Төмен вольтты дифференциалдық сигнал беру стандарты (LVDS)
Low-voltage differential signaling
LVDS (TIA/EIA-644) – төмен вольтты дифференциалдық сигналдау стандарты. Жылдам, қуатты үнемдейтін, арзан кабельдерді қолданады. Бейне, графика, компьютер жүйелерінде қолданылады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Техникалық стандарт
Technical standard
Төмен кернеулі дифференциалдық сигнализация (LVDS), сондай-ақ TIA/EIA 644 деп белгілі, – дифференциалдық, тізбектік сигнализация стандартының электрлік сипаттамаларын анықтайтын техникалық стандарт. LVDS төмен қуатпен жұмыс істейді және арзан бұрылған жұпталған мыс сымдарды қолдана отырып, өте жоғары жылдамдықтарда жұмыс істей алады. LVDS – тек физикалық қабаттың сипаттамасы; көптеген деректерді тарату стандарттары мен қолданбалар оны пайдаланады және OSI моделінде анықталған деректер байланысы қабатын оның үстіне қосады. LVDS 1994 жылы енгізілді және LCD теледидарлар, автомобильдік ойын-сауық жүйелері, өнеркәсіптік камералар мен машиналық көру, ноутбуктер мен планшеттік компьютерлер, сондай-ақ байланыс жүйелері сияқты өнімдерде кеңінен қолданыла бастады. Көбінесе қолданылатын салалар – жоғары жылдамдықты бейне, графика, бейнекамерадан деректерді беру және жалпы мақсаттағы компьютерлік шиналар. Бастапқыда, ноутбук компьютерлері мен ЖК дисплейлерді өндірушілер өз протоколына қатысты FPD Link орнына LVDS терминін жиі қолданды, нәтижесінде LVDS термині бейне дисплей инженерлерінің терминологиясында Flat Panel Display Link терминімен қате түрде теңестірілді.
Low voltage differential signaling (LVDS), also known as TIA/EIA 644, is a technical standard that specifies electrical characteristics of a differential, serial signaling standard. LVDS operates at low power and can run at very high speeds using inexpensive twisted pair copper cables. LVDS is a physical layer specification only; many data communication standards and applications use it and add a data link layer as defined in the OSI model on top of it. LVDS was introduced in 1994, and has become popular in products such as LCD TVs, in car entertainment systems, industrial cameras and machine vision, notebook and tablet computers, and communications systems. The typical applications are high speed video, graphics, video camera data transfers, and general purpose computer buses. Early on, the notebook computer and LCD display vendors commonly used the term LVDS instead of FPD Link when referring to their protocol, and the term LVDS has mistakenly become synonymous with Flat Panel Display Link in the video display engineering vocabulary.
Қолданбалар
1994 жылы National Semiconductor компаниясы LVDS-ті енгізді, ол кейін жоғары жылдамдықтағы деректерді берудің де-факто стандарты болды. LVDS 1990-шы жылдардың ортасында кеңінен таралды. Оған дейін компьютерлік мониторлардың ажыратымдылығы графикалық және бейне үшін мұндай жоғары деректер жылдамдығын қажет етпейтін. Алайда, 1992 жылы Apple Computer компаниясына бірнеше сандық бейне ағындарын артқы жақ панеліндегі бар NuBus жүктемесін арттырмай берудің қажеттілігі туды. Apple және National Semiconductor (NSC) QuickRing-ті жасады, ол LVDS-ті қолданатын алғашқы интегралды схема болды. QuickRing Macintosh компьютерлеріндегі NuBus-ты айналып өту үшін бейне деректеріне арналған жоғары жылдамдықты қосымша шина болды. Мүльтимедиа және суперкомпьютерлік қолданыстар кеңейе берді, себебі екеуіне де бірнеше метрлік байланыстар арқылы (мысалы, дискілік жеккеден жұмыс станциясына) үлкен көлемде деректерді жылжыту қажет болды. LVDS-тің алғашқы коммерциялық сәтті қолданылуы National Semiconductor компаниясының Flat Panel Display Link-ін пайдалана отырып, графикалық өңдеу бірліктерінен жазық панельді дисплейлерге бейне деректерін беруге мүмкіндік берген ноутбук компьютерлерінде болды. Бірінші FPD Link чипсеті 21 биттік бейне интерфейсі мен сағатын бар болғаны 4 дифференциалдық жұпқа (8 сымға) дейін азайтты, бұл дисплей мен ноутбук арасындағы иілім арқылы оңай сыйымдылыққа ие болуға және LVDS-тің төмен шу деңгейі мен жоғары деректер жылдамдығының артықшылықтарын пайдалануға мүмкіндік берді. FPD Link 1990-шы жылдардың соңында осы ноутбук қолданысының де-факто ашық стандарты болды және бүгінгі күнге дейін ноутбуктер мен планшеттердегі басым дисплей интерфейсі болып табылады. Сондықтан Texas Instruments, Maxim, Fairchild және Thine сияқты интегралды схемаларды (IC) өндірушілер FPD Link чипсетінің өз нұсқаларын шығарады. LVDS қолданысы экранның ажыратымдылығы мен түс тереңдігінің артуына байланысты тұтынушылық теледидарлар үшін жазық панельді дисплейлерге дейін кеңейді. Осы қолданысқа