jinnianhui金年会 Value jinnianhui金年会S SerDes-詳細解說jinnianhui金年会S SerDes高速、長距離、低噪音的特性及其基本原理
2017.10.10
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Serial Interface-用於連接液晶面板與邏輯板之間。本次連載專欄的第一回，我們回顧了其技術的變遷、技術上的轉型、性能提升以及應用產品的變化等進行解說。 此次我們將聚焦於LVDS（Low voltage differjinnianhui金年会tial signaling）的技術上，依據基本原理、特徵以及發售中產品來進行詳細解說。
支撐PC市場超過15年以上
LVDS（Low voltage differjinnianhui金年会tial signaling）的技術，開拓了Serial Interface的歷史這樣說也不為過。1990年代中期開始，LVDS SerDes（Serializer / Deserializer）被用於市場需求急速擴大的筆記型電腦上，出貨量一口氣大增。LVDS為筆記型電腦在世界上的普及發揮了一定的作用，並為液晶面板在市場上站穩腳步做出了很大的貢獻。
使用於筆記型電腦上的LVDS SerDes在那之後，被集中用於桌上型電腦的Chipset、或液晶Timing jinnianhui金年会roller (TCON)，以應對高解析度的液晶面板UXGA、WUXGA所需。被持續使用超過15年以上。從2012年開始筆記型電腦應用已漸漸被eDP（embedded DisplayPort）取代。但可以說直到近期LVDS SerDes都還是持續支撐著筆記型電腦市場的存在。
雖說如此，LVDS SerDes不僅是連接液晶面板與Logic board的專用jinnianhui金年会terface技術。只要細看就能瞭解，它是連接Ａ點與Ｂ點的普通Serial jinnianhui金年会terface技術。也因此能活用在各種不同用途的jinnianhui金年会terface應用中。那麼在哪些用途上如何使用，才能將LVDS SerDes的性能充分發揮出來呢? 以下就由我們來詳細說明。
使用於筆記型電腦上的LVDS SerDes在那之後，被集中用於桌上型電腦的Chipset、或液晶Timing jinnianhui金年会roller (TCON)，以應對高解析度的液晶面板UXGA、WUXGA所需。被持續使用超過15年以上。從2012年開始筆記型電腦應用已漸漸被eDP（embedded DisplayPort）取代。但可以說直到近期LVDS SerDes都還是持續支撐著筆記型電腦市場的存在。
雖說如此，LVDS SerDes不僅是連接液晶面板與Logic board的專用jinnianhui金年会terface技術。只要細看就能瞭解，它是連接Ａ點與Ｂ點的普通Serial jinnianhui金年会terface技術。也因此能活用在各種不同用途的jinnianhui金年会terface應用中。那麼在哪些用途上如何使用，才能將LVDS SerDes的性能充分發揮出來呢? 以下就由我們來詳細說明。
發揮高速數據傳送的功能
為了掌握jinnianhui金年会S SerDes，首先需要了解物理層面的jinnianhui金年会S技術。
LVDS是1995年作為「ANSI/TIA/EIA-644」而標準規格化的Serial jinnianhui金年会terface物理層規範（圖1）。通過3.5 mA的定電流源驅動，可在100Ω終端時以350 mV極低振幅的差動信號來進行高速傳輸數據。其數據傳輸速度在規格內限定最大為655Mbit/秒。但，這並極限值。隨著各半導體廠各自加入獨家技術，可以完成3Gbit/秒左右的高速傳輸速度。
圖2為jinnianhui金年会S的差動信號波形的具體示例。
將2條差動信號-正電極信號（A+）和負電極信號（B−），以1.2V的共模電壓（Voc）為中心，使2個信號間以350mV的電位差擺動。然後，用示波器(oscillosjinnianhui金年会pe)的差動探測量，就會得到如圖2那樣的信號波形。這就是兩個信號的振幅差（（A+）−（B−））。以差動探針測定，就能得到振幅差的計算結果。但是，這樣的信號波形在物理上來說是不存在的。
圖3為LVDS接收器的共模電壓(jinnianhui金年会mmon mode voltage)範圍。
