Vysokorychlostní rozhraní LVDS: popis a aplikace

Nástroje pro technickou organizaci komunikací v současné době mají největší zájem o IT průmysl. To se projevuje ve vývoji bezdrátových systémů a v zásadním plnění elektronických zařízení se schopností komunikovat s jiným zařízením, které před několika lety nebylo žádných otázek. Ale také tradiční tradiční kanály přenosu informací nezastaví. Například koncepce LVDS (diferenciální signalizace nízkého napětí) je založena na principu přenosu signálů nízkého napětí prostřednictvím několika diferencovaných kanálů. Tato metoda uspořádání vysílací sběrnice je vysoce účinná a nevyžaduje vysoké náklady.

Obecné informace o rozhraní

Zanechání bezdrátových technologií ve prospěch klasických kanálů stále nabízí významné výhody. Nejde ani o stabilitu přenosu dat, nýbrž o rychlost a nenáročnost z hlediska služeb. Pokud jde o dynamiku, je v průměru tato linka schopna poskytnout 400-600 Mbit / s na jednom krouceném páru. Technologie LVDS se objevila jako odpověď na dotazy při řešení problému přenosu informací na dlouhé vzdálenosti. Ale jeho podstatný rozdíl od alternativních metod byl neobvyklý schéma rozvětvení obrysů. Koneckonců, co je LVDS z hlediska technické a stavební realizace? Jedná se o soubor diferencovaných kabelových kanálů určených pro výměnu dat mezi zařízeními a mikroobvody. Samotný hardware není předmětem standardizace. Aplikované zařízení může být v zásadě k dispozici pro integraci rozhraní. Ovšem vodiče nepředstavují něco, co přesahuje moderní specifikace. Navíc paralelní vedení mohou být založeny na stárnovacích vodičích bez optických sítí. Podstata technologie spočívá v tom, jak jsou tyto kanály organizovány.

Diferenční signály mají nízkou úroveň citlivosti v rozmezí 250 až 450 mV. A v kontextu zohlednění parametrů datových přenosových linek nelze ignorovat zdroje informací, s nimiž rozhraní LVDS funguje. Popis koncových zařízení může být vyjádřen ve formě ovladačů vysílačů, které jsou prováděny jako proudové spínače. Díky tomuto nástroji je rychlost zpracování signálu nezávislá na hlavním napětí v linii. V návaznosti na výše uvedené je možné učinit dva průběžné závěry o systému LVDS:

• V procesu přenosu dat se předpokládá malý rozsah signálu s ohledem na parametry citlivosti.
• Překlad je prováděn s aktuálním znakem.

V praxi fungování rozhraní znamená, že systém bude schopen udržovat vysokou rychlost i při nízkém odvodu energie. Na specifických číslech bude teoretická rychlost 1923 Mbit / s, ale výrobci hotových řešení stále doporučují dodržovat úroveň 655 Mbit / s.

Vlastnosti alokace diferenciálních kanálů

Za prvé, musíme zvážit, co je v zásadě diferenciální signál. Jedná se o způsob přenosu dat přes elektrické sítě pomocí protifázových vedení. V souladu s pravidly organizace takových kanálů je signál vysílán ve formě dvojice diferenciálů, v nichž každý proud má svůj vlastní vodič. V tomto případě je provedena inverze - to znamená, že dva signály s různými znaky se účastní jednoho páru. Nejlevnějším způsobem, jak tyto páry realizovat, je použití zkroucených vodičů, ale také jsou povoleny tweenaxiální kabely a přímé zapojení na PCB. Zde je důležité zdůraznit, že přijímač LVDS reaguje spíše na rozdíl mezi signály v páru než na rozdíly mezi zemním potenciálem a konkrétním vodičem.

Diferenciální páry mají také speciální konstrukci. Na obvodech jsou signály LVDS označovány jako RX (0-3), RXC atd. Výstupní signál označený CLK odráží frekvenci pixelů, spektrum signálů R / G / B na vysílači. V praxi může být pro přenos 18bitových a 24bitových barev použito rozhraní diferenciálního kanálu. V tomto ohledu je systém LVDS nejblíže rozhraní TMDS, ale nerozlišuje mezi oddělenými dvojicemi diferenciálu. Jinými slovy, je možné, aby každá dvojice přiřadila signály určitého barevného spektra.

