孫懿江蘇自動(dòng)化研究所

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LVDS顯示技術(shù)在某一體化計(jì)算機(jī)工程中的應(yīng)用

孫懿
江蘇自動(dòng)化研究所

摘要：文章以某一體化計(jì)算機(jī)的研究為例，對(duì)該一體化計(jì)算機(jī)中的LVDS原理、組成選型、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、調(diào)試過(guò)程進(jìn)行了描述，對(duì)設(shè)計(jì)中注意點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)調(diào)試中的一些故障進(jìn)行了分析，提供了LVDS顯示技術(shù)在實(shí)際工程應(yīng)用的參考。

關(guān)鍵字：LVDS顯示 PCB設(shè)計(jì) 線纜設(shè)計(jì) 故障分析

LVDS（低壓差分信號(hào)）技術(shù)是在20世紀(jì)90年代后期出現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸接口技術(shù)，采用非常低的電壓擺幅（約350mV）高速差動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)。LVDS技術(shù)使得信號(hào)能夠在差分PCB線對(duì)或平衡電纜上以幾百M(fèi)b／s的速率傳輸，具有速率高、功耗低、噪聲小、可靠穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)顯示技術(shù)的發(fā)展，顯示質(zhì)量越來(lái)越好，相對(duì)應(yīng)的，對(duì)顯示信號(hào)的傳輸速度、傳輸質(zhì)量等方面的要求也不斷提高，LVDS技術(shù)的這些優(yōu)點(diǎn)非常適用于計(jì)算機(jī)的顯示。因此，在設(shè)計(jì)某一體化計(jì)算機(jī)時(shí)，考慮采用具有眾多優(yōu)點(diǎn)的LVDS顯示技術(shù)。

1　LVDS的原理

LVDS其傳輸線路一般由三部分組成：差分信號(hào)發(fā)送器，差分信號(hào)互聯(lián)器，差分信號(hào)接收器。差分信號(hào)發(fā)送器將非平衡傳輸?shù)腡TL信號(hào)轉(zhuǎn)換成平衡傳輸?shù)腖VDS信號(hào)。差分信號(hào)接收器將平衡傳輸?shù)腖VDS信號(hào)轉(zhuǎn)換成非平衡傳輸?shù)腡TL信號(hào)。差分信號(hào)互聯(lián)器包括聯(lián)接線（電纜以及PCB走線），終端匹配電阻。

2　某一體化計(jì)算機(jī)中LVDS顯示電路的設(shè)計(jì)原理

根據(jù)LVDS的傳輸線路組成，某一體化計(jì)算機(jī)中顯示電路應(yīng)由LVDS信號(hào)輸出、LVDS信號(hào)傳輸、LVDS信號(hào)接收三部分組成。在選擇LVDS輸出電路時(shí)，應(yīng)注意LVDS輸出接口的選擇。LVDS輸出接口也分為以下四種類型：1）單路6位LVDS輸出接口，RGB信號(hào)均采用6位數(shù)據(jù)，共18位RGB數(shù)據(jù)；2）雙路6位LVDS輸出接口，采用雙路方式傳輸，RGB信號(hào)采用6位數(shù)據(jù)，其中奇路數(shù)據(jù)為18位，偶路數(shù)據(jù)為18位，共36位RGB數(shù)據(jù)；3）單路8位TTL輸出接口。這種接口電路中，采用單路方式傳輸，RGB信號(hào)采用8位數(shù)據(jù)，共24位RGB數(shù)據(jù)；4）雙路8位lTL輸出位接口。這種接口電路中，采用雙路方式傳輸，RGB信號(hào)采用8位數(shù)據(jù)，其中奇路數(shù)據(jù)為24位，偶路數(shù)據(jù)為24位，共48位RGB數(shù)據(jù)?？紤]到實(shí)際使用，單路6位LVDS接口就可以滿足。而單路6位LVDS接口需要四對(duì)差分線來(lái)通訊，三對(duì)差分線是數(shù)據(jù)傳輸，一對(duì)差分線用于時(shí)鐘信號(hào)傳輸。因此，選擇了一款支持單路6位LVDS顯示輸出的COMExpress模塊作為L(zhǎng)vDS顯示的信號(hào)輸出端，選擇一款支持單路6位LVDS的LCD液晶顯示屏作為L(zhǎng)VDS信號(hào)接收端。

3　一體化計(jì)算機(jī)中LVDS顯示的實(shí)現(xiàn)

一體化計(jì)算機(jī)中的LVDS顯示發(fā)送端及接收端選型好之后，還需要考慮好LVDS信號(hào)傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)，以確保信號(hào)質(zhì)量。

