采用LpLVDS和CTL實(shí)現便攜式產(chǎn)品中的接口設計

具有低電磁干擾、高吞吐量、低功耗、抗噪聲干擾等特性的接口技術(shù)，將成為超便攜和消費產(chǎn)品市場(chǎng)的重要組成部分。本文將討論基于下一代I/O技術(shù)的一些應用，這種新的I/O技術(shù)能把重新設計的風(fēng)險降至最低，從而加快視頻基帶設計，并降低電磁干擾(EMI)和總體成本。

　　亞太地區(尤其是中國)的手機和便攜設備市場(chǎng)是世界最大的市場(chǎng)。這些市場(chǎng)的競爭焦點(diǎn)不僅在于這類(lèi)產(chǎn)品的成本和性能，而且在于它們投入市場(chǎng)的時(shí)間。在中國，本地手機供應商占了總體市場(chǎng)過(guò)半。隨著(zhù)中國手機制造商研發(fā)能力快速增長(cháng)，他們能夠迅速在設計中采用無(wú)線(xiàn)射頻(RF)和基帶設計等新技術(shù)，工程師和最終用戶(hù)對于能夠縮短設計周期、降低成本和改善系統性能的技術(shù)極感興趣。以下將要討論基于下一代I/O技術(shù)的一些應用。

　　設計挑戰

　　1. 高數據吞吐量需要新的信令方案

　　由于高端手機LCD顯示器的分辨率超過(guò)了SVGA(800×600)，而翻蓋式電話(huà)中應用處理器和LCD模塊之間的RGB數據吞吐量甚至超過(guò)750Mbps(XGA模式，60Hz刷新速度)?，F有的晶體管-晶體管邏輯(TTL)技術(shù)在基帶控制器和LCD模塊之間的高擺幅(0V至VCC)限制了邏輯轉換之間的信號數據吞吐量，特別是低電磁干擾要求對邊緣速率提出了限制。對于數據傳輸速率較高的TTL技術(shù)，移動(dòng)電話(huà)的翻蓋和機體之間的低帶寬柔性電纜也可能會(huì )增加誤碼率，以致需要返修和重新設計基帶，從而嚴重推遲產(chǎn)品上市時(shí)間。

　　此外，由于下一代拍照手機具有三百萬(wàn)像素以上的分辨率，RGB數據吞吐量(在快拍時(shí)被讀回至基帶處理器)進(jìn)一步把現有TTL技術(shù)推向極限。在所有這些因素下，業(yè)界需要一種新的信令方案來(lái)解決這類(lèi)問(wèn)題。

　　　
圖1：各種接口信號技術(shù)的簡(jiǎn)要比較以及CTL技術(shù)在1Gbps速度下的眼圖
　　2. 電磁干擾和敏感性

　　低電磁干擾幾乎成為所有手機設計人員普遍面對的設計挑戰。由于具有較大的振幅，為了快速切換邏輯狀態(tài)，傳統的TTL技術(shù)通常具有較高的邊緣速率，因而造成反射和電磁干擾問(wèn)題。降低TTL信號的邊緣速率雖然可以減小反射和電磁干擾，但卻限制了數據吞吐量。這一問(wèn)題在使用低帶寬柔性電纜發(fā)送信號的手機設計中更為明顯。為了達到更大的數據吞吐量，TTL邏輯的邊沿變化速率必須提高，但這也會(huì )造成更高的電流變化速率，并且會(huì )在一個(gè)較大的頻率段上引起更高的電磁干擾輻射。此外，在邏輯電平變換時(shí)發(fā)生的任何反射不僅會(huì )引起更多磁性輻射而且會(huì )增加誤碼率。對于手機設計而言，柔性電纜周?chē)碾姶鸥蓴_噪聲很大，因此需要更好的共模噪聲抑制能力，而這正是低電壓差分信令(LVDS)等差分信號技術(shù)的特點(diǎn)。

