jinnianhui金年会 Value LVDS를 뛰어넘는 V-by-OneⓇ HS, jinnianhui金年会

2017.12.12
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노트북이나 액정 모니터, 액정 TV의 영상 인터페이스로서 한 시대를 풍미했던 「LVDS（Low Voltage Differjinnianhui金年会tial Signaling） SerDes」. 그 후속 기술이 「V-by-OneⓇ HS」이다. 현재, 고해상도의 대화면 액정 TV 등에서 모두 채용되고 있다. 액정 TV의 세계적인 보급을 보이지 않게 지원하는 기술의 하나라고 할 것이다. 연재의 3번째인 이번 회는, V-by-OneⓇ HS의 기본 원리와 특징 등에 대하여 설명한다.

액정TV가 고화질, 대화면으로

V-by-OneⓇ HS의 특징은, 데이터 jinnianhui金年会 속도가 높으면서 jinnianhui金年会 가능한 거리가 길다는 점이다(Fig.1).

zoom최대 데이터 전송 속도는, 1Pair의 차동 라인에서 4Gbps로 높다. 전송 가능한 거리는 10m 이상에 달한다. LVDS의 데이터 전송 속도는 표준 규격으로 정해져 있으며, 그것은 655Mbps 였다. 각 메이커의 독자적인 연구로 데이터 전송 속도를 높일 수 있지만, 그래도 물리층으로는 3Gbps 정도가 한계였다. LVDS SerDes에서는 Clock과 데이터의 Skew가 문제이기 때문이다. 그래서, 엄청난 고가의 twjinnianhui金年会-ax cable을 사용해도 최대 5m 정도 밖에 전송할 수 없었다.

이른바 LVDS SerDes의 「차세대판」인 jinnianhui金年会가 필수적이 된 이유가 무엇일까? 그것은 액정 TV의 고화질화와 대화면화에 있다. 액정 TV의 화질에 영향을 주는 특성은 크게 3가지다. 화소수(해상도)와 프레임 레이트, 그리고 색심도이다. 모두 늘리거나 높이거나 하는 것으로 화질은 향상된다. 그러나 한편으로 영상 처리 보드와 액정 모듈의 타이밍 컨트롤러 IC(T-CON) 간의 영상 테이터 양이 증대한다. 또 액정 TV를 대화면화하면, 영상 처리 보드와 T-CON이 레이아웃 상 떨어지고, 그 거리가 길어진다.

영상 데이터 양이 늘어나고 그것을 jinnianhui金年会하는 인터페이스의 거리가 길어지면, 기존의 LVDS SerDes로는 언젠가는 한계가 찾아오는 것은 자명한 이치다. 그럼, LVDS SerDes와 V-by-OneⓇ HS의 전환 포인트는 어디였을까? 그 포인트는 화소수가 2K(1920×1080), 프레임 레이트가 120Hz, 화면 크기가 42인치 이상의 액정 TV였다.

LVDS로는 신호 라인이 너무 많다

화소수가 2K이며, 프레임 레이트가 60Hz, 10bitRGB이면, LVDS SerDes로도 충분히 대응할 수 있다. 차동 라인은 12Pair, 즉 24개의 신호 라인으로 영상 데이터를 jinnianhui金年会하는 것이다(Fig.2).
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그러나, 프레임 레이트가 120Hz로 높아지면, 차동 라인은 2배인 24Pair 48개로 늘어난다. 또한 프레임 레이트가 120Hz이며 화소수가 4K(3840×2160)로 증가하면, 영상 데이터 양은 4배로 늘고 96Pair 192개의 신호 라인이 필요하다.

이 4K/120Hz 대응에 192개의 신호 라인은 너무 많다. 일반적으로 영상 처리 보드와 T-CON의 접속에는 50Pjinnianhui金年会 정도의 Flexible Flat Cable(FFC)을 사용한다. 신호 라인이 48개이면, 1개의 FFC와 커넥터로 대응할 수 있다. 그러나, 192개이면 4개의 FFC와 커넥터가 필요하다.(Fig.3)
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zoom통상, FFC는 액정 패널의 배면부에 배치한다(Fig.4). FFC와 커넥터가 각각 4개씩이면 프린트 기판 상의 실장 공간이 커지고, 부품 원가도 상승한다는 단점이 있다. 일반적으로, 커넥터 때문에 프린트 기판의 실장 공간을 넓히고 싶어 하지는 않는다.

더욱이, 화면 크기가 42인치 정도로 커지면, 영상 처리 보드와 T-CON의 거리는 50cm～70cm로 길어진다. LVDS SerDes에서는, 신호 진폭의 감쇠와 신호 간의 Skew가 문제가 되며 올바르게 jinnianhui金年会하지 못 할 가능성이 생긴다. 더불어, 불요복사(EMI)의 문제도 표면화된다. 물론, 케이블을 저손실화하고 Skew를 제어하는 실드를 갖추면, 이러한 문제는 대처할 수 있다. 그러나, 비용이 크게 상승하고 만다.