3.1 計(jì)算機(jī)背板PCB設(shè)計(jì)

從COM Express模塊引出的信號(hào)不能從COM Express接口直接傳輸?shù)揭壕辽?，這需要計(jì)算機(jī)背板的轉(zhuǎn)接，在背板PCB設(shè)計(jì)時(shí)要考慮好高速LVDS信號(hào)的走線，主要有以下幾點(diǎn)需要注意：1）LVDS信號(hào)的匹配阻抗通常為100D．-q：10%；2）保證差分線平行等距，一般是將差分線對(duì)長(zhǎng)度誤差限制，盡量使用同層內(nèi)的差分；3）LVDS差分對(duì)走線應(yīng)盡可地短而直，避免過(guò)孔和大于90。的轉(zhuǎn)向；4）LVDS信號(hào)要遠(yuǎn)離其它信號(hào)。其他信號(hào)最好分層布線，若必須使用同一層走線，距離應(yīng)大于3～5倍差分線間距；5）不同差分線對(duì)間的間距至少應(yīng)大于3～5倍差分線間距。

3.2 傳輸線纜的設(shè)計(jì)

從計(jì)算機(jī)背板到顯示屏之間，需要設(shè)計(jì)有傳輸線纜。在設(shè)計(jì)傳輸線纜的時(shí)候，為確保信號(hào)質(zhì)量，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：1）信號(hào)傳輸線纜應(yīng)雙絞、等長(zhǎng)；2）要做好線纜的屏蔽，屏蔽層要接地；3）信號(hào)線纜要注意避開(kāi)其他信號(hào)線，尤其是電源線纜，防止造成干擾；4）選用的連接器務(wù)必要壓接可靠，采用的接觸件一般為銅材質(zhì)以保證信號(hào)質(zhì)量。

4　調(diào)試及故障分析

一體化計(jì)算機(jī)按照上述設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了生產(chǎn)，在首次測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)顯示屏上沒(méi)有顯示，經(jīng)檢查，LVDS信號(hào)線路連接正確，在調(diào)試板上測(cè)試COMExpress模塊，顯示正常，但在查看BIOS設(shè)置時(shí)，發(fā)現(xiàn)可以設(shè)置主模塊的輸出為單路6位LVDS輸出，或是單路8位LVDS輸出，默認(rèn)的是單路8位輸出，與液晶屏的輸入接口不符，導(dǎo)致沒(méi)有顯示。調(diào)整為單路6位輸出后，顯示正常。在后續(xù)一體化計(jì)算機(jī)的調(diào)試、試驗(yàn)中，發(fā)生過(guò)一些顯示故障，總結(jié)起來(lái)，主要有黑屏、抖屏、缺色現(xiàn)象。通過(guò)更換模塊的方式進(jìn)行排查，排除了線纜、液晶顯示器的問(wèn)題，定位是LVDS顯示輸出異常。然后在發(fā)生故障時(shí)，測(cè)量了故障模塊的LVDS信號(hào)輸出波形，通過(guò)對(duì)比工作正常時(shí)的波形，發(fā)現(xiàn)主要是時(shí)鐘信號(hào)波形異常。

根據(jù)LVDS信號(hào)的通信原理，在LVDS顯示工作正常時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)的擺幅應(yīng)滿足圖7的要求，即LVDS時(shí)鐘信號(hào)的TXCLK+ 與TXCLK．差分信號(hào)對(duì)的差值在250mV～450mV時(shí)，判斷為邏輯“1”，差值大于．250mVlj'-J～．450mV，判斷為邏輯“0”，而且同時(shí)必須滿足峰峰值的要求，在差值最小的250mV時(shí)，峰峰值最小應(yīng)滿足500mV，在差值最大的450mV時(shí)，最大峰峰值為900mV。

根據(jù)故障時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)波形與要求對(duì)比，可以清晰地判斷出故障的波形不滿足圖3中的LVDS時(shí)鐘信號(hào)的要求，從而造成LVDS顯示無(wú)法正常工作，解釋了故障機(jī)理，下一步則需要對(duì)輸出LVDS顯示的模塊進(jìn)行進(jìn)一步的故障分析。

5　結(jié)論

本文在工程應(yīng)用中，依據(jù)LVDS顯示的基本原理，結(jié)合了LVDS在應(yīng)用中的一些經(jīng)驗(yàn)，成功實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用LVDS顯示的某一體化計(jì)算機(jī)，并對(duì)調(diào)試過(guò)程中發(fā)生的問(wèn)題進(jìn)行了分析，供其他需要LVDS顯示工程應(yīng)用的設(shè)計(jì)者作為參考。

參考文獻(xiàn)

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