LVDS显示技术在某一体化计算机工程中的应用

2016-12-31 16:08孙懿江苏自动化研究所
数码世界 2016年5期
关键词:线缆差分传输

孙懿江苏自动化研究所



LVDS显示技术在某一体化计算机工程中的应用

孙懿
江苏自动化研究所

摘要:文章以某一体化计算机的研究为例,对该一体化计算机中的LVDS原理、组成选型、产品设计、调试过程进行了描述,对设计中注意点进行了总结,并对调试中的一些故障进行了分析,提供了LVDS显示技术在实际工程应用的参考。

关键字:LVDS显示 PCB设计 线缆设计 故障分析

LVDS(低压差分信号)技术是在20世纪90年代后期出现的数据传输接口技术,采用非常低的电压摆幅(约350mV)高速差动传输数据。LVDS技术使得信号能够在差分PCB线对或平衡电缆上以几百Mb/s的速率传输,具有速率高、功耗低、噪声小、可靠稳定等优点。随着计算机显示技术的发展,显示质量越来越好,相对应的,对显示信号的传输速度、传输质量等方面的要求也不断提高,LVDS技术的这些优点非常适用于计算机的显示。因此,在设计某一体化计算机时,考虑采用具有众多优点的LVDS显示技术。

1 LVDS的原理

LVDS其传输线路一般由三部分组成:差分信号发送器,差分信号互联器,差分信号接收器。差分信号发送器将非平衡传输的TTL信号转换成平衡传输的LVDS信号。差分信号接收器将平衡传输的LVDS信号转换成非平衡传输的TTL信号。差分信号互联器包括联接线(电缆以及PCB走线),终端匹配电阻。

2 某一体化计算机中LVDS显示电路的设计原理

根据LVDS的传输线路组成,某一体化计算机中显示电路应由LVDS信号输出、LVDS信号传输、LVDS信号接收三部分组成。在选择LVDS输出电路时,应注意LVDS输出接口的选择。LVDS输出接口也分为以下四种类型:1)单路6位LVDS输出接口,RGB信号均采用6位数据,共18位RGB数据;2)双路6位LVDS输出接口,采用双路方式传输,RGB信号采用6位数据,其中奇路数据为18位,偶路数据为18位,共36位RGB数据;3)单路8位TTL输出接口。这种接口电路中,采用单路方式传输,RGB信号采用8位数据,共24位RGB数据;4)双路8位lTL输出位接口。这种接口电路中,采用双路方式传输,RGB信号采用8位数据,其中奇路数据为24位,偶路数据为24位,共48位RGB数据。考虑到实际使用,单路6位LVDS接口就可以满足。而单路6位LVDS接口需要四对差分线来通讯,三对差分线是数据传输,一对差分线用于时钟信号传输。因此,选择了一款支持单路6位LVDS显示输出的COMExpress模块作为LvDS显示的信号输出端,选择一款支持单路6位LVDS的LCD液晶显示屏作为LVDS信号接收端。

3 一体化计算机中LVDS显示的实现

一体化计算机中的LVDS显示发送端及接收端选型好之后,还需要考虑好LVDS信号传输的设计,以确保信号质量。

3.1 计算机背板PCB设计

从COM Express模块引出的信号不能从COM Express接口直接传输到液晶屏上,这需要计算机背板的转接,在背板PCB设计时要考虑好高速LVDS信号的走线,主要有以下几点需要注意:1)LVDS信号的匹配阻抗通常为100D.-q:10%;2)保证差分线平行等距,一般是将差分线对长度误差限制,尽量使用同层内的差分;3)LVDS差分对走线应尽可地短而直,避免过孔和大于90。的转向;4)LVDS信号要远离其它信号。其他信号最好分层布线,若必须使用同一层走线,距离应大于3~5倍差分线间距;5)不同差分线对间的间距至少应大于3~5倍差分线间距。

3.2 传输线缆的设计

从计算机背板到显示屏之间,需要设计有传输线缆。在设计传输线缆的时候,为确保信号质量,应该注意以下几点:1)信号传输线缆应双绞、等长;2)要做好线缆的屏蔽,屏蔽层要接地;3)信号线缆要注意避开其他信号线,尤其是电源线缆,防止造成干扰;4)选用的连接器务必要压接可靠,采用的接触件一般为铜材质以保证信号质量。

4 调试及故障分析

一体化计算机按照上述设计方案进行了生产,在首次测试时,发现显示屏上没有显示,经检查,LVDS信号线路连接正确,在调试板上测试COMExpress模块,显示正常,但在查看BIOS设置时,发现可以设置主模块的输出为单路6位LVDS输出,或是单路8位LVDS输出,默认的是单路8位输出,与液晶屏的输入接口不符,导致没有显示。调整为单路6位输出后,显示正常。在后续一体化计算机的调试、试验中,发生过一些显示故障,总结起来,主要有黑屏、抖屏、缺色现象。通过更换模块的方式进行排查,排除了线缆、液晶显示器的问题,定位是LVDS显示输出异常。然后在发生故障时,测量了故障模块的LVDS信号输出波形,通过对比工作正常时的波形,发现主要是时钟信号波形异常。

根据LVDS信号的通信原理,在LVDS显示工作正常时,时钟信号的摆幅应满足图7的要求,即LVDS时钟信号的TXCLK+ 与TXCLK.差分信号对的差值在250mV~450mV时,判断为逻辑“1”,差值大于.250mVlj'-J~.450mV,判断为逻辑“0”,而且同时必须满足峰峰值的要求,在差值最小的250mV时,峰峰值最小应满足500mV,在差值最大的450mV时,最大峰峰值为900mV。

根据故障时的时钟信号波形与要求对比,可以清晰地判断出故障的波形不满足图3中的LVDS时钟信号的要求,从而造成LVDS显示无法正常工作,解释了故障机理,下一步则需要对输出LVDS显示的模块进行进一步的故障分析。

5 结论

本文在工程应用中,依据LVDS显示的基本原理,结合了LVDS在应用中的一些经验,成功实现了应用LVDS显示的某一体化计算机,并对调试过程中发生的问题进行了分析,供其他需要LVDS显示工程应用的设计者作为参考。

参考文献

[1]杨维.高速低压差分信号传输接收电路设计[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2010.

[2]顾海洲,马双武.PCB电磁兼容技术.设计实践[M].北京:清华大学出版社,2004.

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