jìn)行連接;便可以有效防止連接器的物理?yè)p耗。
除此之外,還能獲得一個(gè)優(yōu)勢(shì),那就是可以實(shí)現(xiàn)傳送單元和接收單元之間的電氣絕緣。根據(jù)影像接口的應(yīng)用需求不同,有些情況下需要將影像信號(hào)的傳送端和接收端進(jìn)行電氣絕緣,以確保較高的安全性。使用這次開發(fā)的裝置,就能滿足這一需求。
采用易于無(wú)線化的接口
在此次開發(fā)的非接觸式顯示適配器中,我們采用了支持我司獨(dú)有的影像接口規(guī)格--「V-by-One HS II」的SerDes晶片組「THCV333-Q/THCV334-Q」。為什么選擇了支持V-by-One HS II的晶片組呢?在解釋原因前,我們先來(lái)說(shuō)明一下整個(gè)無(wú)線傳輸系統(tǒng)中影像信號(hào)的流程(圖4)。
另一方面,接收單元將信號(hào)以完全相反的順序轉(zhuǎn)回為影像信號(hào)(HDMI信號(hào)),再輸入到顯示器。具體來(lái)說(shuō),是從接收毫米波信號(hào)的SAM3中提取V-by-One HS II信號(hào),通過(guò)解串器IC「THCV334-Q」轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)VDS信號(hào),再通過(guò)「THC63LVDF84C」轉(zhuǎn)換為并行信號(hào),最后使用轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)回影像信號(hào)(HDMI信號(hào))。
V-by-One HS II的最大優(yōu)勢(shì)在于其傳輸方式。具體說(shuō)明如下:V-by-One HS II設(shè)有前向信道(從傳送回路到接收回路)和反向信道(從接收回路到傳送回路)。在前向信道中,影像信號(hào)以及嵌入其中的控制信號(hào)作為數(shù)據(jù)包一起傳送;而在反向信道中,只傳送控制信號(hào)。THCV333-Q和THCV334-Q晶片組能通過(guò)寄存器設(shè)置選擇,選擇將這兩種信號(hào)重疊并以雙向/少配線方式傳送,或?qū)⑵浞珠_并以單向/獨(dú)立配線方式傳送。由于可以輕松設(shè)置為單向通信,這使其非常適合用于無(wú)線傳輸(光傳輸)。實(shí)際上,在這次開發(fā)的非接觸式顯示適配器中,我們準(zhǔn)備了4個(gè)毫米波通信模組SAM3,并利用兩個(gè)模組分別構(gòu)建了前向信道和反向信道。
順便說(shuō)一下,本公司現(xiàn)有的技術(shù)使用的是以「V-by-One HS」為基礎(chǔ)的主鏈路、而控制信號(hào)則使用與主鏈路不同的子鏈路,這樣就構(gòu)成了兩個(gè)傳輸信道。其中主鏈路是單向通信,而子鏈路則是雙向通信,因此并不適用于無(wú)線傳輸(光傳輸)。也就是說(shuō),這次通過(guò)采用V-by-One HS II的THCV333-Q/THCV334-Q,我們可以比較輕松地實(shí)現(xiàn)HDMI的無(wú)線傳輸。

圖4 影像信號(hào)在傳送單元和接收單元的流程
首先,在傳送單元中,將從電腦輸出的影像信號(hào)(HDMI信號(hào))在轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換為并行信號(hào),然后在「THC63LVDM83D」中轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)VDS信號(hào)。接著通過(guò)串行器IC「THCV333-Q」將信號(hào)轉(zhuǎn)換為V-by-One HS II信號(hào),并經(jīng)由毫米波通信模組「SAM3」進(jìn)行無(wú)線傳輸,傳送至接收單元。另一方面,接收單元將信號(hào)以完全相反的順序轉(zhuǎn)回為影像信號(hào)(HDMI信號(hào)),再輸入到顯示器。具體來(lái)說(shuō),是從接收毫米波信號(hào)的SAM3中提取V-by-One HS II信號(hào),通過(guò)解串器IC「THCV334-Q」轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)VDS信號(hào),再通過(guò)「THC63LVDF84C」轉(zhuǎn)換為并行信號(hào),最后使用轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)回影像信號(hào)(HDMI信號(hào))。
V-by-One HS II的最大優(yōu)勢(shì)在于其傳輸方式。具體說(shuō)明如下:V-by-One HS II設(shè)有前向信道(從傳送回路到接收回路)和反向信道(從接收回路到傳送回路)。在前向信道中,影像信號(hào)以及嵌入其中的控制信號(hào)作為數(shù)據(jù)包一起傳送;而在反向信道中,只傳送控制信號(hào)。THCV333-Q和THCV334-Q晶片組能通過(guò)寄存器設(shè)置選擇,選擇將這兩種信號(hào)重疊并以雙向/少配線方式傳送,或?qū)⑵浞珠_并以單向/獨(dú)立配線方式傳送。由于可以輕松設(shè)置為單向通信,這使其非常適合用于無(wú)線傳輸(光傳輸)。實(shí)際上,在這次開發(fā)的非接觸式顯示適配器中,我們準(zhǔn)備了4個(gè)毫米波通信模組SAM3,并利用兩個(gè)模組分別構(gòu)建了前向信道和反向信道。
順便說(shuō)一下,本公司現(xiàn)有的技術(shù)使用的是以「V-by-One HS」為基礎(chǔ)的主鏈路、而控制信號(hào)則使用與主鏈路不同的子鏈路,這樣就構(gòu)成了兩個(gè)傳輸信道。其中主鏈路是單向通信,而子鏈路則是雙向通信,因此并不適用于無(wú)線傳輸(光傳輸)。也就是說(shuō),這次通過(guò)采用V-by-One HS II的THCV333-Q/THCV334-Q,我們可以比較輕松地實(shí)現(xiàn)HDMI的無(wú)線傳輸。
有效利用反向信道
毫米波通信模組SAM3是韓國(guó)SENSORVIEW公司的產(chǎn)品。其內(nèi)部包含了STMicroelectronics的毫米波通信收發(fā)器IC「ST60A2」、以及SENSORVIEW自行開發(fā)的塊狀天線等組件。
而無(wú)線供電則采用了B&PLUS的無(wú)線供電模組。最大可供應(yīng)的電力為10W。反向信道用于傳送信號(hào)以告知無(wú)線供電的傳送線圈和接收線圈之間是否已建立電力交換。如果對(duì)應(yīng)的接收線圈不存在,還繼續(xù)從傳送線圈輸送電力就會(huì)導(dǎo)致大量的電力損失。為了防止這種情況,當(dāng)接收單元未通過(guò)反向信道回傳信號(hào)時(shí),無(wú)線供電就會(huì)停止,以減少電力損失和防止發(fā)熱。
以上
而無(wú)線供電則采用了B&PLUS的無(wú)線供電模組。最大可供應(yīng)的電力為10W。反向信道用于傳送信號(hào)以告知無(wú)線供電的傳送線圈和接收線圈之間是否已建立電力交換。如果對(duì)應(yīng)的接收線圈不存在,還繼續(xù)從傳送線圈輸送電力就會(huì)導(dǎo)致大量的電力損失。為了防止這種情況,當(dāng)接收單元未通過(guò)反向信道回傳信號(hào)時(shí),無(wú)線供電就會(huì)停止,以減少電力損失和防止發(fā)熱。
以上