　　I/O解決方案

　　如上所述，低功耗、高吞吐量以及超低電磁干擾信令技術(shù)是便攜和消費產(chǎn)品應用設計的關(guān)鍵。因此，類(lèi)似LVDS的差分信令技術(shù)在改善數據吞吐能力、抗噪聲能力或電磁干擾性能方面成為系統的一個(gè)重要設計環(huán)節。LVDS的最大優(yōu)點(diǎn)之一是其在正和負輸出端的電流方向相反。如果輸出正負端靠得夠近，應該能夠使電磁輻射相互抵消，這將大幅降低手機的電磁干擾和對手機本身通訊信號的影響。在手機等電池供電應用要求更低功耗的情況下，具有較低VCC工作能力的降低功耗LVDS技術(shù)版本(LpLVDS)是滿(mǎn)足便攜設計需求的關(guān)鍵。除了LpLVDS，飛兆半導體還開(kāi)發(fā)了下一代I/O技術(shù)，即電流傳送邏輯(CTL)，以提供更低功耗和更低電磁干擾的優(yōu)勢。

　　圖1所示為各種接口信號技術(shù)的簡(jiǎn)要比較以及CTL技術(shù)在1Gbps速度下的眼圖。與傳統LVDS技術(shù)相比，CTL技術(shù)每個(gè)通道的功耗要小30%。同時(shí)，CTL I/O的電磁干擾比傳統LVDS技術(shù)低10dB，比TTL技術(shù)低20dB。使用圖1中的波形圖可以解釋原因，對于相同的時(shí)間間隔(這意味著(zhù)相同的吞吐量)，CTL技術(shù)可以使用低很多的邊沿上升速率輕易地在邏輯“0”和“1”之間進(jìn)行切換，而CTL的擺幅僅為65mV，較傳統LVDS技術(shù)的350mV量級相比小得多。較低的di/dt無(wú)疑能有效地減小磁性輻射。

　　數據傳送解決方案

圖2：uSerDes在帶有RGB接口的智能電話(huà)設計中的應用實(shí)例。

　　LpLVDS和CTL只提供針對LCD、相機成像器以及基帶處理器之間接口的I/O解決方案。只有在采用某些并行至串行數據傳送方案時(shí)，兩者才能發(fā)揮其強大功能。借著(zhù)鎖相環(huán)路(PLL)技術(shù)，可以利用PLL輸出的倍頻頻率將多個(gè)并行輸入轉換成串行流，這種電路一般稱(chēng)為串化器。使用同樣的方式，當數據抵達顯示屏一側時(shí)，串行流經(jīng)內部第二個(gè)PLL解碼，并被變換回并行TTL信號以驅動(dòng)LCD模塊(LCM)。解碼電路被稱(chēng)作解串器，傳統的串化器和解串器的雙PLL結構會(huì )增加功耗，飛兆半導體公司的單PLL uSerDes可以幫助設計人員借助LpLVDS和CTL I/O進(jìn)一步節省功率，降低功耗。

　　設計實(shí)例

　　圖2所示為典型的LCD屏的“寫(xiě)”操作，此處采用基于LpLVDS或CTL I/O技術(shù)的uSerDes，從基帶處理器向LCD顯示器傳遞RGB數據。這是雙處理器的翻蓋式智能電話(huà)設計中一種典型RGB接口。使用LpLVDS技術(shù)或CTL技術(shù)，應用處理器上LCD接口輸出的16位TTL并行數據總線(xiàn)，被串行化成單一高吞吐量差分數據流(D+和D-)。這種設計不僅有效地降低電磁干擾，而且因為省去了機體和翻蓋之間大量電纜和連接器，所以成本也得以顯著(zhù)降低。此外，由于LpLVDS和CTL技術(shù)的電磁干擾輻射超低，因此無(wú)需采用電磁干擾濾波器，進(jìn)一步降低了成本。

　　本文小結

　　隨著(zhù)未來(lái)3G手機的高分辨率顯示器和相機等多媒體應用需求的增長(cháng)，設計人員將逐漸從現時(shí)的并行TTL接口技術(shù)轉向差分串行互聯(lián)技術(shù)。具有低電磁干擾、高吞吐量、低功耗、抗噪聲干擾等特性的接口技術(shù)，將成為超便攜和消費產(chǎn)品市場(chǎng)的重要組成部分，而這些產(chǎn)品市場(chǎng)包括了手機、攝像機、打印機，以及其它對功率和電磁干擾有限制的顯示終端。