қызмет көрсету үшін FPD Link чипсеттері деректерді беру жылдамдығын және параллельді LVDS арналарының санын арттыруды жалғастырды, бұл негізгі бейне процессордан дисплей панелінің уақытын басқарушысына бейне деректерін беруге қатысты теледидардың ішкі талаптарын қанағаттандыру үшін қажет болды. FPD Link (көбінесе LVDS деп аталады) осы теледидардың ішкі байланысының де-факто стандарты болды және 2012 жылы осы қолданыс үшін басым интерфейс болып қала береді. Келесі мақсатты қолданыс – үстел компьютері мен дисплейдің немесе DVD ойнатқыш пен теледидардың арасындағы сыртқы кабельдік байланыс арқылы бейне ағындарын беру болды. NSC LVDS дисплей интерфейсі (LDI) және OpenLDI стандарттары деп аталатын FPD Link-ке жақсартылған өнімділікті ұсынды. Бұл стандарттар 112 МГц максималды пиксельдік сағатты қамтиды, бұл 60 Гц жаңарту жиілігінде 1400 × 1050 (SXGA+) дисплей ажыратымдылығы үшін жеткілікті. Екі еселенген байланыс дисплейдің ең жоғары ажыратымдылығын 60 Гц жиілігінде 2048 × 1536 (QXGA) дейін арттыра алады. FPD Link кабельдері шамамен 5 метрге дейін жұмыс істейді, ал LDI оны шамамен 10 метрге дейін ұзартады. Алайда, Digital Visual Interface (DVI), TMDS-ті CML сигналдарымен қолдана отырып, стандарттар бәсекесінде жеңіске жетті және үстел компьютерлерін мониторларға сыртқы қосылым стандарты болды, ал HDMI ақырында тұтынушылық қолданыстарда DVD ойнатқыштар сияқты цифрлық бейне көздерін жазық панельді дисплейлерге қосу стандарты болды. LVDS-тің тағы бір табысты қолданысы – Camera Link, ол компьютерлік көру қолданыстары үшін жасалған және LVDS-ті пайдаланатын Channel Link деп аталатын NSC чипсетіне негізделген сериялық байланыс протоколы. Camera Link ғылыми және өндірістік өнімдер үшін бейне интерфейстерді стандарттайды, соның ішінде камералар, кабельдер және кадрларды ұстап алу құрылғылары. Автоматтандырылған бейнелеу қауымдастығы (AIA) стандартты ұстайды және басқарады, өйткені ол өнеркәсіптің әлемдік машиналық көру сауда тобы болып табылады. Компьютерлік шиналарда қолданылатын LVDS мысалдары – HyperTransport және FireWire, олардың екеуі де олардың дамуын Futurebus жұмысына дейін жатқызады, бұл да SCI-ге әкелді. Сонымен қатар, LVDS – бұл SCSI стандарттарында (Ultra 2 SCSI және одан кейінгі) жоғары деректер жылдамдығын және ұзын кабель ұзындығын қамтамасыз ету үшін физикалық қабатты сигнал беру. Serial ATA (SATA), RapidIO және SpaceWire жоғары жылдамдықтағы деректерді беру үшін LVDS-ті пайдаланады. Intel және AMD 2010 жылдың желтоқсанында 2013 жылға қарай LVDS LCD панель интерфейсін қолдауды тоқтатуға ниетті екенін мәлімдеді. Олар Embedded DisplayPort және Internal DisplayPort бағдарламаларын өздерінің таңдаулы шешімдері ретінде ұсынады. Алайда, LVDS LCD панель интерфейсі теледидардың немесе ноутбуктің ішінде бейне өңдеу бірлігінен LCD панелінің уақытын басқарушысына бейне ағынын берудің ең төмен құнды әдісі болып шықты және 2018 жылдың ақпанында LCD теледидар және ноутбук өндірушілері LVDS интерфейсін қолданатын жаңа өнімдерді ұсынуда. LVDS бастапқыда 3.3 В стандарт ретінде ұсынылды. Scalable low voltage signaling (SLVS) 200 мВ төмен ортақ режимдік кернеуге және азайтылған пик-пик тербелісіне ие, бірақ әйтпесе LVDS-тен ерекшеленбейді. Бұл TIA стандарты (TIA 899) болып табылады. AdvancedTCA стандарты жүйедегі есептеу модульдерінің әрқайсысына сағатты тарату үшін MLVDS-ті белгіледі. MLVDS екі типті қабылдағыштарға ие. 1-тип LVDS-ке үйлесімді және +/− 50 мВ шегін пайдаланады. 2-тип қабылдағыштар M LVDS құрылғыларымен сымды Ор сигналдауға мүмкіндік береді. M LVDS үшін:
In 1994, National Semiconductor introduced LVDS, which later became a de facto standard for high speed data transfer. LVDS became popular in the mid 1990s. Before that, computer monitor resolutions were not large enough to need such fast data rates for graphics and video. However, in 1992 Apple Computer needed a method to transfer multiple streams of digital video without overloading the existing NuBus on the backplane. Apple and National Semiconductor (NSC) created QuickRing, which was the first integrated circuit using LVDS. QuickRing was a high speed auxiliary bus for video data to bypass the NuBus in Macintosh computers. The multimedia and supercomputer applications continued to expand because both needed to move large amounts of data over links several meters long (from a disk drive to a workstation for instance). The first commercially successful application for LVDS was in notebook computers transmitting video data from graphics processing units to the flat panel displays using the Flat Panel Display Link by National Semiconductor. The first FPD