LVDS - snadné interní připojení (nejen) LCD

8. 7. 2009 07:00    Rubrika: Technologie    Autor: Aleš Lalík

S nástupem notebooků a všeobecným zrychlováním počítačů vyvstal požadavek na technologii umožňující rychlý přenos dat uvnitř systému, a to nejen mezi grafickou kartou a interním LCD. Reakcí na tyto požadavky byl vývoj přenosové technologie LVDS, která se s určitými obměnami používá v elektronice do dnešních dnů.

Přenosová technologie LVDS (Low-voltage differential signaling) si odbyla své představení v roce 1994 jakožto reakce na požadavky rychlého a přitom levného přenosu dat v rámci výpočetní techniky. V druhé polovině devadesátých let minulého století se začala postupně rozšiřovat díky svým příznivým vlastnostem do mnoha oblastí elektroniky, a postupně se LVDS dočkala několika nástupců, zlepšujících parametry svého předchůdce a reagující tak na neustále se zvyšující požadavky vývoje techniky. V čem jsou vlastně výhody LVDS oproti ostatním přenosovým technologiím?

Prvotní myšlenkou při návrhu LVDS bylo vytvořit pouze standard specifikující elektrické charakteristiky přenosu, nikoliv už přenosový protokol, způsob spojování nebo detaily propojovacích konektorů. Všechny jmenované vlastnosti se totiž mohou odlišovat podle účelu, ke kterému je LVDS použito a tudíž si je může výrobce upravit dle svých požadavků a potřeb. Postupně proto vznikly protokoly pro různé druhy použití, lišící se více či méně popsanými vlastnostmi. Jejich společným jmenovatelem jsou tedy elektrické vlastnosti přenosu, společně s myšlenkou vytvořit vysokorychlostní médium založené na sériovém přenosu, které se bude zároveň vyznačovat nízkými náklady a snadnou aplikací.

Základním přenosovým médiem pro LVDS je kroucená dvojlinka z mědi, tedy pár samostatných a vzájemně do sebe zakroucených kabelů, po níž se přenáší nízkonapěťové signály s typickými hodnotami okolo 1,2V. Tímto je dosažena energetická nenáročnost přenosu, a zároveň se minimalizuje nechtěné elektromagnetické záření při přenosu. LVDS je tímto také odolnější vůči vnějším ruchům z okolí, a proto jej lze snadněji aplikovat v různých systémech.

Na jednom konci dvojlinky se nachází vysílač, starající se o generování datových signálů a druhý konec kabelu je připojen k přijímači, dekódujícímu přenášená data. Kromě klasického kabelu lze použít taktéž tištěný spoj. Přijímač je schopen rozpoznat signály i o velmi nízkém napětí, typicky až 20 mV, které následně zesílí na standardní úroveň. Výhodou je značná tolerance v rozsahu napětí, a díky konstantnímu proudu při přenosu lze snadno připojovat zařízení za provozu bez rizika jejich zničení.

Co se týče připojení interních LCD v noteboocích k příslušnému výstupu na grafické kartě, prvním standardem popisující využití LVDS k tomuto účelu byl "Flat Panel Display Link (FPD-Link)" od americké společnosti National Semiconductor (NSC). Propojení u FPD-Link sestává ze sedmi párů kabelů, k nimž se přidává poslední dvojlinka starající se o přenos hodinového signálu. V první verzi byl podporován přenos o maximální datové kapacitě 1,56 Gb/s, což vystačilo na rozlišení až do 1024 x 768 bodů (XGA) při 24bitové hloubce barev (8 bitů na barevný kanál). Ačkoliv je samotný LVDS a potažmo FPD-Link určen pro vnitřní propojení, délka datového spoje může dosáhnout až 5 metrů.

Z dnešního pohledu se přirozeně jedná o zcela nedostatečnou kapacitu, a proto FPD-Link následovaly inovované standardy Display Interface (LDI) a OpenLDI, jejichž hlavním přínosem bylo navýšení přenosové kapacity až za hranici 5 Gb/s. Této hodnoty se dosáhlo navýšením počtu párů datových vodičů na 8, k nimž stále patří jedna dvojlinka pro přenos hodinového signálu, a zvýšení frekvence přenosu.

ukázka schématu OpenLDI

Výrobci tudíž mohli začít osazovat displeje s vyšším rozlišením, a to až do hodnoty 2048 x 1536 bodů (u notebooků spíše 1920 x 1200 bodů) při obnovovací frekvenci 60 Hz a 24bitové barevné hloubce, jejichž datové nároky se s rezervou vešly do hodnoty 5 Gb/s. Další přínos, z pohledu připojování vnitřního LCD notebooků spíše kosmetický, byla možnost prodloužení datového kabelu či spoje obecně až na 10 metrů.

Navyšování kapacit

Do příchodu displejů s vyšším rozlišením než dosud používaných 1920 x 1200 bodů se s velkou pravděpodobností v oblasti interního připojování notebookových obrazovek nic zásadního nezmění, ovšem dá se předpokládat, že v budoucnu se dříve nebo později představí nové standardy LVDS, nabízející vyšší přenosové kapacity pro obrazová data.

Zdroj: iec.org, national.com