Zvláštní pozornost si zaslouží a diferenciaci jako způsob přenosu kontrolních toků. V tomto případě signály přenášejí informace se specifickými obvody a konfiguracemi. Například jsou široce používány synchronizační signály rámu a linky, stejně jako kanály vysílající informace o rozlišení dat. Je však možné kombinovat nejen oddělené páry s různými daty, ale skupiny signálů, které se liší v typu informací obsažených? Závisí to na konečném přijímači, s nímž funguje rozhraní LVDS? Popis principu zpracování těchto údajů lze prezentovat následovně:

• Posuvný registr vysílače přijímá několik skupin informací z různých diferenciálních párů.
• Přijímač převádí formát dat.
• Správní rada přerozděluje toky, přiděluje cílové informace.
• Rozhraní přijímače upravuje nastavení hardwaru nebo vysílá signál do oblasti přehrávání.

Stanovení kvality signálu

Provoz systémů založených na LVDS je charakterizován rychlostí a rozsahem přenosu informací. To jsou hlavní ukazatele kvality, na kterých závisí provozní potenciál určité linky. Za ideálních podmínek používání kanálu chybí vnější poruchy, a proto jsou dosaženy maximální možné parametry rychlosti a rozsahu bez omezení. Avšak jelikož v praxi takové podmínky nenastávají, v procesu navrhování a udržování rozhraní LVDS je potřeba hodnotit jejich kvalitu.

Nejběžnější metody pro analýzu diferenciálních linek zahrnují složení očního diagramu. Zejména vizuálně odráží úroveň zkreslení signálu. Existuje také kvantitativní odhad, vyjádřený takzvaným procentem jitteru. V komplexu obě charakteristiky ukazují stupeň rozptylu fotonů, který je určen několika faktory. Hlavní z nich lze nazvat interference interference, která určuje útlum signálu a jeho frekvenční nerovnoměrnost. Samotné kanály přenosu dat se mohou navzájem ovlivňovat. To platí pro sousední tratě opatřené izolací špatné kvality. Minimalizaci takového rušení lze provést vysledováním tabulky.

Sestavení kanálu

Plná linka v systému LVDS je tvořena vysílačem a připojovací infrastrukturou, která poskytuje banda informačního zdroje a přijímače. Maximální rychlost v takovém kanálu je 622 Mbit / s, pokud se blíží konfigurační normě. Připojovací médium se skládá z desky s plošnými spoji a kabeláže. Jsou možné i možnosti, při kterých může být některý ze součástí chybějící. V tomto případě bude rozhraní LVDS omezeno jak v dosahu, tak rychlosti přenosu informací, a to i bez ohledu na vliv vnějších faktorů.

Obvodová deska funguje jako základna pro instalaci přijímače nebo vysílače. Rovněž je realizována integrace zakončovacích obvodů, konektorů pro připojení funkčních komponentů a dalších pomocných zařízení zapojených do provozu systému. Klíčovou podmínkou pro provozní kapacitu komplexu je vzájemná korespondence všech jejích prvků, jejichž rysem bude technická možnost jejich instalace na dráhy desky plošných spojů. Kontrola chyb při výběru součástí pro kanál LVDS se provádí během testovací fáze. Již v praxi po zavedení systému do pracovního postupu může odstranění neslučitelnosti s improvizovanými nástroji vyžadovat velké finanční náklady a technické prostředky.

LVDS kabely a konektory

Infrastruktura připojení je založena na kabelových smyčkách a prostředcích, které umožňují připojení. V diferenciálním rozhraní se doporučuje použít symetrický kroucený pár. Takový kabel poskytne optimální charakteristiky signálu díky podpoře konstantního odporu (řádu 100 ohmů) a přizpůsobení vlivu vyzvednutí na konci přijímače. Současně není kabel LVDS a jeho parametry přísně regulovány. Výjimkou mohou být určité ukazatele výkonu kabelu, konfigurace členění podle kontaktních míst apod. Při výběru kabelu závisí hodně na konkrétních požadavcích na systém. Například vzdálenost až 50 cm umožňuje použití téměř všech typů kabelových médií. Vzdálenost do 10 cm by měla sloužit kroucenou dvojicí standardů CAT3-5. Rychlost v této infrastruktuře bude až 400 Mbit / s.

