開發(fā)專欄
NEW
1991年，THine Elctronics的前身--THine?Micro Systerm研究所設(shè)立了。設(shè)立當(dāng)時(shí)即作為「半導(dǎo)體中小新興企業(yè)的旗手」，在業(yè)界受到了很大的關(guān)注。契機(jī)即為對(duì)應(yīng)LVDS的SerDes IC（之后將以LVDS SerDes IC來表示）的制品化。這一產(chǎn)品被廣大電腦生廠商和電視機(jī)生產(chǎn)商所采用，THine Elctronics得到了飛躍性發(fā)展。這次我們就將對(duì)LVDS SerDes IC的開發(fā)背景和之后的產(chǎn)品展開進(jìn)行解說。
數(shù)字設(shè)備自其登場以來，一直持續(xù)不斷地提高其處理性能。例如：微處理機(jī)的演算性能從指數(shù)到函數(shù)不斷提高；記憶存儲(chǔ)容量也持續(xù)倍增；液晶平板的顯示分辨率（像素）在不斷提高；圖像傳感器的攝影像素也一直不停地在擴(kuò)大。這樣各方面性能的提高，就需要連接這些機(jī)能的信號(hào)配線也必須高速化。因?yàn)樵趩挝粫r(shí)間內(nèi)必須傳送完成的數(shù)據(jù)量也是同步增加的。
然而，信號(hào)配線的高速化并不是如此簡單。因?yàn)樾盘?hào)配線所流傳的雖然是數(shù)據(jù)信號(hào)，但實(shí)際卻只起到了模擬信號(hào)的作用。由此產(chǎn)生的信號(hào)鈍化會(huì)造成數(shù)據(jù)無法正確傳送；與相鄰的信號(hào)配線傳送的數(shù)據(jù)混淆；或向外部放射出電磁噪音（EMI）等后果。
這一系列「信號(hào)無法正確傳輸」的問題，從1990年代中期開始，在數(shù)據(jù)設(shè)備開發(fā)現(xiàn)場頻繁出現(xiàn)。甚至出現(xiàn)了無法實(shí)際解決這些問題，最后導(dǎo)致筆記本電腦等商品無法出貨的廠家。另一個(gè)實(shí)例是為筆記本電腦訂購的大量液晶顯示屏發(fā)生信號(hào)傳輸問題導(dǎo)致無法出貨，走投無路的液晶顯示屏廠家只能廉價(jià)拋售入市場，導(dǎo)致液晶顯示屏市場單價(jià)暴跌的情況產(chǎn)生。
然而，信號(hào)配線的高速化并不是如此簡單。因?yàn)樾盘?hào)配線所流傳的雖然是數(shù)據(jù)信號(hào)，但實(shí)際卻只起到了模擬信號(hào)的作用。由此產(chǎn)生的信號(hào)鈍化會(huì)造成數(shù)據(jù)無法正確傳送；與相鄰的信號(hào)配線傳送的數(shù)據(jù)混淆；或向外部放射出電磁噪音（EMI）等后果。
這一系列「信號(hào)無法正確傳輸」的問題，從1990年代中期開始，在數(shù)據(jù)設(shè)備開發(fā)現(xiàn)場頻繁出現(xiàn)。甚至出現(xiàn)了無法實(shí)際解決這些問題，最后導(dǎo)致筆記本電腦等商品無法出貨的廠家。另一個(gè)實(shí)例是為筆記本電腦訂購的大量液晶顯示屏發(fā)生信號(hào)傳輸問題導(dǎo)致無法出貨，走投無路的液晶顯示屏廠家只能廉價(jià)拋售入市場，導(dǎo)致液晶顯示屏市場單價(jià)暴跌的情況產(chǎn)生。
LVDS成為了救世主
為解決這些問題而生的救世主就是1995年登場的使用了LVDS物理層的串行轉(zhuǎn)換器（Serializer）和串行解串器（Deserializer）--即LVDS SerDes IC。LVDS物理層是一種振幅在350mV的小差動(dòng)傳送技術(shù)（圖1）。
由于振幅小，信號(hào)的轉(zhuǎn)移就快，能完成高速傳送且耗電量低。且由于是差動(dòng)方式，能在消除同相噪音的同時(shí)降低EMI。與一直以來常用的TTL/CMOS等級(jí)的單端傳送方式相比，能在抑制EMI的同時(shí)，以低耗電量達(dá)到快數(shù)十倍的數(shù)據(jù)傳送速度?，F(xiàn)在，LVDS物理層的數(shù)據(jù)傳送速度在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格「ANSI/EIA/TIA-644」內(nèi)被限定在最大655M比特/秒；但實(shí)際上在數(shù)G比特/秒的用途上仍可適用。
LVDS SerDes IC最初是被采用在連接筆記本電腦的圖像控制IC和液晶顯示屏上配備的液晶控制IC的圖像接口用配線上。也就是在連接液晶顯示屏和本體的「鏈接部」上通過的配線（圖2）。
