Interfață LVDS de mare viteză: descriere și aplicare

Instrumentele pentru organizarea tehnică a comunicațiilor în acest moment prezintă un interes deosebit pentru industria IT. Acest lucru se manifestă în dezvoltarea sistemelor fără fir și în umplerea fundamentală a dispozitivelor electronice cu capacitatea de a comunica cu alte echipamente, cu care acum câțiva ani nu a existat nici o îndoială. Dar, de asemenea, canalele tradiționale tradiționale de transfer de informații nu stau în picioare. De exemplu, conceptul de LVDS (semnalizare diferențială de joasă tensiune) se bazează pe principiile transmiterii semnalelor de joasă tensiune prin mai multe canale diferențiate. Această metodă de organizare a unui autobuz de radiodifuziune este foarte eficientă și nu necesită costuri ridicate.

Informații generale despre interfață

Abandonarea tehnologiilor fără fir în favoarea canalelor clasice oferă încă avantaje semnificative. Punctul nu este chiar în stabilitatea transmisiei de date, ci în viteză și nemulțumire în termeni de serviciu. În ceea ce privește dinamica, în medie, o astfel de linie este capabilă să furnizeze 400-600 Mbit / s pe o pereche de fire răsucite. Tehnologia LVDS a apărut ca răspuns la întrebări în rezolvarea problemei transferului de informații pe distanțe lungi. Dar diferența sa esențială față de metodele alternative a fost o schemă neobișnuită de contururi de ramificație. La urma urmei, ce este LVDS în ceea ce privește implementarea tehnică și de construcție? Acesta este setul de canale cu cabluri diferențiate destinate schimbului de date între dispozitive și microcircuite. Hardware-ul în sine nu este supus standardizării. Echipamentul aplicat poate fi, în principiu, disponibil pentru integrarea interfeței. Dar conductorii nu reprezintă ceva care depășește specificațiile moderne. În plus, liniile paralele pot fi bazate pe conductorii de îmbătrânire fără rețele de fibră optică. Esența tehnologiei constă în modul în care sunt organizate aceste canale.

Semnalele diferențiale au un nivel de sensibilitate scăzut, cu un domeniu de 250 până la 450 mV. Și în contextul analizei parametrilor liniilor de transmisie de date, nu putem ignora sursele de informație cu care funcționează interfața LVDS. Descrierea dispozitivelor finale poate fi exprimată sub formă de conducători de transmițători, care sunt executați ca întrerupătoare de curent. Datorită acestui instrument, viteza de procesare a semnalului este independentă de tensiunea principală din linie. Plecând de la toate cele menționate mai sus, este posibil să se facă două concluzii intermediare despre sistemul LVDS:

• În procesul de transmisie a datelor se presupune un interval mic de semnal cu privire la parametrii de sensibilitate.
• Traducerea este efectuată cu un caracter actual.

În practică, funcționarea interfeței înseamnă că sistemul va fi capabil să mențină viteza mare chiar și la disiparea redusă a puterii. La cifre specifice, viteza teoretică va fi de 1923 Mbit / s, însă producătorii de soluții gata recomandă încă să adere la nivelul de 655 Mbit / s.

Caracteristicile alocării canalelor diferențiale

În primul rând, trebuie să luăm în considerare în principiu un semnal diferențial. Aceasta este o metodă de transmitere a datelor prin rețele electrice folosind linii antifază. În conformitate cu regulile de organizare a acestor canale, semnalul este difuzat sub forma unei perechi diferențiale în care fiecare flux are propriul conductor. În acest caz, este oferită o inversiune - adică două semnale cu semne diferite participă la o pereche. Cea mai ieftină modalitate de a realiza aceste perechi este utilizarea conductorilor răsuciți, dar sunt permise și cabluri tweenaxiale și cabluri directe pe PCB. Aici este important să subliniem faptul că receptorul LVDS reacționează în mod specific la diferența dintre semnalele din pereche, mai degrabă decât la diferențele dintre potențialul de împământare și conductorul specific.

Perechile diferențiale au, de asemenea, un design special. Semnalele Schemele LVDS notate ca RX (0-3), RXC și t. D. Semnalul de ieșire de marcare reflectă frecvența CLK pixel, determinând de asemenea spectrul de semnale R / G / B pe transmițător. În practică, interfața canalului diferențial poate fi utilizată pentru a transmite culori pe 18 biți și pe 24 biți. În acest sens, sistemul LVDS este cel mai apropiat de interfața TMDS, dar nu face distincție între perechi diferențiale separate. Cu alte cuvinte, devine posibil ca fiecare pereche să atribuie semnale de un anumit spectru de culoare.