Konektory použité pro vytvoření spojení LVDS jsou také vybrány na základě požadavků na návrh systému. Ale v téměř každém případě je kladen důraz na možnost servisu vysokorychlostního kanálu přenosu dat s přihlédnutím k elektromagnetickému záření a vnějšímu rušení. Zvláštní pozornost je věnována umístění čáry na kontaktech. Vstupní rozhraní může mít různé konfigurace konektorů, které se liší délkou a potenciální velikostí zkreslení. Konstrukce linek vyžaduje použití kolíků, které odpovídají vodičům jedné dvojice. To umožní vyvážení indikátorů rychlosti při optimalizaci rušení dodatečnými prostředky.

V praxi je vytváření diferenciálních kanálů s konektory jedním z klíčových technických parametrů pinout. Je důležité ji zvážit při připojení konečného přijímače s matricemi. Při základní úrovni výkonu lze použít 30kolíkové rozhraní. Moderní zařízení, která vyžadují stále vyšší požadavky na šířku pásma, jsou však orientována na pinzetu LVDS na 40 pinů. Tento konektor může být jednočinný a dvoukanálový - tato nuance by měla být také při vytváření spojení brána v úvahu.

Správa toků dat

Pro efektivní využití diferenciálních kanálů nestačí vybrat příslušné funkční komponenty pro charakteristiky. Úkol poskytování datových toků je řešen ve fázi vývoje konfigurace vysokorychlostních tratí. Návrhář staví platformu se samostatnými vysílači, někdy také pomocí žetonů serializátorů. Jsou to zvláštní převodníky signálu, poskytující paralelně-sekvenční distribuci. Na druhé straně je na konci přijímače instalován deserializátor, který provádí reverzní transformaci - od seriálu k paralelnímu. Použití serializátorů v praxi umožňuje optimalizovat frekvenci vysokorychlostního kanálu na přijatelné hodnoty pro cílové zařízení.

Metoda řízení toků informací se používá také pomocí přijímačů a vysílačů integrovaných v zařízení. Například Xilinx obsahuje několik portů v programovatelném rozhraní LVDS, aby vyhovovalo komponentám stejného standardu. Toto řešení má významnou výhodu ve formě optimalizace konstrukce zařízení, což usnadňuje konstrukci architektury cílového kanálu s ohledem na požadované ukazatele rychlosti bez ohledu na provedení externího rozhraní.

Použití LVDS

Vývoj technologie je podmíněn vyššími požadavky na přenos video informací. Konfigurace kanálového zařízení tohoto diferenciálního rozhraní je optimální pro údržbu kancelářského a domácího zařízení, které pracuje s fotografiemi, videem, 3D grafikou a dalšími multimediálními materiály. A jako koncové zařízení mohou jednat a počítače, síťové distributory a dokonce i satelitní komunikační systémy. To znamená, že rozhraní LVDS a jeho aplikace lze nazvat univerzální z hlediska možností integrace do moderních systémů přenosu a zpracování digitálních informací. Nejběžnějším používáním technologie je připojení monitorů k počítači a dalším zdrojům informací. Například LCD panely s vysokým rozlišením používají sběrnice LVDS s nízkou spotřebou energie, ale širokou šířkou pásma.

Pro organizaci vysokorychlostních datových toků se používají mikroobvody, které mohou konvertovat data na 21-48 bitů pro vícekanálový systém LVDS s následným výstupem do hodinového signálu. Takové konfigurace se používají při obsluze super-rychlých serverů a směrovačů. Obecně lze říci, že nízkonapěťová diferenciální signalizace je vhodná pro vícebodové systémy, jejichž součásti je třeba koordinovat z různých konců přenosu informací. Někteří konvertory LVDS naleznou své místo v průmyslu a působí ve formě náhodných datových klíčů.

Systém LVDS v monitorech a matricích

Standardizovaná rozhraní pro připojení zařízení pro přehrávání videa jako hlavní funkční komponenty používají pouze konektory. Stačí zvolit optimální vstup a spojovací linka bude uspořádána. Při výběru konektoru pro konkrétní zařízení se berou v úvahu následující charakteristiky:

• Rozlišení monitoru nebo matice.
• Velikost obrazovky.
• Rychlost snímků, atd.