采用當(dāng)時(shí)的筆記本電腦液晶顯示屏的像素為1024×768像素（XGA）。色深度為RGB各6比特，像素率為65MHz。這種情況下，圖像接口的數(shù)據(jù)傳送速度能達(dá)到1.3G比特/秒。既存的采用并聯(lián)總線構(gòu)造的單端傳送方式要對(duì)應(yīng)這一要求就很困難。這時(shí)，LVDS SerDes IC就作為救世主登場了。
通過將1.3G比特/秒的圖像接口信號(hào)，用4lane的LVDS信號(hào)來傳送以解決問題（圖3）。具體來說，是用3lane來傳送RGB各6比特的圖像數(shù)據(jù)和垂直同期（V）信號(hào)、水平同期（H）信號(hào)及D信號(hào)的21比特；剩下的1lane來傳送時(shí)鐘頻率信號(hào)這樣的構(gòu)造。
THine登場，并實(shí)現(xiàn)飛躍
THine Elctronics向市場投入LVDS SerDes IC是在1997年2月。被廣泛采用在了筆記本電腦和電腦用液晶顯示器上。
當(dāng)時(shí)，競爭企業(yè)也已完成了LVDS SerDes IC的制品化；但THine Elctronics的產(chǎn)品，不僅品種齊全種類豐富，還具有低EMI、振動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)得到了日本國內(nèi)大型電腦生廠商的青睞。且之后被使用在了所有大型民生設(shè)備廠商的薄型電視機(jī)上?？梢哉fLVDS成為了THine Elctronics的代名詞。
當(dāng)然數(shù)據(jù)設(shè)備的高性能化不會(huì)止步。液晶顯示屏的像素在不斷增長。XGA之后是SXGA（1028×1024像素）；之后又是UXGA（1600×1200像素）；再之后是WUXGA（1920×1200）...如此這般。色深度也理所當(dāng)然地從RGB各6比特開始轉(zhuǎn)變?yōu)镽GB各8比特。與之對(duì)應(yīng)的圖像接口的數(shù)據(jù)傳送速度也在不斷提升。
當(dāng)時(shí)，競爭企業(yè)也已完成了LVDS SerDes IC的制品化；但THine Elctronics的產(chǎn)品，不僅品種齊全種類豐富，還具有低EMI、振動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)得到了日本國內(nèi)大型電腦生廠商的青睞。且之后被使用在了所有大型民生設(shè)備廠商的薄型電視機(jī)上?？梢哉fLVDS成為了THine Elctronics的代名詞。
當(dāng)然數(shù)據(jù)設(shè)備的高性能化不會(huì)止步。液晶顯示屏的像素在不斷增長。XGA之后是SXGA（1028×1024像素）；之后又是UXGA（1600×1200像素）；再之后是WUXGA（1920×1200）...如此這般。色深度也理所當(dāng)然地從RGB各6比特開始轉(zhuǎn)變?yōu)镽GB各8比特。與之對(duì)應(yīng)的圖像接口的數(shù)據(jù)傳送速度也在不斷提升。
8B10B變調(diào)方式開始適用
隨著圖像接口的高速化及液晶顯示屏的大型化不斷發(fā)展，既有的LVDS SerDes IC已難以完成數(shù)據(jù)的傳送。理由是數(shù)據(jù)信號(hào)與時(shí)鐘頻率信號(hào)的同期開始變得難以完成。
如前所述LVDS SerDes IC與并聯(lián)總線一樣--是將數(shù)據(jù)信號(hào)與時(shí)鐘頻率信號(hào)通過不同的差動(dòng)line來傳送的。因此速度越快，傳送波形的鈍化及混亂就越容易產(chǎn)生。而顯示屏的大型化使配線變長的話，傳送路線長度的偏差就容易出現(xiàn)。結(jié)果造成數(shù)據(jù)信號(hào)和時(shí)鐘頻率信號(hào)的收信時(shí)差不一，就會(huì)使信號(hào)無法正確傳送。
這時(shí)將數(shù)據(jù)信號(hào)與時(shí)鐘頻率信號(hào)以1根差動(dòng)line來傳送的「嵌入式時(shí)鐘頻率」技術(shù)登場了。因?yàn)槭褂猛桓顒?dòng)line來傳送，所以即便數(shù)據(jù)傳送速度提高，數(shù)據(jù)與時(shí)鐘頻率的收信時(shí)間理論上也不會(huì)有差異。這一技術(shù)使對(duì)應(yīng)影像接口高速化成為可能。
然而，薄型電視機(jī)的分辨率開始增加到1920×1080像素（HDTV）；禎速達(dá)到2倍速（120禎/秒）、4倍速（240禎/秒）；再之后分辨率增加到3860×2160像素（4K2K）。結(jié)果，影像接口的傳送速度再度被要求更高速化。