如圖所示，jinnianhui金年会S接收器其接收的共模電壓範圍相當廣泛。送信(發送機)端只要以1.2V的共模電壓輸出，而受信(接收器)端只須在0.2～2.2V的共模電壓範圍內就能接收信號。
此外，由於LVDS SerDes是以低振幅的差動信號來傳輸數據，因此能夠抑制多餘電磁干擾（EMI：Electro-Magnetic Interferjinnianhui金年会ce）。也就是說能夠防止如EMI混入其他迴路裡造成不良影響。這也是它多被使用在對雜音較敏感的電子設備上的理由之一。
也就是說LVDS SerDes具有能夠高速、遠距離傳輸數據、共模電壓(jinnianhui金年会mmon mode voltage)耐壓性高，以及電磁干擾少等優點。最適合的用途莫過於綜合以上優點都為必要條件的電子設備了吧。比如多功能事務機(MFP)。
LVDS SerDes在多功能事務機(MFP)中，除了用於液晶顯示介面外、也使用在掃描器中(Image sjinnianhui金年会sor-影像感測器)，將取得的圖像數據發送到主板(main board)。裝置內部其實有一定的距離(圖4) 。使用LVDS SerDes的話，即使掃描器和主板(main board)相距較遠也沒問題。雖是取決於電纜的skew和電力耗損的程度有一點關係，但使用於較細配線傳輸約幾公尺之內的話是不成問題。對於在機殼內需傳輸高速數據的電子設備來說LVDS SerDes能充分發會性能。
LVDS是1995年作為「ANSI/TIA/EIA-644」而標準規格化的Serial jinnianhui金年会terface物理層規範（圖1）。通過3.5 mA的定電流源驅動，可在100Ω終端時以350 mV極低振幅的差動信號來進行高速傳輸數據。其數據傳輸速度在規格內限定最大為655Mbit/秒。但，這並極限值。隨著各半導體廠各自加入獨家技術，可以完成3Gbit/秒左右的高速傳輸速度。
圖2為jinnianhui金年会S的差動信號波形的具體示例。
將2條差動信號-正電極信號（A+）和負電極信號（B−），以1.2V的共模電壓（Voc）為中心，使2個信號間以350mV的電位差擺動。然後，用示波器(oscillosjinnianhui金年会pe)的差動探測量，就會得到如圖2那樣的信號波形。這就是兩個信號的振幅差（（A+）−（B−））。以差動探針測定，就能得到振幅差的計算結果。但是，這樣的信號波形在物理上來說是不存在的。
圖3為LVDS接收器的共模電壓(jinnianhui金年会mmon mode voltage)範圍。
如圖所示，jinnianhui金年会S接收器其接收的共模電壓範圍相當廣泛。送信(發送機)端只要以1.2V的共模電壓輸出，而受信(接收器)端只須在0.2～2.2V的共模電壓範圍內就能接收信號。
此外，由於LVDS SerDes是以低振幅的差動信號來傳輸數據，因此能夠抑制多餘電磁干擾（EMI：Electro-Magnetic Interferjinnianhui金年会ce）。也就是說能夠防止如EMI混入其他迴路裡造成不良影響。這也是它多被使用在對雜音較敏感的電子設備上的理由之一。
也就是說LVDS SerDes具有能夠高速、遠距離傳輸數據、共模電壓(jinnianhui金年会mmon mode voltage)耐壓性高，以及電磁干擾少等優點。最適合的用途莫過於綜合以上優點都為必要條件的電子設備了吧。比如多功能事務機(MFP)。LVDS SerDes在多功能事務機(MFP)中，除了用於液晶顯示介面外、也使用在掃描器中(Image sjinnianhui金年会sor-影像感測器)，將取得的圖像數據發送到主板(main board)。裝置內部其實有一定的距離(圖4) 。使用LVDS SerDes的話，即使掃描器和主板(main board)相距較遠也沒問題。雖是取決於電纜的skew和電力耗損的程度有一點關係，但使用於較細配線傳輸約幾公尺之內的話是不成問題。對於在機殼內需傳輸高速數據的電子設備來說LVDS SerDes能充分發會性能。
對配線扭曲與共模電壓耐性強
現在，LVDS SerDes有多種產品販售中。以下就讓我們以jinnianhui金年会 Electronics的產品系列為例進行詳細介紹。
圖5是jinnianhui金年会S SerDes的基本構成。