Separarea atenției merită și diferențierea ca modalitate de a transfera fluxurile de control. În acest caz, semnalele transmit informații cu circuite și configurații specifice. De exemplu, semnalele de sincronizare a cadrelor și liniilor sunt utilizate pe scară largă, precum și canalele care transmit date despre rezoluția datelor. Dar este posibil să combinăm nu numai perechi separate cu date diferite, ci grupuri de semnale care diferă în tipul de informații conținute? Depinde de receptorul final, cu care funcționează interfața LVDS? Descrierea principiului procesării acestor date poate fi prezentată după cum urmează:

• Registrul de deplasare al emițătorului primește mai multe grupuri de informații de la diferite perechi diferențiale.
• Receptorul convertește formatul de date.
• Consiliul de administrație redistribuie fluxurile, alocând informațiile țintă.
• Interfața receptorului ajustează setările hardware sau emite semnalul în zona de redare.

Determinarea calității semnalului

Funcționarea sistemelor bazate pe LVDS se caracterizează prin viteza și intervalul de transmitere a informațiilor. Acestea sunt principalele indicatori de calitate, pe care depinde potențialul operațional al unei anumite linii. În condiții ideale de utilizare a canalului, există tulburări externe și, în consecință, sunt atinse parametrii maximi de viteză și domeniu fără restricții. Dar, deoarece în practică nu apar astfel de condiții, în procesul de proiectare și întreținere a interfețelor LVDS, este necesar să se evalueze calitatea acestora.

Cele mai comune metode de analiză a liniilor diferențiale includ compoziția diagramei ochiului. Acesta, în special, reflectă vizual nivelul distorsiunii semnalului. Există, de asemenea, o estimare cantitativă, exprimată prin așa-numitul procent de jitter. În complex, ambele caracteristici indică gradul de împrăștiere a fotonilor, care este determinat de mai mulți factori. Principalul dintre acestea poate fi numit interferență intersymbol, care determină atenuarea semnalului și neregularitatea acestuia. De asemenea, canalele de transmitere a datelor se pot influența reciproc. Acest lucru este valabil pentru liniile vecine cu izolație de calitate slabă. Minimizarea acestei interferențe se poate face prin urmărirea tabloului.

Compoziția canalului

O linie completă în sistemul LVDS este formată dintr-un transmițător și o infrastructură de conexiune care furnizează o grămadă de sursă de informații și un receptor. Viteza maximă într-un astfel de canal este de 622 Mbit / s, cu condiția să se apropie de standardul de configurare. Mediul de conectare constă dintr-o placă de circuite imprimate și cabluri. Și sunt posibile opțiuni în care unul dintre componente poate fi absent. Dar, în acest caz, interfața LVDS va fi limitată atât în ​​intervalul cât și în viteza transferului de informații, chiar indiferent de influența factorilor externi.

Placa de circuite acționează ca bază pentru instalarea receptorului sau a emițătorului. De asemenea, se practică integrarea circuitelor terminale, a conectorilor pentru conectarea componentelor funcționale și a altor echipamente auxiliare implicate în funcționarea sistemului. O condiție esențială pentru capacitatea de lucru a complexului este corespondența reciprocă a tuturor elementelor sale, caracteristica căreia va fi posibilitatea tehnică de instalare a acestora pe liniile plăcii de circuite imprimate. O verificare a erorilor în selectarea componentelor pentru canalul LVDS se efectuează în timpul fazei de testare. Deja în practică, după introducerea sistemului în fluxul de lucru, eliminarea incompatibilităților cu instrumente improvizate poate necesita costuri financiare și resurse tehnice mari.

LVDS Cabluri & Conectori

Infrastructura de conectare se bazează pe bucle cu fir și mijloace care le permit să fie conectate. În interfața diferențială, se recomandă utilizarea unei perechi de fire răsucite simetrice. Un astfel de cablu va furniza caracteristici optime ale semnalului datorită suportului unei rezistențe constante (de ordinul a 100 ohmi) și potrivirii influenței pick-up-ului la capătul receptorului. În același timp, cablul LVDS și parametrii acestuia nu sunt strict reglementați. Excepția poate include anumiți indicatori de performanță ai firului, configurația defalcării pe punctele de contact etc. În alegerea unui cablu depinde mult de cerințele specifice ale sistemului. De exemplu, o distanță de până la 50 cm permite utilizarea a aproape toate tipurile de suporturi prin cablu. Distanța de până la 10 cm ar trebui să fie servită de o pereche răsucită de standarde CAT3-5. Viteza într-o astfel de infrastructură va fi de până la 400 Mbit / s.

