開(kāi)發(fā)專(zhuān)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(shuō)了這一技術(shù)的變遷、性能提高的過(guò)程以及應(yīng)用的變化等。在本次的第二次連載中，我們會(huì)把焦點(diǎn)集中在LVDS（Low voltage differential signaling）技術(shù)上，就其基本原理和特征，以及發(fā)售中的產(chǎn)品等進(jìn)行詳細(xì)解說(shuō)。
15年以上支撐著電腦市場(chǎng)
我們可以毫不夸張地說(shuō)--LVDS（Low voltage differential signaling）技術(shù)開(kāi)拓了串行接口的歷史。在1990年代中期，LVDS SerDes（串行轉(zhuǎn)換器/串行解串器）被使用于市場(chǎng)需求急速擴(kuò)大的筆記本電腦上，銷(xiāo)售數(shù)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(chǎng)上站穩(wěn)腳跟做出了很大的貢獻(xiàn)。
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(shí)間控制器IC（TCON），以應(yīng)對(duì)UXGA和WUXGA之類(lèi)高分辨率液晶屏所需，被持續(xù)使用了15年以上。筆記本應(yīng)用上從2012年左右開(kāi)始慢慢被eDP（embedded DisplayPort）替換。但可以說(shuō)LVDS SerDes直到近期仍是支撐著筆記本電腦市場(chǎng)的存在。
但LVDS SerDes并不是連接液晶顯示屏和邏輯板的“專(zhuān)用”接口技術(shù)。分析一下這一技術(shù)的內(nèi)容就會(huì)一目了然--它是一種連接A點(diǎn)與B點(diǎn)的普通的串行接口技術(shù)。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(lái)詳細(xì)說(shuō)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(shí)間控制器IC（TCON），以應(yīng)對(duì)UXGA和WUXGA之類(lèi)高分辨率液晶屏所需，被持續(xù)使用了15年以上。筆記本應(yīng)用上從2012年左右開(kāi)始慢慢被eDP（embedded DisplayPort）替換。但可以說(shuō)LVDS SerDes直到近期仍是支撐著筆記本電腦市場(chǎng)的存在。
但LVDS SerDes并不是連接液晶顯示屏和邏輯板的“專(zhuān)用”接口技術(shù)。分析一下這一技術(shù)的內(nèi)容就會(huì)一目了然--它是一種連接A點(diǎn)與B點(diǎn)的普通的串行接口技術(shù)。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(lái)詳細(xì)說(shuō)明。
發(fā)揮高速的數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔?/h3>要靈活使用LVDS SerDes，首先需要理解物理層面的LVDS技術(shù)。
LVDS是1995年作為「ANSI/TIA/EIA-644」制定了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的串行接口用物理層規(guī)格（圖1）。通過(guò)驅(qū)動(dòng)3.5mA的穩(wěn)定電流電源，可在100Ω終端時(shí)，以350mV這樣非常低振幅的差動(dòng)信號(hào)來(lái)高速傳送數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)傳輸速度在規(guī)格內(nèi)限定最大為655Mbit/秒。但這并不是極限值。通過(guò)各半導(dǎo)體廠商獨(dú)有的加工，可以完成3Gbit/秒左右的高速傳輸速度。
LVDS的差動(dòng)信號(hào)波形的具體示例請(qǐng)見(jiàn)圖2。
將2根差動(dòng)信號(hào)--正電極信號(hào)（A+）和負(fù)電極信號(hào)（B−），以1.2V的共同電壓（Voc）為中心，使2個(gè)信號(hào)間以350mV的電位差擺動(dòng)。然后，用探針測(cè)定示波器的差動(dòng)，會(huì)得到圖2這樣的信號(hào)波形。這就是兩個(gè)信號(hào)的振幅差（（A+）−（B−））。以差動(dòng)探針測(cè)定，就能得到振幅差的計(jì)算結(jié)果。但是這樣的信號(hào)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(jī)）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(nèi)就能接收信號(hào)。
此外，LVDS SerDes是以低振幅的差動(dòng)信號(hào)來(lái)傳送數(shù)據(jù)，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(lèi)的事態(tài)發(fā)生。這也是它多被使用在對(duì)雜音較敏感的電子設(shè)備上的理由之一。
