Материал: 516_Mamchev, G. V. Televidenie Vysokoj Chetkosti

Драйверы управления строками и столбцами могут быть выполнены как в виде отдельных микросхем, так и входить в состав одной микросхемы. Как правило, микросхемы драйверов монтируются на печатной плате или на гибком печатном шлейфе.

10.6. Современные цифровые дисплейные интерфейсы для жидкокристаллических экранов

10.6.1. Классификация дисплейных интерфейсов

Увеличение размеров и расширение шкалы яркостных градаций цветных жидкокристаллических дисплеев потребовало увеличения скорости передачи данных в интерфейсных шинах. Поэтому за последние годы рядом зарубежных фирм были проведены разработки дисплейных интерфейсов, предназначенных для поддержки новых форматов высокого разрешения для жидкокристаллических дисплеев.

Существуют два типа дисплейных интерфейсов – аналоговый и цифровой. В аналоговом интерфейсе информация представлена сигналами основных цветов R, G, B, а также сигналами строчной и кадровой разверток. Данный тип интерфейса широко используется для связи видеоконтроллера как с традиционными мониторами на ЭЛТ трубках, так и с дисплеями на ЖК TFT-типа.

Схема транспортировки данных от видеоконтроллера до схемы управления разверткой дисплея примерно одинакова для аналоговых и цифровых интерфейсов. Процессор формирует в буферном ОЗУ видеоконтроллера совокупность данных, соответствующих изображению. Каждому пикселю изображения, состоящему из трех цветных ячеек, соответствует от 6 до 8 разрядов на каждую ячейку в памяти видеобуфера. При шести разрядах на каждый цвет имеем 18 битов на пиксель, а при 8-битовом кодировании получаем 24 бита на один пиксель.

При реализации аналогового интерфейса данные, выбранные из ОЗУ, преобразуются с помощью трехканального быстродействующего цифроаналогового преобразователя (ЦАП) в аналоговую форму и затем передаются в схему управления монитором.

Вцифровых дисплейных интерфейсах транспортировка данных от видеоконтроллера до дисплея производится в цифровой форме. Формирование изображения на экране цветных жидкокристаллических мониторов TFT-типа производится столбцовыми и строчными драйверами. Строчные драйверы обеспечивают управление выборкой по строкам, а через столбцовые драйверы производится доставка данных в адресуемые пиксели ЖКЭ. Микросхемы современных столбцовых драйверов жидкокристаллических мониторов имеют цифровые шины данных. Поэтому для оптимального управления необходимо использовать цифровые дисплейные интерфейсы.

ВЖКЭ первого поколения, черно-белых и цветных, имеющих невысокое разрешение, для транспортировки данных от видеоконтроллера до столбцовых

дисплейных драйверов использовалась шина на основе обычной КМОП-логики. Разрядность этой шины была от 4 до 16 битов. По мере расширения размеров мониторов, а также числа градаций яркости росла и скорость передачи данных. Возникли проблемы, связанные с обеспечением большей полосы пропускания, чем может обеспечить обычная КМОП-логика. Использование скоростных интерфейсов с большими уровнями сигналов и крутыми фронтами привело к высокому уровню электромагнитных помех и стало проблемой для электромагнитной совместимости радиодиапазона.

Для комплексного решения задач, связанных с транспортировкой потоков данных в канале управления высокоинформативными жидкокристаллическими дисплеями, был разработан ряд цифровых дисплейных технологий [65]. Цифровые дисплейные интерфейсы в зависимости от функционального назначения можно разделить на четыре группы:

интерфейс между видеоконтроллером и модулем ЖКЭ в переносных ПК (ноутбуках) (длина соединения 30…50 см);

интерфейс между платой видеоконтроллера компьютера и внешним жидкокристаллическим монитором (длина соединений 120…150 см);

внутренний дисплейный интерфейс между дисплейным контроллером и микросхемами драйверов столбцов (длина соединений 20…30 см);

и, наконец, интерфейс между видеоконтроллером и удаленным жидкокристаллическим монитором (длина соединений от нескольких метров до нескольких сот метров).

На рис. 10.40 показана типовая структура управления жидкокристаллическим дисплеем TFT-типа.

Рис. 10.40. Структура управления ЖКЭ TFT-типа

Для ЖКЭ как с пассивной адресацией, так и с активной адресацией, имеющих разрешение до 640 480 пикселей, использовалась прямая передача данных между памятью видеоконтроллера и столбцовыми драйверами. При повышении дисплейного разрешения увеличились скорости передачи, и в состав монитора потребовалось ввести схему управления синхронизацией, приема и распределения данных по столбцовым драйверам – дисплейный контроллер (TCON – Timing Controller). Таким образом, дисплейный интерфейс стал состоять из двух шин:

шины передачи данных от видеоконтроллера (из видеобуфера) до дисплейного контроллера;

шины внутреннего дисплейного интерфейса, реализующего распределение и доставку данных от дисплейного контроллера до столбцовых драйверов

ЖКЭ (рис. 10.41).