Conectorii utilizați pentru crearea legăturilor LVDS sunt de asemenea selectați pe baza cerințelor de proiectare pentru sistem. Dar, în aproape toate cazurile, accentul se pune pe posibilitatea de a deservi un canal de transmisie de date de mare viteză, ținând cont de radiația electromagnetică și de interferențele externe. O atenție deosebită este acordată amplasării liniilor pe contacte. Interfața de intrare poate avea configurații diferite de conectori care diferă în funcție de lungime și de magnitudinea potențială a distorsiunii. Construcția de linii necesită utilizarea unor știfturi care corespund firelor unei perechi. Acest lucru va permite echilibrarea indicatorilor de viteză în timp ce se optimizează interferența prin mijloace suplimentare.

În practică, crearea de canale diferențiale cu conectori unul dintre parametrii tehnici cheie este pinout. Este important să o luați în considerare la conectarea receptorului final la matrice. La nivelul de bază de performanță, pot fi utilizate interfețe cu 30 de pini. Dar dispozitivele moderne, care cer cerințe de lățime de bandă tot mai ridicate, sunt orientate spre pinii LVDS la 40 de pini. Acest conector poate fi unul și două canale - această nuanță ar trebui, de asemenea, să fie luată în considerare atunci când faceți o conexiune.

Gestionarea fluxurilor de date

Pentru a utiliza eficient canalele diferențiale, nu este suficient să selectați componentele funcționale corespunzătoare pentru caracteristici. Sarcina de furnizare a fluxurilor de date este rezolvată în stadiul de dezvoltare a configurației liniilor de mare viteză. Proiectantul construiește o platformă cu emițătoare separate, uneori folosind și jetoanele serializatorilor. Acestea sunt speciale convertoare de semnale, furnizând o distribuție secvențială paralelă. Pe de altă parte, la sfârșitul receptorului, este instalat un deserializator, care efectuează transformarea inversă - de la serial la paralel. Utilizarea serializatorilor în practică face posibilă optimizarea frecvenței unui canal de mare viteză la valori acceptabile pentru dispozitivul țintă.

Metoda de control al fluxurilor de informații este, de asemenea, utilizată prin receptoare și emițătoare integrate în echipament. De exemplu, Xilinx încorporează mai multe porturi în interfața programabilă LVDS, pentru a putea găzdui componentele aceluiași standard. Această soluție are un avantaj semnificativ sub forma optimizării designului dispozitivului, ceea ce facilitează construirea arhitecturii canalului țintă ținând cont de indicatorii de viteză necesari indiferent de implementarea interfeței externe.

Utilizarea LVDS

Dezvoltarea tehnologiei este condiționată de creșterea cerințelor pentru transmiterea informațiilor video. Configurația dispozitivului de canal al acestei interfețe diferențiale este optimă pentru întreținerea echipamentului de birou și de acasă, care funcționează cu fotografii, video, grafică 3D și alte materiale multimedia. Și, pe măsură ce dispozitivele finale pot acționa și computerele, distribuitorii de rețele și chiar sistemele de comunicații prin satelit. Adică interfața LVDS și aplicarea acesteia pot fi numite universale din punctul de vedere al posibilităților de integrare în sistemele moderne de transmitere și prelucrare a informațiilor digitale. Cea mai obișnuită utilizare a tehnologiei este conectarea monitorilor la un PC și la alte surse de informații. De exemplu, panourile LCD de înaltă rezoluție utilizează magistrale LVDS cu consum redus de energie, dar cu lățime de bandă largă.

Pentru organizarea fluxurilor de date de mare viteză se utilizează microcircuite care pot converti datele la 21-48 de biți pentru un sistem LVDS multi-canal, cu ieșire ulterioară la un semnal de ceas. Astfel de configurații sunt folosite în servirea serverelor și ruterelor super-rapide. În general, se poate spune că semnalarea diferențială de joasă tensiune este potrivită pentru sisteme multipunct, ale căror componente trebuie coordonate din diferite puncte ale transferului de informații. Unii convertoare LVDS își găsesc locul în industrie, acționând sub formă de chei de date aleatorii.

Sistemul LVDS în monitoare și matrice

Interfețele standardizate pentru conectarea dispozitivelor de redare video ca principală componentă funcțională utilizează doar conectorii. Este suficient să alegeți intrarea optimă și să fie organizată o linie de conectare. Următoarele caracteristici sunt luate în considerare la alegerea conectorului pentru un echipament specific:

• Rezoluția monitorului sau a matricei.
• Dimensiunea ecranului.
• Frame rate, etc.