Link chipset reduced a 21 bit wide video interface plus the clock down to only 4 differential pairs (8 wires), which enabled it to easily fit through the hinge between the display and the notebook and take advantage of LVDS's low noise characteristics and fast data rate. FPD Link became the de facto open standard for this notebook application in the late 1990s and is still the dominant display interface today in notebook and tablet computers. This is the reason IC vendors such as Texas Instruments, Maxim, Fairchild, and Thine produce their versions of the FPD Link chipset. The applications for LVDS expanded to flat panel displays for consumer TVs as screen resolutions and color depths increased. To serve this application, FPD Link chipsets continued to increase the data rate and the number of parallel LVDS channels to meet the internal TV requirement for transferring video data from the main video processor to the display panel's timing controller. FPD Link (commonly called LVDS) became the de facto standard for this internal TV interconnect and remains the dominant interface for this application in 2012. The next target application was transferring video streams through an external cable connection between a desktop computer and display, or a DVD player and a TV. NSC introduced higher performance follow ons to FPD Link called the LVDS Display Interface (LDI) and OpenLDI standards. These standards allow a maximum pixel clock of 112 MHz, which suffices for a display resolution of 1400 × 1050 (SXGA+) at 60 Hz refresh. A dual link can boost the maximum display resolution to 2048 × 1536 (QXGA) at 60 Hz. FPD Link works with cable lengths up to about 5 m, and LDI extends this to about 10 m. However, Digital Visual Interface (DVI) using TMDS over CML signals won the standards competition and became the standard for externally connecting desktop computers to monitors, and HDMI eventually became the standard for connecting digital video sources such as DVD players to flat panel displays in consumer applications. Another successful LVDS application is Camera Link, which is a serial communication protocol designed for computer vision applications and based on the NSC chipset called Channel Link that uses LVDS. Camera Link standardizes video interfaces for scientific and industrial products including cameras, cables, and frame grabbers. The Automated Imaging Association (AIA) maintains and administers the standard because it is the industry's global machine vision trade group. More examples of LVDS used in computer buses are HyperTransport and FireWire, both of which trace their development back to the post Futurebus work, which also led to SCI. In addition, LVDS is the physical layer signaling in SCSI standards (Ultra 2 SCSI and later) to allow higher data rates and longer cable lengths. Serial ATA (SATA), RapidIO, and SpaceWire use LVDS to allow high speed data transfer. Intel and AMD published a press release in December 2010 stating they would no longer support the LVDS LCD panel interface in their product lines by 2013. They are promoting Embedded DisplayPort and Internal DisplayPort as their preferred solution. However, the LVDS LCD panel interface has proven to be the lowest cost method for moving streaming video from a video processing unit to a LCD panel timing controller within a TV or notebook, and in February 2018 LCD TV and notebook manufacturers continue to introduce new products using the LVDS interface. LVDS was originally introduced as a 3.3 V standard. Scalable low voltage signaling (SLVS) has a lower common mode voltage of 200 mV and a reduced p p swing, but is otherwise the same as LVDS.) is the TIA standard (TIA 899). The AdvancedTCA standard specified MLVDS for clock distribution across the backplane to each of the computing module boards in the system. MLVDS has two types of receivers. Type 1 is compatible with LVDS and uses a +/− 50 mV threshold. Type 2 receivers allow Wired Or signaling with M LVDS devices. For M LVDS:
Шығыс Кіріс Ортақ режим Амплитуда Мин. 0.3 В 0.48 В −1.4 В Макс. 2.1 В 0.65 В +3.8 В
Output Input Commonmode Ampli tude Min. 0.3 V 0.48 V −1.4 V Max. 2.1 V 0.65 V +3.8 V
SCI-LVDS
Қазіргі LVDS нысаны Scalable Coherent Interface (SCI) стандартында бастау алған бұрынғы стандарттың нәтижесі болып табылады. SCI LVDS, SCI стандарттар отбасының бір бөлігі болды және IEEE 1596.3 1995 стандартында сипатталған. SCI комитеті LVDS-ті көппроцессорлық жүйелерді жоғары жылдамдықты, төмен қуатты интерфейс арқылы байланыстыру және оң эмитерлік жұпталған логиканы (PECL) алмастыру мақсатында жасады.
