LCD顯示器的模擬接口和數字接口

1 模擬接口

　　模擬和數字視頻信源已經(jīng)存在了很長(cháng)時(shí)間，模擬視頻常用于臺式機，而數字視頻則在筆記本電腦中比較流行。當前大量計算機使用的模擬視頻輸出，因此保證了模擬接口支持能夠滿(mǎn)足未來(lái)幾年的需求。但是最近數字連通性的進(jìn)展是否意味著(zhù)數字接口完全可以取代模擬方式，但是醫學(xué)超聲和X射線(xiàn)的應用對灰度有嚴格的要求，至少在這兩種應用上暫時(shí)不能用數字取代模擬。

　　使用模擬LCD接口能夠對各種RGB輸入電壓采樣，并保持該采樣信息，然后直接提供給顯示器中每個(gè)子象素的驅動(dòng)晶體管。理論上，在采樣RGB信息時(shí)，這一無(wú)限高的精度應該有無(wú)窮多的灰度級。相反地，數字屏提供的電壓必須是以數字尋址電壓步長(cháng)為單位的電壓，不能是任意連續變化的。

　　模擬接口還簡(jiǎn)化了從視頻控制器到LCD間的信號傳送，并且在很長(cháng)的電纜上都有效，允許顯示器安裝在遠離視頻源的地方。模擬接口只需要5條線(xiàn)(不包括地線(xiàn))就能運行，即紅、綠、藍、水平同步(Hsync)，和垂直同步(Vsync)，或者把同步信號和綠色信號加在同一條線(xiàn)上，只需四條線(xiàn)。這種簡(jiǎn)單接口適用于從VGA到UXGA的寬廣的顯示分辨率范圍。然而，模擬LCD必須接受紅、綠、藍、水平同步和垂直同步信息，然后對水平同步信號采樣，利用LCD接口的鎖相環(huán)(PLL)電路來(lái)產(chǎn)生象素時(shí)給顯示屏提供彩色信息的時(shí)間。由于高分辨率需要高信息通量，因此，當今的高分辨屏需要較頻繁和精確的采樣。彩色信息或采樣點(diǎn)的任何不精確都會(huì )導致視頻效果很差。彩色信息不精確可能是由于阻抗不匹配、在RGB三基色線(xiàn)上產(chǎn)生反射和過(guò)量瞬時(shí)擾動(dòng)的結果。采樣不精確可能是因為時(shí)鐘抖和相位、頻率漂移等問(wèn)題所致。 ??模擬屏的設置比數字屏微復雜些。終端用戶(hù)必須設置模擬屏的水平線(xiàn)總數(horizontl total)、水平和垂直位置，并且根據視頻卡(video-card)特性來(lái)調整時(shí)鐘相位。而數字接口不需要這些調整，監視器能自動(dòng)對中和度量屏幕上的圖像。但數字接口的這個(gè)優(yōu)點(diǎn)只是一個(gè)小小的優(yōu)勢，因為模擬接口只需要用戶(hù)在LCD顯示器第一次與視頻源連接時(shí)進(jìn)行調整就行了。 ??顯然，所有基于計算機的視頻都源于數字信息。目前的顯示卡必須將數字視頻轉換為模擬視頻，并且在數字LCD的情況下，監視器須將視頻轉換回數字形式。正如所有轉換過(guò)程一樣，這些轉換并不理想。因為用于數字LCD的數字接口保留了原始的視頻信息，避免了轉換過(guò)程，所以極具吸引力。

　　2 數字接口 ??

　　最近在連通性、色深度、價(jià)格等技術(shù)方面的進(jìn)步推動(dòng)了數字接口的工業(yè)化。在PC市場(chǎng)上出于提高性?xún)r(jià)比的要求，使得減少電路和降低成本變得尤其重要。將本來(lái)的數字視頻信號轉變?yōu)槟M信號，再轉化回LCD監視器中的數字信號，這顯然要比直截了當地用數字信號驅動(dòng)LCD的耗費要大得多。 ??由于LCD顯示器的價(jià)格已經(jīng)下降到接近普通計算機用戶(hù)的購買(mǎi)能力范圍，因此，數字/模擬/數字轉換接口在價(jià)格中所占比例就成為更重要的考慮因素。為了繼續沖擊臺式機市場(chǎng)，LCD必須采用低價(jià)位的數字接口。 ??前幾代數字屏每彩色采用6位，與模擬屏相比，它能顯示的彩色有限。隨著(zhù)每彩色8位數字驅動(dòng)器的引進(jìn)，最新的屏能顯示16.7×106種彩色，可與模擬屏相抗衡。

　　3 數字連接 ??

　　數字LCD接口的主要目標是盡量減少導線(xiàn)的數量，降低顯示子系統的總成本。但是，如果采用簡(jiǎn)單的并行接口，導線(xiàn)數量就成為問(wèn)題(圖3)。例如，為了支持6位彩色顯示，在加入保證信號完整及抗電磁干擾所必須的屏蔽和(或)多重地線(xiàn)之前，未編碼的接口有22條信號線(xiàn)。

　　信號編碼能夠簡(jiǎn)化難以實(shí)用的接口。同時(shí)，因為編碼促使制造商選擇一種編碼方案，又使接口更復雜化。幾家公司和組織曾建議采用低壓差分信號(low-votage ifferential signaling)(LVDS)。這類(lèi)方案的基礎都是接受和處理低壓差分信號，每種方案具體的實(shí)施方式可能不同。

　　LVDS最初被用于筆記本電腦及工業(yè)設備，這種情況下，制造商可完全控制視頻信號源與LCD間的接口。LVDS方案將信號減至只有5組。對于筆記本電腦LVDS是一種理想的方案，因為它工作電壓低，在保證功耗和電磁干擾最小的同時(shí)又做到高速數據傳遞，并且由于發(fā)送的是差分信號，比起普通信號來(lái)，它產(chǎn)生的噪音最小。