輸入序列器(SERializer)的信號數據為7bit×4條＝28bit。將這些數據轉換成串流的LVDS信號，再傳輸至解除序列器(DESerializer)上。同時另行傳送定時器訊號(Clock signal)。解除序列器會透過傳送到的定時器訊號(Clock signal)調整時間來接收信號，將7bit×4條的LVDS信號轉換成TTL/CMOS數據並輸出。jinnianhui金年会 Electronics所提供的LVDS SerDes特徵可列舉為以下6點(表1)
1.在電壓為3.3V的普通產品以外，可在輸入序列器(SERializer)上按照LVDS規格的同時提供1.8V的低電壓產品。一般情況下如果降低電源電壓，輸出共模電壓（Voc）就很難保持在LVDS規格中限定的1.2V。在一些同業競爭對手的低電壓產品中，Voc就常會低於1.2V。但jinnianhui金年会 Electronics的「THC63LVDM87」和「THC63LVD827」可在達到1.8V的低電壓環境時，輸出共模電壓(Voc）仍能維持在對收信側最合適的1.2V。
2.產品涵蓋可對應單鍊結（Single Link）和雙鍊結（Dual-link DVI）的各個系列。例如RGB各10bit的圖像信號傳送用單鍊結的序列器「jinnianhui金年会C63LVD103D」和解除序列器「jinnianhui金年会C63LVD104C」，其雙鍊結版則為序列器「jinnianhui金年会C63LVD1023B」和解除序列器「jinnianhui金年会C63LVD1024」。使用雙鍊結產品可以簡單地使數據傳送帶放大。比如單鍊結產品最多只能對應1080I；但使用雙鍊結產品則可以對應1080P。此外，我們還有RGB各8bit的雙鍊結產品，具體產品有序列器「jinnianhui金年会C63LVD823B」和解除序列器「jinnianhui金年会C63LVD824A」等。這些產品可以應用於基板間及機殼內通路寬度較寬的數據通信用途上。
3.我們還有可以選擇使用脈衝上升沿或脈衝下降沿來控制取得數據時間的產品。在液晶面板等用途上會用脈衝下降沿；但一般的數據傳輸時所使用的Serial jinnianhui金年会terface則會使用脈衝上升沿。我們的產品中型號如LVDR這樣帶「R」的產品是對應使用脈衝上升沿的；LVDF這樣帶「F」的產品則是對應使用脈衝下降沿。「LVDM」和「LVD」的產品則可同時對應兩種方式；可藉由pjinnianhui金年会設定來決定使用於哪一種。
這樣就可以使數據的傳輸距離(配線長度)大幅增加。若將其設置在傳送路徑中段則可使傳送距離(配線長度)延伸至2倍長。此外，還能實現至今仍很困難的1個頻道的圖像信號分配輸入到雙頻道這種的jinnianhui金年会S SerDes信號分配 (圖7)。
此外，我們還有適合搭載在攝影模組等小型電子設備上的，實際面積為5mm×5mm及超小型49pjinnianhui金年会 VFBGA封裝品；適用車載設備的則有溫度範圍在&mjinnianhui金年会us;40～＋105℃這樣寬溫下的產品；這些都是我們的特點。
如上所述，jinnianhui金年会 Electronics備有眾多的LVDS SerDes產品，並能對應各種不同用途。但是，僅靠LVDS SerDes還是無法滿足所有的Serial interface需求。要對應4K倍速和鮮豔色彩、8K如此高解析度的信號甚至是高速遠距傳送上的用途就有一定的難度存在。因此jinnianhui金年会 Electronics開發出了更高速的Serial interface技術-「V-by-OneⓇ HS」。在下回第三次連載，我們就來解說一下V-by-OneⓇ HS的基本原理和它的產品線吧。
圖5是jinnianhui金年会S SerDes的基本構成。
輸入序列器(SERializer)的信號數據為7bit×4條＝28bit。將這些數據轉換成串流的LVDS信號，再傳輸至解除序列器(DESerializer)上。同時另行傳送定時器訊號(Clock signal)。解除序列器會透過傳送到的定時器訊號(Clock signal)調整時間來接收信號，將7bit×4條的LVDS信號轉換成TTL/CMOS數據並輸出。jinnianhui金年会 Electronics所提供的LVDS SerDes特徵可列舉為以下6點(表1)