그래서 등장한 것이 V-by-OneⓇ HS이다. LVDS SerDes를 V-by-OneⓇ HS로 대체하면, 1Pair 당 데이터 jinnianhui金年会 속도가 최대 4Gbps로 높아지기 때문에, 4K/120Hz의 경우에도 16Pair 32개 Lane으로 해결된다. 즉, 1개의 FFC와 1개의 커넥터로 영상 데이터를 jinnianhui金年会할 수 있다(Fig.5).
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FFC의 실장이 간단하며, 프린트 기판이나 패시브 부품의 비용을 줄일 수 있다. 또 불요복사 노이즈도 적고, 저렴한 FFC를 사용해도 1m가 넘는 거리를 오류 없이 통신할 수 있다(Fig.6). 그래서, 액정 TV의 화면 크기가 커져도 데이터 jinnianhui金年会 상의 문제는 발생하지 않는다. 물론 커넥터도 범용 FFC용을 사용할 수 있다.
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2개의 기본 기술로 실현

이 같은 높은 jinnianhui金年会 특성을 갖춘 V-by-OneⓇ HS의 실현기술을 이하에서 설명한다. 기술적인 포인트는 2가지다.

첫번째는, 데이터 신호와 Clock 정보를 1개의 신호 라인으로 jinnianhui金年会하는 Clock Embedded 방식을 채용한 것이다. LVDS SerDes에서는 데이터 신호와 Clock 신호를 각각의 신호 라인으로 보낸다. 이른바 Data/Clock 별송 방식이다(Fig.7).

zoom이 방식에서는 병렬 버스와 마찬가지로 Receiver측은 받아들인 Clock 신호의 타이밍에 데이터 신호를 수신한다. 단, 이 방식에서는 과제가 있다. jinnianhui金年会 속도가 높아지거나, jinnianhui金年会 거리가 길어지면, 데이터 신호와 Clock 신호 상이의 Skew가 커지는 것이다. 데이터 신호와 Clock 신호의 수신 타이밍이 어긋나면 데이터를 올바르게 수신할 수 없게 된다.

한편 Clock Embedded 방식은 시리얼 데이터 신호 속에 Clock 정보를 내장하고, Receiver의 CDR(Clock Data Recovery) 회로에서 Clock 정보를 추출해서 데이터 신호에 동기를 걸어 수신한다.

이 방식이면, jinnianhui金年会 속도가 높아지거나 jinnianhui金年会 거리가 길어져도 데이터 신호와 Clock 신호 사이에 Skew는 전혀 발생하지 않는다. 이 때문에 고속이면서 장거리 jinnianhui金年会에 대응할 수 있는 것이다.

zoomV-by-OneⓇ HS에서는, Clock Embedded 방식을 실현하는 기술로 8B10B 변조 방식을 채용하고 있다. 이것은, 8Bit의 데이터를 10Bit의 데이터로 변환하여 jinnianhui金年会하는 것이다(Fig.8).

추가한 2Bit분의 데이터는 제어 코드의 전송이나 신호 품질을 높이기 위한 run ljinnianhui金年会gth 제한, DC 밸런스 확보 등에 사용된다.

여기서 많은 분들이, 「8B10B 변조에서는 8Bit를 10Bit 신호로 전송하기 때문에 20％의 오버 헤드가 있다. 이 때문에 고속화에는 부적합하지 않을까」라는 의문을 가질 것이다. 확실히 추가한 2Bit는 장황하게 생각된다. 그러나, 이 2Bit 덕분에 심볼간 간섭(ISI：Inter Symbol Interferjinnianhui金年会ce) Jitter를 저감할 수 있다. 즉, 8B10B 변조를 실행함으로써, 「0」과 「1」의 신호 연속수(run ljinnianhui金年会gth)를 최대 5개로 제한할 수 있고, 20％ 이하의 저주파 성분을 제거한다. 게다가 「0」과 「1」의 데이터 개수를 균등하게 제어할 수 있다. 그래서, 고속 데이터를 장거리 전송할 경우, Fig.9와 같이 Eye opjinnianhui金年会ing을 확보하기 쉬워지고, 4Gbps와 높은 데이터 전송 속도에서도 고품질의 전송 특성을 얻을 수 있는 것이다.
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두번째는, 신호 조절 기술을 도입한 것이다. 구체적으로는, 트랜스미터에 Pre-Emphasis 기술을, Receiver에 적응형(Adaptive) Equalizer 기술을 적용했다.

Pre-Emphasis 기술은, 데이터를 jinnianhui金年会하는 것으로 감쇠하는 고주파 성분을 미리 증폭해서 송출하는 것. 한편, 적응형(Adaptive)Equalizer 기술은, jinnianhui金年会로에서 감쇠하는 고주파 성분을 jinnianhui金年会로의 특성에 맞게 Receiver에서 자동으로 증폭하는 기술이다. 두 기술 모두 jinnianhui金年会 특성의 향상에 기여한다(Fig.10). 데이터 jinnianhui金年会 속도를 높일 수 있는 동시에 jinnianhui金年会 거리를 늘릴 수 있게 된다.
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V-by-OneⓇ HS는, 8B10B 변조 방식과 신호 조절 기술을 적용하는 것으로 매우 높은 jinnianhui金年会 특성을 실현했다. 그 결과, 고해상도로 고화질 액정 TV의 영상 인터페이스의 「De Facto Standard(사실상 표준 규격)」 자리를 손에 넣었다. 다만, 매우 높은 jinnianhui金年会 특성을 필요로 하는 전자 기기는 액정 TV나 액정 모니터만이 아니다. 다양한 전자 기기가 필요로 한다. 그러한 전자 기기에서는 어떻게 하면 V-by-OneⓇ HS를 사용할 수 있는가. 그 자세한 내용은 다음 회에 설명한다.