這時(shí)就需要通信基盤和高性能計(jì)算時(shí)使用的高品質(zhì)信號(hào)傳送技術(shù)--「8B10B變調(diào)方式」（圖4）。
THine Elctronics將導(dǎo)入了這一方式的SerDes IC命名為「V-by-One? HS」，在2007年公開了這一技術(shù)規(guī)格。當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)傳送速度最大可達(dá)１lane 3.75G比特/秒，是非常高的速度了（圖5）。
使用多條lane就可大幅擴(kuò)大數(shù)據(jù)傳送的帶寬。2009年制品化之后，1920×1080像素的HDTV對(duì)應(yīng)液晶電視機(jī)上2倍速和4倍速的機(jī)型陸續(xù)登場。受其影響一口氣得到了廣泛的采用，為薄型電視機(jī)市場的擴(kuò)大做出了一定的貢獻(xiàn)。
如前所述LVDS SerDes IC與并聯(lián)總線一樣--是將數(shù)據(jù)信號(hào)與時(shí)鐘頻率信號(hào)通過不同的差動(dòng)line來傳送的。因此速度越快，傳送波形的鈍化及混亂就越容易產(chǎn)生。而顯示屏的大型化使配線變長的話，傳送路線長度的偏差就容易出現(xiàn)。結(jié)果造成數(shù)據(jù)信號(hào)和時(shí)鐘頻率信號(hào)的收信時(shí)差不一，就會(huì)使信號(hào)無法正確傳送。這時(shí)將數(shù)據(jù)信號(hào)與時(shí)鐘頻率信號(hào)以1根差動(dòng)line來傳送的「嵌入式時(shí)鐘頻率」技術(shù)登場了。因?yàn)槭褂猛桓顒?dòng)line來傳送，所以即便數(shù)據(jù)傳送速度提高，數(shù)據(jù)與時(shí)鐘頻率的收信時(shí)間理論上也不會(huì)有差異。這一技術(shù)使對(duì)應(yīng)影像接口高速化成為可能。
然而，薄型電視機(jī)的分辨率開始增加到1920×1080像素（HDTV）；禎速達(dá)到2倍速（120禎/秒）、4倍速（240禎/秒）；再之后分辨率增加到3860×2160像素（4K2K）。結(jié)果，影像接口的傳送速度再度被要求更高速化。
這時(shí)就需要通信基盤和高性能計(jì)算時(shí)使用的高品質(zhì)信號(hào)傳送技術(shù)--「8B10B變調(diào)方式」（圖4）。
THine Elctronics將導(dǎo)入了這一方式的SerDes IC命名為「V-by-One? HS」，在2007年公開了這一技術(shù)規(guī)格。當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)傳送速度最大可達(dá)１lane 3.75G比特/秒，是非常高的速度了（圖5）。使用多條lane就可大幅擴(kuò)大數(shù)據(jù)傳送的帶寬。2009年制品化之后，1920×1080像素的HDTV對(duì)應(yīng)液晶電視機(jī)上2倍速和4倍速的機(jī)型陸續(xù)登場。受其影響一口氣得到了廣泛的采用，為薄型電視機(jī)市場的擴(kuò)大做出了一定的貢獻(xiàn)。
其應(yīng)用不僅僅在圖像傳送上
LVDS與V-by-One? HS的制品化，固定了THine Elctronics在液晶顯示屏用接口IC生產(chǎn)商內(nèi)第一人的地位?，F(xiàn)在，不僅是在薄型電視機(jī)上，在多功能打印機(jī)（MFP）、車載影像設(shè)備、安防攝像機(jī)、機(jī)器視覺用攝像機(jī)等圖像/影像接口上都有被采用。
但需要注意的是：無論是LVDS還是V-by-One? HS，都決不是圖像/影像接口的專用技術(shù)。LVDS與8B10B變調(diào)方式都只是一般的數(shù)據(jù)傳送技術(shù)。因此，也適用于連接A地點(diǎn)與B地點(diǎn)的普通高速接口。
那么，LVDS與V-by-One? HS這些SerDes IC在什么用途下、怎樣使用，電子設(shè)備的設(shè)計(jì)者才能得到最大的利益？今后，我們會(huì)就各SerDes IC進(jìn)行詳細(xì)解說。
但需要注意的是：無論是LVDS還是V-by-One? HS，都決不是圖像/影像接口的專用技術(shù)。LVDS與8B10B變調(diào)方式都只是一般的數(shù)據(jù)傳送技術(shù)。因此，也適用于連接A地點(diǎn)與B地點(diǎn)的普通高速接口。
那么，LVDS與V-by-One? HS這些SerDes IC在什么用途下、怎樣使用，電子設(shè)備的設(shè)計(jì)者才能得到最大的利益？今后，我們會(huì)就各SerDes IC進(jìn)行詳細(xì)解說。