也就是說(shuō)LVDS SerDes具備能高速和遠(yuǎn)距離地傳輸數(shù)據(jù)、對(duì)共通電壓耐性高，且多余輻射少等優(yōu)點(diǎn)。它最合適的用途就是用于需要這些優(yōu)點(diǎn)的電子設(shè)備上。比如復(fù)合機(jī)（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(shù)據(jù)傳送到實(shí)行圖像處理的主板上時(shí)也可使用。裝置內(nèi)其實(shí)有一定的距離（圖4）。使用LVDS SerDes的話，掃描儀與主板相距較遠(yuǎn)也沒(méi)問(wèn)題。雖然與所使用的配線的扭曲度和電力損失程度有一點(diǎn)關(guān)系，但僅用細(xì)小的配線傳輸數(shù)米之類(lèi)的完全不會(huì)成問(wèn)題。對(duì)于這類(lèi)需要機(jī)箱內(nèi)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娮釉O(shè)備，LVDS SerDes可以被很好地應(yīng)用。
對(duì)配線扭曲和共通電壓耐性強(qiáng)
現(xiàn)在，LVDS SerDes有多種產(chǎn)品在銷(xiāo)售中。接下來(lái)將以THine Electronics的產(chǎn)品系列為例進(jìn)行詳細(xì)介紹。
圖5是LVDS SerDes的基本構(gòu)成。
輸入串行轉(zhuǎn)換器的信號(hào)數(shù)據(jù)為7bit×4根＝28bit。將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行的LVDS信號(hào)，傳輸?shù)酱薪獯魃?。同時(shí)另行傳送時(shí)鐘信號(hào)。串行解串器會(huì)通過(guò)傳送到的時(shí)鐘信號(hào)調(diào)整時(shí)間來(lái)接收信號(hào)，將7bit×4根的LVDS信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)并輸出。THine Electronics提供的LVDS SerDes的特征可列舉為以下6點(diǎn)（表1）。
1、在工作電壓為3.3V的普通產(chǎn)品以外，可在串行轉(zhuǎn)換器上按照LVDS規(guī)格的同時(shí)提供1.8V的低工作電壓的產(chǎn)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(jìng)爭(zhēng)對(duì)手生產(chǎn)的低電壓產(chǎn)品中，Voc就常常會(huì)低于1.2V。但THine Electronics的「THC63LVDM87」和「THC63LVD827」可在達(dá)到1.8V的低工作電壓環(huán)境時(shí)，輸出共通電壓（Voc）在到達(dá)收信側(cè)的串行解串器時(shí)仍能維持最合適的1.2V。
2、產(chǎn)品涵蓋可應(yīng)對(duì)單連接和雙連接的各個(gè)系列。比如RGB各10bit的圖像信號(hào)傳送用單連接的串行轉(zhuǎn)換器「THC63LVD103D」和串行解串器「THC63LVD104C」，其雙連接版則為串行轉(zhuǎn)換器「THC63LVD1023B」和串行解串器「THC63LVD1024」。使用雙連接產(chǎn)品可以簡(jiǎn)單地使數(shù)據(jù)傳送帶寬放大。比如單連接產(chǎn)品最多只能對(duì)應(yīng)1080I；但使用雙連接產(chǎn)品可以對(duì)應(yīng)1080P。此外，我們還有RGB各8bit的雙連接產(chǎn)品，具體產(chǎn)品有串行轉(zhuǎn)換器「THC63LVD823B」和串行解串器「THC63LVD824A」等。這些產(chǎn)品可以應(yīng)用于基板間及機(jī)箱內(nèi)通路寬度較寬的數(shù)據(jù)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(lái)控制取得數(shù)據(jù)的時(shí)間的產(chǎn)品。在液晶屏等用途上會(huì)用脈沖下降沿；但一般的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)所使用的串行接口則會(huì)使用脈沖上升沿。我們的產(chǎn)品中產(chǎn)品型號(hào)上如LVDR這樣帶「R」的產(chǎn)品是對(duì)應(yīng)使用脈沖上升沿的；LVDF這樣帶「F」的產(chǎn)品則是對(duì)應(yīng)使用脈沖下降沿。「LVDM」和「LVD」的產(chǎn)品則可以同時(shí)對(duì)應(yīng)兩種方式；可以通過(guò)pin設(shè)定來(lái)決定使用哪一種。
4、我們還有RepeaterIC產(chǎn)品。型號(hào)是「THC63LVD1027」。使用RepeaterIC，可以在接收LVDS SerDes輸出的信號(hào)后，吸收通過(guò)配線時(shí)產(chǎn)生的扭曲及波動(dòng)，調(diào)整成電壓軸和時(shí)間軸都在理想狀態(tài)下的LVDS信號(hào)后再一次傳輸（圖6）。
這樣就可以使數(shù)據(jù)的傳輸距離（配線長(zhǎng)度）大幅度加長(zhǎng)。將其設(shè)置在傳送路徑的中部可使傳送距離（配線長(zhǎng)度）延伸2倍。此外，還能使至今仍很困難的1個(gè)頻的圖像信號(hào)輸入分配到2頻這樣一種LVDS SerDes的信號(hào)分配成為可能（圖7）。
5、可對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘頻率范圍在8M～160MHz這一較大范圍。比如「THC63LVD103D」等產(chǎn)品就能對(duì)應(yīng)較大的時(shí)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(shè)計(jì)的靈活性。