　　由于許多原因，LVDS方案沒(méi)有直接用于其它顯示，特別是臺式機的顯示器。首先，分別來(lái)自國家半導體公司和德克薩斯儀器公司的兩個(gè)最早的LVDS方案互不兼容。但這不是所有的原因。該方案是對視頻源至顯示器距離最短的封閉環(huán)境優(yōu)化的，其有限的帶寬支持的分辨率只有XGA那么高。這種進(jìn)步使LVDS很難作為一種工業(yè)上的通用標準?，F在通過(guò)引進(jìn)另一種接口技術(shù)，已經(jīng)解決了這個(gè)問(wèn)題。但如果你問(wèn)某些公司，那么他采用的技術(shù)可能會(huì )使LVDS方案更復雜。這種新技術(shù)被稱(chēng)為轉換最小化差分信號(TMDS)方案，由Silicon Image公司開(kāi)發(fā)并用于該公司的產(chǎn)品PaneLinkTM投入了市場(chǎng)。TMDS與LVDS類(lèi)似，都采用了小電壓振幅和差分信號傳送。TMDS加上了一個(gè)專(zhuān)利協(xié)議，實(shí)現了直流平衡，并且采用了"異或"(XOR)和"異或非"(XNOR)運算，減少了由高到低和由低到高信號轉換的次數。

　　TMDS比LVDS需要更少的信號線(xiàn)。此外，TMDS呈現出較高的耐扭曲性、時(shí)鐘邊界獨立性(clock-dege independence)和易測量性，支持從VGA到UXGA的單個(gè)信號接口。TMDS采用雙股銅線(xiàn)電纜能使數據可靠地傳輸好幾米，采用光纖還可以大大延長(cháng)傳輸距離。Genesis Microchip公司已經(jīng)用10m視頻電纜成功地測試了它的接收器/定標器(receiver/scalar)芯片。

　　自TMDS方案啟動(dòng)后，國家半導體公司和德克薩斯儀器公司就為臺式機監視器開(kāi)發(fā)了一種稱(chēng)為Open LDI的執行方案。其它一些包括Sony的Gbit視頻接口(GVIF)也曾被提出并付諸實(shí)現。

　　4 標準化幫助

　　TMDS有一個(gè)關(guān)鍵的優(yōu)勢，就是由幾個(gè)研究組對其進(jìn)行了標準化。首先是視頻標準協(xié)會(huì )(UESA)的插件和顯示(Plug and Display)(PD)小組，另兩個(gè)產(chǎn)業(yè)界小組也應允使用TMDS，他們是Compaq公司領(lǐng)導的數字平面(DFP)小組和英特爾、康柏、富士通、惠普、IBM、NEC和Silicom Image等領(lǐng)導的數字顯示工作組(DDWG)。DDWG登記的項目名稱(chēng)為數字可視接口(DVI)。這些接口的細節是有差別的，在連通器結構以及是由監視器還是由視頻卡定標等方面有著(zhù)顯示的區別。然而他們都信賴(lài)TMDS，使這些差異在大多數情況下都能利用適配器來(lái)相互協(xié)調。目前的征兆是平板顯示行業(yè)廣泛采用DVI作為數字接口。Dell公司推出了裝配有DVI的平面監視器和系統，其集成的視頻子系統有DVI端口，盡管為安全起見(jiàn)子系統還保留了RGB三基色模擬接口。而其中一個(gè)重要的轉變是TI包含的數字可視接口(DVI)中有一系列的多個(gè)芯片。

　　DVI的另一個(gè)令人注目的進(jìn)展是英特爾的高帶寬數字內容保持(HDCP)方案。HDCP致力于解決影響任何視頻源與顯示器之間接口之間的問(wèn)題，即未保護的接口允許盜版者調走視頻資源(例如從DVD中)。為了保持DVI輸出信息不被復制，HDCP提供了加密和確認程序，以證實(shí)某顯示器件可以接收受保護的內容。該方案的設計保持了圖像的質(zhì)量，并且其操作對用戶(hù)是透明的。有了這種保持，就可考慮用DVI作電視機的機頂盒、數字衛星接收器、高清晰度電視(HDTV)以及PC機的接口等。該接口最初能有支持4.9Gbit/sec的視頻資源，遠遠超過(guò)了HDTV的要求，而HDTV的要求，而DVI高達9.9Gbit/sec的雙連接版本則提供了龐大的帶寬凈空間。

　　5 支持各種應用

　　象大多數平板顯示器制造商一樣，筆者所在的NEC公司支持市場(chǎng)所選擇的任何接口。NEC的特殊地位在于它是唯一同時(shí)生產(chǎn)模擬接口和數字接口LCD顯示器的廠(chǎng)家。這就給我們提供了一個(gè)獨特的視角，由此我們清楚地看到，不同的應用需要不同的接口。綜上所述，NEC認為DVI是解決許多應用的極好方案，并將支持該方案。

　　兼顧不同的需求的一種方法是讓LCD中有一個(gè)"自身"的LVDS接口來(lái)直接支持封閉環(huán)境中的應用。對于開(kāi)放環(huán)境則需要一個(gè)象DVI這樣的接口，而這只需要一個(gè)低價(jià)位的標量接收/發(fā)送板就很容易解決問(wèn)題。

　　無(wú)論對何種應用，數字接口的前景都比較看好。這類(lèi)接口有助于簡(jiǎn)化系統的設計，能充分利用AMLCD和其它高分辨平板器提供的高質(zhì)量圖像。