Любой интерфейс, в первую очередь, характеризуется полосой пропускания. Полоса пропускания, необходимая для передачи дисплейных данных, определяется форматом отображения, то есть числом воспроизводимых пикселей, длиной битового кодирования одного пикселя, а также частотой кадровой развертки. Для сравнительной оценки необходимой полосы пропускания в табл. 10.2 представлены основные параметры наиболее используемых в современных ЖКЭ графических форматов.

Рис. 10.41. Маршрут данных от видео ОЗУ до столбцовых драйверов

В графе таблицы «Объем кадра» имеется в виду цветной пиксель, состоящий из трех RGB элементов изображения (ячеек). Полоса пропускания F, необходимая для передачи данных, соответствующей каждому формату разрешения, определяется следующим образом:

F H V log2 N fк,

где H и V – разрешение по горизонтали и вертикали в цветных пикселях; – множитель, учитывающий число цветных ячеек (RGB-типа) в одном пикселе (фактически = 3); N – число градаций яркости для каждого цвета; fк – частота кадровой развертки, в Гц.

Например, при воспроизведении изображения с разрешением 1400 1050 пикселей и числом градаций яркости 256 для каждого цвета, в случае fк = 85 Гц для шины, соединяющей видеоконтроллер и столбцовые драйверы ЖКЭ, требуется полоса пропускания, обеспечивающая скорость передачи данных около 3 Гбит/с. В действительности, это только грубая оценка, которая не учитывает тот факт, что передача данных идет совместно с передачей строчных и кадровых синхронизирующих сигналов. Синхросигналы устройств развертки используются для любых типов дисплеев, будь то монитор на ЭЛТ или же жидкокристаллическое устройство отображения. Во время передачи синхросигналов данные не передаются. Время, расходуемое на передачу синхросигналов, может достигать нескольких процентов для жидкокристаллических дисплеев и свыше 25% для мониторов на ЭЛТ. А это означает, что для передачи данных реально необходима полоса частот несколько больше рассчитанной выше и интерфейсная шина должна иметь дополнительный запас пропускной способности.

Для передачи таких объемов видеоинформации был разработан ряд новых интерфейсов, в которых используется дифференциальная низкоуровневая логика [65].

10.6.2. Цифровые дисплейные интерфейсы

Цифровой дисплейный интерфейс LVDS. Дифференциальный интер-

фейс для скоростной передачи данных LVDS (Low Voltage Differential Signaling) разработан фирмой National Semiconductor (США). Последовательная шина способна передавать до 24 битов информации на один пиксельный такт, конвертируя исходный поток для передачи по четырем дифференциальным парам с умножением исходной частоты в семь раз. Тактовая частота передается по отдельной дифференциальной паре проводов. Синхросигналы и управляющая информация передаются в поле дополнительных четырех битов (7 тактов 4 пары = 28 битов на такт). В ранней версии стандарта для шины регламентировалась максимальная тактовая пиксельная частота 40 МГц. Позднее частота была увеличена сначала до 65 МГц, а затем доведена и до 85 МГц. Уровни рабочих сигналов 345 мВ, выходной ток передатчика от 2,47 до 4,54 мА, нагрузка 100 Ом. Дифференциальная схема интерфейса между источником сигнала и приемником сигнала позволяет решить задачу надежной передачи сигналов со скоростью свыше 455 Мбит/с без искажения на расстояние нескольких метров.

Рис. 10.42. Структурная схема приемника ТFР403 Panel Bus фирмы Texas Instruments

Для реализации данного интерфейса фирма Texas Instruments (США) выпускает микросхемы приемников и передатчиков. Структурная схема приемника интерфейса LVDS фирмы Texas Instruments приведена на рис. 10.42.

Микросхема приемника содержит:

встроенные пары согласующих резисторов 50 Ом для каждого дифференциального приемника;

четырехканальный дифференциальный приемник последовательных данных;

схему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) делителя тактовой частоты на 7;

триггеры фиксации (LATCH – защелка) последовательных данных каналов

0…2 (Channel 0…Channel 2);

конвертор последовательного кода в параллельный десятибитовый код для трех каналов (CH0…CH2) (Data Recovery and Synchronization – восстановле-

ние данных и синхронизации);

декодер данных и восстановления синхросигналов развертки;

контроллер панельного интерфейса;

встроенный стабилизатор напряжения 1,8 В для питания цифрового ядра микросхемы.

Микросхема имеет питание 3,3 В. Входные и выходные цепи запитаны от

источника 3,3 В, а цифровое ядро, работающее на высоких тактовых частотах, питается от встроенного источника напряжения 1,8 В.

Видеоинтерфейс GVIF фирмы Sony. GVIF (Gigabit Video InterFace) – раз-

работанный фирмой Sony стандарт цифрового дисплейного интерфейса. Достаточно простой и дешевый вариант цифрового интерфейса для использования в бытовой видеотехнике. Аналогично интерфейсу LVDS, здесь также применяет-