6、我們還有將LVDS的輸出控制在更低振幅的產(chǎn)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(dá)到低耗電。
此外，我們還有適合搭載在攝像機(jī)模組等小型電子設(shè)備上的、實(shí)際面積為5mm×5mm及超小的49pin VFBGA封印產(chǎn)品；適用車(chē)載設(shè)備的則有工作溫度范圍在−40～＋105℃這樣廣的范圍下的產(chǎn)品；這些都是我們的特點(diǎn)。
綜上所述，THine Electronics有著眾多LVDS SerDes產(chǎn)品，可以對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)要求有４K的倍速和鮮艷的色彩、8K這樣的高分辨率信號(hào)以及高速的遠(yuǎn)距離傳輸?shù)挠猛揪捅容^困難。因此THine Electronics開(kāi)發(fā)出了更高速的串行接口技術(shù)--「V-by-One? HS」。下一次的第3次連載我們就來(lái)解說(shuō)一下V-by-One? HS的基本原理和它的產(chǎn)品線吧。
※各圖的補(bǔ)充說(shuō)明
圖6 LVDS RepeatereIC的使用例（1）
對(duì)應(yīng)雙頻的LVDS SerDes RepeaterIC 「THC63LVD1027」的使用例。加入到傳輸路徑中以延長(zhǎng)傳輸距離。
図7 LVDS RepeaterIC的使用例（2）
對(duì)應(yīng)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(duì)2的信號(hào)分配。
LVDS是1995年作為「ANSI/TIA/EIA-644」制定了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的串行接口用物理層規(guī)格（圖1）。通過(guò)驅(qū)動(dòng)3.5mA的穩(wěn)定電流電源，可在100Ω終端時(shí)，以350mV這樣非常低振幅的差動(dòng)信號(hào)來(lái)高速傳送數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)傳輸速度在規(guī)格內(nèi)限定最大為655Mbit/秒。但這并不是極限值。通過(guò)各半導(dǎo)體廠商獨(dú)有的加工，可以完成3Gbit/秒左右的高速傳輸速度。
LVDS的差動(dòng)信號(hào)波形的具體示例請(qǐng)見(jiàn)圖2。
將2根差動(dòng)信號(hào)--正電極信號(hào)（A+）和負(fù)電極信號(hào)（B−），以1.2V的共同電壓（Voc）為中心，使2個(gè)信號(hào)間以350mV的電位差擺動(dòng)。然后，用探針測(cè)定示波器的差動(dòng)，會(huì)得到圖2這樣的信號(hào)波形。這就是兩個(gè)信號(hào)的振幅差（（A+）−（B−））。以差動(dòng)探針測(cè)定，就能得到振幅差的計(jì)算結(jié)果。但是這樣的信號(hào)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(jī)）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(nèi)就能接收信號(hào)。
此外，LVDS SerDes是以低振幅的差動(dòng)信號(hào)來(lái)傳送數(shù)據(jù)，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(lèi)的事態(tài)發(fā)生。這也是它多被使用在對(duì)雜音較敏感的電子設(shè)備上的理由之一。
也就是說(shuō)LVDS SerDes具備能高速和遠(yuǎn)距離地傳輸數(shù)據(jù)、對(duì)共通電壓耐性高，且多余輻射少等優(yōu)點(diǎn)。它最合適的用途就是用于需要這些優(yōu)點(diǎn)的電子設(shè)備上。比如復(fù)合機(jī)（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(shù)據(jù)傳送到實(shí)行圖像處理的主板上時(shí)也可使用。裝置內(nèi)其實(shí)有一定的距離（圖4）。使用LVDS SerDes的話，掃描儀與主板相距較遠(yuǎn)也沒(méi)問(wèn)題。雖然與所使用的配線的扭曲度和電力損失程度有一點(diǎn)關(guān)系，但僅用細(xì)小的配線傳輸數(shù)米之類(lèi)的完全不會(huì)成問(wèn)題。對(duì)于這類(lèi)需要機(jī)箱內(nèi)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娮釉O(shè)備，LVDS SerDes可以被很好地應(yīng)用。
圖5是LVDS SerDes的基本構(gòu)成。
輸入串行轉(zhuǎn)換器的信號(hào)數(shù)據(jù)為7bit×4根＝28bit。將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行的LVDS信號(hào)，傳輸?shù)酱薪獯魃?。同時(shí)另行傳送時(shí)鐘信號(hào)。串行解串器會(huì)通過(guò)傳送到的時(shí)鐘信號(hào)調(diào)整時(shí)間來(lái)接收信號(hào)，將7bit×4根的LVDS信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)并輸出。THine Electronics提供的LVDS SerDes的特征可列舉為以下6點(diǎn)（表1）。
