LVDS依然歷久彌新‼️
帶你了解汽車應用中的LVDS顯示技術
1999年，LVDS技術的先驅，同時也是Introspect Technology的好友John Goldie發表了一篇名為《LVDS Goes the Distance!》的文章。25年後的今天，我們仍然無法為這篇文章想到更好的標題，因此這篇內容也作為Introspect對LVDS以及我們好友John的致敬。繼續閱讀，瞭解LVDS車用顯示技術以及其測試方式！
LVDS
LVDS是「Low Voltage Differential Signaling(低電壓差動訊號)」的縮寫，由於其成功與廣泛應用，這個術語已被用來描述許多不同的介面技術。事實上，大多數高速介面都採用低電壓差動訊號，例如PCI-SIG的PCI Express®、VESA的DisplayPort™、MIPI Alliance的D-PHY℠與M-PHY®等等。因此，當僅使用「LVDS」這個詞時，很容易混淆究竟指的是哪一種介面。在本文中，我們關注的是用於顯示連接的原始LVDS標準，這通常被稱為LVDS Display Interface(LDI)或Open LVDS Display Interface(OLDI)。下一節將介紹OLDI的一些特性。
Open LVDS Display Interface(OLDI)介紹功耗(LP)模式：
實體層(Physical Layer)
OLDI介面採用原始的LVDS實體層，其具有兩個明顯特徵。首先，驅動器為電流模式設計，具有一個電流源來偏壓兩個互補電晶體，如圖1所示。第二個特徵是LVDS為直流耦合(DC-coupled)連結，並在接收端使用一個單一的浮動100歐姆終端電阻，如圖1所示。這種浮動終端的使用，使得LVDS連結的偏壓設計相對簡單。此外，電流模式設計意味著LVDS訊號的共模電壓相較於現今標準而言偏高，約為 1.25V。
圖1：LVDS Physical layer
像素傳輸層(Pixel Transport Layer)
為了透過LVDS差動對串列傳輸像素資料，OLDI協定依賴平行轉串列(serialization)技術，並使用多組差動對並行傳輸。例如，若要透過4組差動對傳送24-bit RGB資料，OLDI會建立如圖2所示的傳輸時序圖。
圖2：Transmission timing diagram
上述時序圖的一個重要特點是存在一個前送時脈(forwarded clock)，用來同步影像來源與接收端之間的資料傳輸。也就是說，會額外使用一組差動對來傳送時脈訊號。此外，此時脈通常比資料速率慢約7倍，資料通道與時脈通道之間為7:1的比例，這有助於提升訊號完整性並協助接收端的像素時脈同步。從設計角度來看，上述時序圖可轉換為如圖3所示的方塊圖。值得注意的是，在OLDI連結的發射端與接收端皆需要相位鎖定迴路(PLL)。
圖3：Design block diagram
此外可以觀察到，驅動LVDS顯示介面的數位邏輯相當簡單，不包含複雜的編碼、映射或擾碼邏輯。這也是OLDI標準在打造低成本顯示方案時極具吸引力的原因之一，也解釋了LVDS顯示在車用技術中仍然非常普及。
車用顯示中 OLDI 接收端的測試與特性分析
在現代OLDI顯示的實作中，工程師會建立包含多個同時運作OLDI連結的顯示系統。例如，一個顯示方案中包含4個LVDS埠、每個埠具有4條資料通道的情況並不少見。為了對這類系統進行特性分析，需要具備高度彈性的圖樣產生器，而Introspect的SV3C-12客製化SerDes測試儀正是理想選擇。5這個設備在小型化設計中整合最多32個圖樣產生器，並支援時脈對資料偏移(clock-to-data skew)注入以及抖動(jitter)注入。圖4展示了SV3C-12在OLDI接收端測試中的應用。
圖4：Diagram of the SV3C-12 used for OLDI receiver testing
在此圖中，我們可以看到多個元件，說明如下：
SV3C-12封包產生器
SV3C-12 SerDes測試儀是OLDI特性分析方案中的核心元件。雖然它也具備接收功能，但在此應用中主要用於圖樣產生。每個通道都有其專屬的圖樣產生器記憶體，而Pinetree軟體則用來建立完整的OLDI影像產生介面。除了提供產生OLDI影像資料的協定API外，SV3C-12還支援可程式化電壓擺幅、皮秒等級解析度的時脈對資料偏移控制，以及可程式化抖動注入。因此，它可用於評估接收端靈敏度與抖動容忍度，其中抖動容忍度測試對於確保接收端內部PLL正常運作至關重要。
Common-Mode Controller
SV3C-12提供選配的共模控制器周邊，如圖4所示為兩個此類裝置。該模組接收來自SV3C-12的圖樣資料，並可對其施加任意的共模電壓偏移，使系統能在高於OLDI所需1.25V的電壓條件下進行測試。此外，每個通道都可以設定不同的共模電壓，使測試具備高度彈性。例如，可以掃描時脈通道的共模電壓，同時將資料通道維持在固定電壓，反之亦然。
搭載Pinetree軟體的電腦
最後，實現所有測試自動化的關鍵在於Pinetree軟體。如圖5所示，該軟體內建OLDI圖樣產生API。其架構與其他顯示測試方案(如MIPI DSI-2與VESA DisplayPort)相似，提供階層式圖樣產生器控制，涵蓋圖樣生成、資料速率控制與共模控制等功能。
圖5：Built-in API for OLDI pattern generation in the Pinetree software
結論
LVDS顯示技術具有某種歷久彌新的特質。或許是因為「LVDS」這個經典縮寫，或是其在相對簡單的協定下仍能達到高效能的特性。不論原因為何，目前市場上仍有各式多埠顯示解決方案正在被廣泛實作，而Introspect也隨時準備提供協助。透過我們高度整合的圖像產生技術，我們能為產業提供高度靈活且具成本效益的測試與特性分析解決方案。如有任何LVDS測試相關問題，歡迎寄信至 sales@trust-tek.com.tw 與我們聯繫。
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