Výše zmíněný pinout například závisí do velké míry na diagonále. Například 8palcové rozhraní LVDS může být plně integrováno do infrastruktury prostřednictvím 20pólového stykače. Zvýšení kontaktů může nastat nejen na střední straně, ale také na stranách. Obvykle takové "kolíky" vykonávají funkci uzemnění.

Upravené rozhraní poskytuje napětí pro součásti matice, které se také liší v závislosti na velikosti obrazovky. Obvykle je počáteční hodnota 3,3 V dostatečná pro zařízení o velikosti 15 palců nebo méně. Standardní 12 V dodává matrice s 19 palce atd. Při připojení mohou být také vysílány vysílače s přijímači. V moderních panelech jsou implementovány jako čipy, ale někdy jsou obsaženy i ve složení škálovatelů, tj. Řadičů rozhraní LVDS. Schémata připojení s tímto přidáním umožňují použití minimálně 30-pinového konektoru. Distribuce signálu pomocí "kolíků" zajistí zařazení do tří hlavních skupin:

• VCC je napájecí napětí.
• VSS - uzemnění.
• RX je vstup jedné z dvojice diferenciálu.

Výhody použití systémů LVDS

Jednou z hlavních výhod tohoto rozhraní je snadné ovládání, usmíření a přepínání. Většina moderních vysokorychlostních tratí předpokládá použití speciálních materiálů pro stejné kabely a řízení signálu. V případě diferenciálních kanálů se používají nejjednodušší normy, které také rozšiřují možnosti využití technologie. Typická matice pro laptop na bázi LVDS může zajistit rychlé přepnutí vysílače na nejvyšší úroveň výkonu s rostoucí rychlostí zpracování signálu. Současně se náklady na energii udržují na nízké nebo střední úrovni ve srovnání s konkurenčními datovými přenosovými linkami. Optimalizace v této části je dosažena snížením zatížení se ztrátou výkonu - ne více než 1,2 mW při impedanci 100 ohmů. Někteří výrobci komponentů pro LVDS rovněž zdůrazňují statistickou spotřebu energie. Ekonomický faktor je atraktivní, pokud jde o náklady na komponenty, z nichž se vytváří infrastruktura. Použití stejného krouceného páru ve srovnání s vláknem je zcela neslučitelné s náklady a při nákupu a náklady na údržbu.

Část výhod je způsobena použitím diferenciální metody přenosu signálu jako takového. Jednoduchost lze vynechat systémy přenosu informací, a nízkou citlivostí na rušení. Samozřejmě, pokud nebudeme brát v úvahu záření v sousedních vzdálených kanálech. Citlivost rozhraní LVDS při provozu v silných magnetických polích také není kritická. Oprava pedimentů nemá vliv na kvalitu přenosu, a proto je šum uložen v přijatelných hodnotách.

Závěr

Architektura většiny hotových řešení na technologické platformě LVDS se vyznačuje svým výkonem, ekonomikou a flexibilitou, pokud jde o změnu funkční konfigurace. Tato kombinace pozitivních výkonových vlastností byla dosažena kombinací nejlepších vlastností tradičního paralelního rozhraní (v nejnovějších verzích - digitálních) a zásad sériového připojení. Výsledkem je, že snížení počtu vodičů umožnilo použití systému v kompaktních zařízeních, které zároveň vyžadují podporu vysoce kvalitního přenosu signálu. Matrix pro notebook založený na řadičích LCD skutečně demonstruje celou řadu výhod technologie. Taková řešení jsou vyvíjena společnostmi jako Samsung, Philips, HP a další.

Pracovní plán můžete provést sami, což často provádějí domácí řemeslníci s LCD panely. V tomto případě je nutná základní sada funkčních komponent s kabelem, konektorem, řídícím čipem a koncovými zařízeními. Jak však ukazuje praxe, dosažení takového výkonu s vysokou kapacitou je možné pouze ve vzácných případech. Díky tomu si výrobci komponent LVDS vytvářejí speciální linky s infrastrukturou přenosu signálů, která může být integrována do libovolné multimediální instalace - hlavní věcí je správné korelace hlavních technických parametrů. Co se týče principu problémů s rozhraním tohoto typu, mohou dojít k vnějším narušením, ale tyto faktory jsou minimalizovány tím, že se zahrnují izolační a stínící systémy. Mohou být integrovány jako volitelný doplněk a jako hlavní funkční prvek.