1、在工作電壓為3.3V的普通產(chǎn)品以外，可在串行轉(zhuǎn)換器上按照LVDS規(guī)格的同時(shí)提供1.8V的低工作電壓的產(chǎn)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(jìng)爭(zhēng)對(duì)手生產(chǎn)的低電壓產(chǎn)品中，Voc就常常會(huì)低于1.2V。但THine Electronics的「THC63LVDM87」和「THC63LVD827」可在達(dá)到1.8V的低工作電壓環(huán)境時(shí)，輸出共通電壓（Voc）在到達(dá)收信側(cè)的串行解串器時(shí)仍能維持最合適的1.2V。
2、產(chǎn)品涵蓋可應(yīng)對(duì)單連接和雙連接的各個(gè)系列。比如RGB各10bit的圖像信號(hào)傳送用單連接的串行轉(zhuǎn)換器「THC63LVD103D」和串行解串器「THC63LVD104C」，其雙連接版則為串行轉(zhuǎn)換器「THC63LVD1023B」和串行解串器「THC63LVD1024」。使用雙連接產(chǎn)品可以簡(jiǎn)單地使數(shù)據(jù)傳送帶寬放大。比如單連接產(chǎn)品最多只能對(duì)應(yīng)1080I；但使用雙連接產(chǎn)品可以對(duì)應(yīng)1080P。此外，我們還有RGB各8bit的雙連接產(chǎn)品，具體產(chǎn)品有串行轉(zhuǎn)換器「THC63LVD823B」和串行解串器「THC63LVD824A」等。這些產(chǎn)品可以應(yīng)用于基板間及機(jī)箱內(nèi)通路寬度較寬的數(shù)據(jù)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(lái)控制取得數(shù)據(jù)的時(shí)間的產(chǎn)品。在液晶屏等用途上會(huì)用脈沖下降沿；但一般的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)所使用的串行接口則會(huì)使用脈沖上升沿。我們的產(chǎn)品中產(chǎn)品型號(hào)上如LVDR這樣帶「R」的產(chǎn)品是對(duì)應(yīng)使用脈沖上升沿的；LVDF這樣帶「F」的產(chǎn)品則是對(duì)應(yīng)使用脈沖下降沿。「LVDM」和「LVD」的產(chǎn)品則可以同時(shí)對(duì)應(yīng)兩種方式；可以通過(guò)pin設(shè)定來(lái)決定使用哪一種。
4、我們還有RepeaterIC產(chǎn)品。型號(hào)是「THC63LVD1027」。使用RepeaterIC，可以在接收LVDS SerDes輸出的信號(hào)后，吸收通過(guò)配線時(shí)產(chǎn)生的扭曲及波動(dòng)，調(diào)整成電壓軸和時(shí)間軸都在理想狀態(tài)下的LVDS信號(hào)后再一次傳輸（圖6）。
這樣就可以使數(shù)據(jù)的傳輸距離（配線長(zhǎng)度）大幅度加長(zhǎng)。將其設(shè)置在傳送路徑的中部可使傳送距離（配線長(zhǎng)度）延伸2倍。此外，還能使至今仍很困難的1個(gè)頻的圖像信號(hào)輸入分配到2頻這樣一種LVDS SerDes的信號(hào)分配成為可能（圖7）。
5、可對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘頻率范圍在8M～160MHz這一較大范圍。比如「THC63LVD103D」等產(chǎn)品就能對(duì)應(yīng)較大的時(shí)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(shè)計(jì)的靈活性。
6、我們還有將LVDS的輸出控制在更低振幅的產(chǎn)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(dá)到低耗電。
此外，我們還有適合搭載在攝像機(jī)模組等小型電子設(shè)備上的、實(shí)際面積為5mm×5mm及超小的49pin VFBGA封印產(chǎn)品；適用車(chē)載設(shè)備的則有工作溫度范圍在−40～＋105℃這樣廣的范圍下的產(chǎn)品；這些都是我們的特點(diǎn)。
綜上所述，THine Electronics有著眾多LVDS SerDes產(chǎn)品，可以對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)要求有４K的倍速和鮮艷的色彩、8K這樣的高分辨率信號(hào)以及高速的遠(yuǎn)距離傳輸?shù)挠猛揪捅容^困難。因此THine Electronics開(kāi)發(fā)出了更高速的串行接口技術(shù)--「V-by-One? HS」。下一次的第3次連載我們就來(lái)解說(shuō)一下V-by-One? HS的基本原理和它的產(chǎn)品線吧。
圖6 LVDS RepeatereIC的使用例（1）
對(duì)應(yīng)雙頻的LVDS SerDes RepeaterIC 「THC63LVD1027」的使用例。加入到傳輸路徑中以延長(zhǎng)傳輸距離。
図7 LVDS RepeaterIC的使用例（2）
對(duì)應(yīng)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(duì)2的信號(hào)分配。