1.在電壓為3.3V的普通產品以外，可在輸入序列器(SERializer)上按照LVDS規格的同時提供1.8V的低電壓產品。一般情況下如果降低電源電壓，輸出共模電壓（Voc）就很難保持在LVDS規格中限定的1.2V。在一些同業競爭對手的低電壓產品中，Voc就常會低於1.2V。但jinnianhui金年会 Electronics的「THC63LVDM87」和「THC63LVD827」可在達到1.8V的低電壓環境時，輸出共模電壓(Voc）仍能維持在對收信側最合適的1.2V。
2.產品涵蓋可對應單鍊結（Single Link）和雙鍊結（Dual-link DVI）的各個系列。例如RGB各10bit的圖像信號傳送用單鍊結的序列器「jinnianhui金年会C63LVD103D」和解除序列器「jinnianhui金年会C63LVD104C」，其雙鍊結版則為序列器「jinnianhui金年会C63LVD1023B」和解除序列器「jinnianhui金年会C63LVD1024」。使用雙鍊結產品可以簡單地使數據傳送帶放大。比如單鍊結產品最多只能對應1080I；但使用雙鍊結產品則可以對應1080P。此外，我們還有RGB各8bit的雙鍊結產品，具體產品有序列器「jinnianhui金年会C63LVD823B」和解除序列器「jinnianhui金年会C63LVD824A」等。這些產品可以應用於基板間及機殼內通路寬度較寬的數據通信用途上。
3.我們還有可以選擇使用脈衝上升沿或脈衝下降沿來控制取得數據時間的產品。在液晶面板等用途上會用脈衝下降沿；但一般的數據傳輸時所使用的Serial jinnianhui金年会terface則會使用脈衝上升沿。我們的產品中型號如LVDR這樣帶「R」的產品是對應使用脈衝上升沿的；LVDF這樣帶「F」的產品則是對應使用脈衝下降沿。「LVDM」和「LVD」的產品則可同時對應兩種方式；可藉由pjinnianhui金年会設定來決定使用於哪一種。
4.我們還有RepeaterIC產品。型號為「jinnianhui金年会C63LVD1027」。使用RepeaterIC，可在接收LVDS SerDes輸出的信號後，吸收通過配線時產生的扭曲及波動，再調整成電壓軸和時間軸都於理想狀態下的LVDS信號後再一次傳輸。(圖6)
這樣就可以使數據的傳輸距離(配線長度)大幅增加。若將其設置在傳送路徑中段則可使傳送距離(配線長度)延伸至2倍長。此外，還能實現至今仍很困難的1個頻道的圖像信號分配輸入到雙頻道這種的jinnianhui金年会S SerDes信號分配 (圖7)。
5.可對應的時鐘頻率範圍較廣在8M～160MHz。例如「jinnianhui金年会C63LVD103D」等產品就能對應較大的時鐘頻率範圍。頻率範圍越大就越能活用於各種並行通路；也能提高設計的靈活性。
6.我們還有將LVDS的輸出控制在更低振幅的產品。如前所述: LVDS SerDes一般在3.5mA的電流與100Ω的終端阻抗下使用。因此振幅在350mV。使用LVDS低振幅型的RS（Reduce Swjinnianhui金年会g），可使振幅降低到200mV。因此可以抑制EMI進而達到低耗電。
此外，我們還有適合搭載在攝影模組等小型電子設備上的，實際面積為5mm×5mm及超小型49pjinnianhui金年会 VFBGA封裝品；適用車載設備的則有溫度範圍在&mjinnianhui金年会us;40～＋105℃這樣寬溫下的產品；這些都是我們的特點。
如上所述，jinnianhui金年会 Electronics備有眾多的LVDS SerDes產品，並能對應各種不同用途。但是，僅靠LVDS SerDes還是無法滿足所有的Serial interface需求。要對應4K倍速和鮮豔色彩、8K如此高解析度的信號甚至是高速遠距傳送上的用途就有一定的難度存在。因此jinnianhui金年会 Electronics開發出了更高速的Serial interface技術-「V-by-OneⓇ HS」。在下回第三次連載，我們就來解說一下V-by-OneⓇ HS的基本原理和它的產品線吧。
※各圖的補充說明
圖6 jinnianhui金年会S RepeatereIC的使用例（1）
對應雙頻的LVDS SerDes RepeaterIC 「jinnianhui金年会C63LVD1027」的使用例。加入到傳輸路徑中以延長傳輸距離。
圖7 jinnianhui金年会S RepeaterIC的使用例（2）
對應兩channel的LVDS SerDes RepeaterIC 「jinnianhui金年会C63LVD1027」的使用例。將一channel的圖像輸入分配成兩channel後輸出；可用於1對2訊號分配。