The present form of LVDS was preceded by an earlier standard initiated in Scalable Coherent Interface (SCI). SCI LVDS was a subset of the SCI family of standards and specified in the IEEE 1596.3 1995 standard. The SCI committee designed LVDS for interconnecting multiprocessing systems with a high speed low power interface to replace positive emitter coupled logic (PECL).
Стандарттар
ANSI/TIA/EIA 644 A (2001 жылы жарияланған) стандарты LVDS-ті анықтайды. Бұл стандарт бастапқыда бұрылған жұп мыс сымдар арқылы 655 Мбит/с ең жоғары дерек беру жылдамдығын ұсынған, бірақ қазіргі таңда жоғары сапалы беріліс орталарында 1–3 Гбит/с дерек беру жылдамдығы жиі қолданылады. Бүгінде LVDS сияқты кеңжолақты цифрлық бейнесигналды тарату технологиялары көлік құралдарында да қолданылады, онда дифференциалдық сигнал түрінде берілетін сигнал ЭМҚ талаптарын орындауға көмектеседі. Дегенмен, кабельдерді орнату үшін жоғары сапалы қалқандалған бұрылған жұп кабельдерді күрделі жалғағыштармен бірге пайдалану қажет. Балама ретінде коаксиалды кабельдерді қолдануға болады. Зерттеулер көрсеткендей, оңайлатылған беріліс ортасына қарамастан, жоғары жиілік диапазонында сәуле шығару мен кедергіге төзімділік жоғары болуы мүмкін. Болашақтағы жоғары жылдамдықты бейне байланыстары кішірек, жеңіл және арзан болуы мүмкін. Автомобильдерде камераларды, дисплейлерді және басқару құрылғыларын байланыстыру үшін сериялық бейне беру технологиялары кеңінен қолданылады. Қысылмайтын бейне деректерінің кейбір қолданыстар үшін артықшылықтары бар. Қазіргі сериялық байланыс протоколдары 3–4 Гбит/с диапазонында деректерді беруге және осылайша толық HD ажыратымдылығына дейін дисплейлерді басқаруға мүмкіндік береді. Серілендіргіш және десериализатор компоненттерін басқару блогына интеграциялау, қосымша аппараттық және бағдарламалық жасақтамаға төмен талаптарға байланысты қарапайым және тиімді. Керісінше, бейне беруді тиісті желілік контроллерге қосуды және қажет болған жағдайда деректерді қысу үшін ресурстарды қажет ететін шиналық шешімдер қажет. Көптеген қолданыстар үшін бейне архитектурасының барлық бөліктерінде толыққанды желі қажет емес, ал кейбір компоненттер үшін бейне сапасын жоғалту және қосымша кешігу себебінен деректерді қысу мүмкін болмайды, сондықтан автобусқа бағытталған бейне беру технологиялары қазіргі уақытта толыққанды тартымды емес.
The ANSI/TIA/EIA 644 A (published in 2001) standard defines LVDS. This standard originally recommended a maximum data rate of 655 Mbit/s over twisted pair copper wire, but data rates from 1 to 3 Gbit/s are common today on high quality transmission mediums. Today, technologies for broadband digital video signal transmission such as LVDS are also used in vehicles, in which the signal transmitted as a differential signal helps for EMC reasons. However, high quality shielded twisted pair cables must be used together with elaborate connector systems for cabling. An alternative is the use of coaxial cables. Studies have shown that it is possible in spite of the simplified transfer medium dominate both emission and immunity in the high frequency range. Future high speed video connections can be smaller, lighter, and cheaper to realize. Serial video transmission technologies are widely used in the automobile for linking cameras, displays, and control devices. The uncompressed video data has some advantages for certain applications. Serial communication protocols now allow the transfer of data rates in the range of 3 to 4 Gbit/s and thus the control of displays with up to full HD resolution. The integration of the serializer and deserializer components in the control unit due to low demands on additional hardware and software simple and inexpensive. In contrast, require bus solutions for video transmission connection to a corresponding network controller and, if necessary resources for data compression. Since for many applications a full function network is not required throughout the video architecture and for some compounds, data compression is not feasible due to image quality loss and additional latency, bus oriented video transmission technologies are currently only partially attractive.