Pinsul de mai sus, de exemplu, depinde în mare măsură de diagonală. De exemplu, o interfață LVDS de 8 inci poate fi complet integrată în infrastructură printr-un contactor cu 20 de pini. Creșterea contactelor poate avea loc nu numai pe partea centrală, ci și pe laturi. De obicei, acești "pini" îndeplinesc funcția de împământare.

Interfața ajustată asigură tensiunea pentru componentele matricei, care diferă și în funcție de dimensiunea ecranului. De obicei, o valoare inițială de 3,3 V este suficientă pentru dispozitive de 15 inch sau mai puțin. Standardul de 12 V furnizează matricele cu 19 inci etc. La conectare pot fi introduse și emițătoare cu receptoare. În panourile moderne acestea sunt implementate ca jetoane, dar uneori incluse în compoziția scalelor, adică controlorii interfeței LVDS. Diagramele de conectare cu această adăugire prevăd utilizarea cel puțin unui conector cu 30 de pini. Distribuția semnalului prin "pini" va asigura clasificarea în trei grupe principale:

• VCC este tensiunea de alimentare.
• VSS - împământare.
• RX este intrarea uneia dintre perechile diferențiale.

Avantajele utilizării sistemelor LVDS

Unul dintre principalele avantaje ale acestei interfețe este ușurința de gestionare, reconciliere și comutare. Cele mai multe linii moderne de mare viteză își asumă utilizarea de materiale speciale atât pentru aceleași cabluri, cât și pentru controlul semnalului. În cazul canalelor diferențiate, se aplică cele mai simple standarde, care extind și posibilitățile de utilizare a tehnologiei. O matrice tipică pentru un laptop pe baza LVDS poate oferi o comutare rapidă a emițătorului la nivelul maxim de performanță cu creșterea vitezei de procesare a semnalului. În același timp, costurile cu energia sunt menținute la rate scăzute sau medii în raport cu liniile competitive de transmisie a datelor. Optimizarea în această parte este realizată prin reducerea sarcinii disipate de putere - nu mai mult de 1,2 mW la o impedanță de 100 ohmi. Unii producători de componente pentru LVDS subliniază, de asemenea, consumul de putere statistic. Factorul economic este atractiv din punctul de vedere al costului componentelor din care se formează infrastructura. Utilizarea aceleiași perechi răsucite în comparație cu fibra este complet incompatibilă cu costurile și cu achizițiile și cu costurile de întreținere.

O parte din avantaje se datorează utilizării unei metode diferențiale de transmisie a semnalului ca atare. Se poate clarifica simplitatea scheme de transfer de informații, și sensibilitate scăzută la interferențe. Bineînțeles, dacă nu luăm în considerare radiația în canalele adiacente apropiate. Sensibilitatea interfeței LVDS atunci când operează în câmpuri magnetice puternice nu este, de asemenea, critică. Corectarea pedometrelor nu afectează calitatea transmisiei, prin urmare zgomotul este stocat în valori acceptabile.

concluzie

Arhitectura celor mai multe soluții gata realizate pe platforma tehnologică LVDS se caracterizează prin performanța, economia și flexibilitatea în ceea ce privește modificarea configurației funcționale. Această combinație de proprietăți de performanță pozitivă a fost realizată prin combinarea celor mai bune calități ale interfeței paralele tradiționale (în cele mai noi versiuni - digitale) și prin principiile de conectare în serie. Ca urmare, reducerea numărului de conductori a făcut posibilă utilizarea sistemului în dispozitive compacte, care necesită în același timp suportul pentru transmisia de semnal de înaltă calitate. De fapt, matricea pentru un laptop bazat pe controlori LCD demonstrează întreaga gamă de avantaje ale tehnologiei. Astfel de soluții sunt dezvoltate de companii precum Samsung, Philips, HP și altele.

Puteți pune în aplicare singur planul de lucru, care este adesea realizat de mesteri de uz casnic cu panouri LCD. În acest caz, este necesar un set de componente de bază cu cablu, conector, cip de control și dispozitive terminale. Dar, după cum arată practica, realizarea unei astfel de performanțe de mare capacitate este posibilă numai în cazuri rare. Realizând acest lucru, producătorii de componente LVDS creează linii speciale cu o infrastructură de transmisie a semnalelor gata care poate fi integrată în orice instalație multimedia - principalul lucru este corelarea corectă a principalilor parametri tehnici. În ceea ce privește principiul problemelor cu interfețe de acest tip, pot apărea perturbații externe, dar acești factori sunt minimizați prin includerea sistemelor de izolație și ecranare. Ele pot fi integrate atât ca o adăugare opțională, cât și ca element principal funcțional.