LVDS接口详解

孤狼

1．LVDS输出接口概述
　　液晶显示器驱动板输出的数字信号中，除了包括RGB数据信号外，还包括行同步、场同步、像素时钟等信号，其中像素时钟信号的最高频率可超过28MHz。采用TTL接口，数据传输速率不高，传输距离较短，且抗电磁干扰（EMI）能力也比较差，会对RGB数据造成一定的影响；另外，TTL多路数据信号采用排线的方式来传送，整个排线数量达几十路，不但连接不便，而且不适合超薄化的趋势。采用LVDS输出接口传输数据，可以使这些问题迎刃而解，实现数据的高速率、低噪声、远距离、高准确度的传输。
　　那么，什么是LVDS输出接口呢？LVDS，即Low Voltage Differential Signaling，是一种低压差分信号技术接口。它是美国NS公司（美国国家半导体公司）为克服以TTL电平方式传输宽带高码率数据时功耗大、EMI电磁干扰大等缺点而研制的一种数字视频信号传输方式。
　　LVDS输出接口利用非常低的电压摆幅（约350mV）在两条PCB走线或一对平衡电缆上通过差分进行数据的传输，即低压差分信号传输。采用LVDS输出接口，可以使得信号在差分PCB线或平衡电缆上以几百Mbit／s的速率传输，由于采用低压和低电流驱动方式，因此，实现了低噪声和低功耗。目前，LVDS输出接口在17in及以上液晶显示器中得到了广泛的应用。
　　2．LVDS接口电路的组成
在液晶显示器中，LVDS接口电路包括两部分，即驱动板侧的LVDS输出接口电路（LVDS发送器）和液晶面板侧的LVDS输入接口电路（LVDS接收器）。LVDS发送器将驱动板主控芯片输出的17L电平并行RGB数据信号和控制信号转换成低电压串行LVDS信号，然后通过驱动板与液晶面板之间的柔性电缆（排线）将信号传送到液晶面板侧的LVDS接收器，LVDS接收器再将串行信号转换为TTL电平的并行信号，送往液晶屏时序控制与行列驱动电路。图1所示为LVDS接口电路的组成示意图。

图1 LVDS接口电路的组成示意图
　　在数据传输过程中，还必须有时钟信号的参与，LVDS接口无论传输数据还是传输时钟，都采用差分信号对的形式进行传输。所谓信号对，是指LVDS接口电路中，每一个数据传输通道或时钟传输通道的输出都为两个信号（正输出端和负输出端）。
　　需要说明的是，不同的液晶显示器，其驱动板上的LVDS发送器不尽相同，有些LVDS发送器为一片或两片独立的芯片（如DS90C383），有些则集成在主控芯片中（如主控芯片gm5221内部就集成了LVDS发送器）。
　　3．LVDS输出接口电路类型
　　与TTL输出接口相同，LVDS输出接口也分为以下四种类型：
　　（l）单路6位LVDS输出接口
　　这种接口电路中，采用单路方式传输，每个基色（即RGB三色中的其中任何一种颜色）信号采用6位数据（XOUT0＋、TXOUT0－，TXOUT1＋、TXOUT1－，TXOUT2＋、TXOUT2－），共18位RGB（6bit X 3（RGB3色））数据，因此，也称18位或18bit LVDS接口。此，也称18位或18bit LVDS接口。
（2）双路6位LVDS输出接口
这种接口电路中，采用双路方式传输，每个基色信号采用6位数据，其中奇路数据为18位，偶路数据为18位，共36位RGB数据，因此，也称36位或36bit LVDS接口。
　　（3）单路8位1TL输出接口
这种接口电路中，采用单路方式传输，每个基色信号采用8位数据（XOUT0＋、TXOUT0－，TXOUT1＋、TXOUT1－，TXOUT2＋、TXOUT2－，TXOUT3+,TXOUT3-），共24位RGB数据(8bit X 3)，因此，也称24位或24bit LVDS接口。
　　（4）双路8位1TL输出位接口
这种接口电路中，采用双路方式传输，每个基色信号采用8位数据，其中奇路数据为24位，偶路数据为24位，共48位RGB数据，因此，也称48位或48bit LVDS接口
　　4．典型LVDS发送芯片介绍
　　典型的LVDS发送芯片分为四通道、五通道和十通道几种，下面简要进行介绍。
　　（1）四通道LVDS发送芯片
　　图2 所示为四通道LVDS发送芯片（DS90C365）内部框图。包含了三个数据信号（其中包括RGB、数据使能DE、行同步信号HS、场同步信号VS）通道和一个时钟信号发送通道。


图2 4通道LVDS发送芯片内部框图
4通道LVDS发送芯片主要用于驱动6bit液晶面板。使用四通道LVDS发送芯片可以构成单路6bit LVDS接自电路和奇／偶双路6bit LVDS接口电路。
　　（2）五通道LVDS发送芯片
　　 图3 所示为五通道LVDS发送芯片（DS90C385）内部框图。包含了四个数据信号（其中包括RGB、数据使能DE、行同步信号IIS、场同步信号vs）通道和一个时钟信号发送通道。

图3 5通道LVDS发送芯片内部框图

五通道LVDS发送芯片主要用于驱动8bit液晶面板。使用五通道LVDS发送芯片主要用来构成单路8bit LVDS接口电路和奇／偶双路8bit LVDS接口电路。

　　（3）十通道LVDS发送芯片

　　 图4所示为十通道LVDS发送芯片（DS90C387）内部框图。包含了八个数据信号（其中包括RGB、数据使能DE、行同步信号HS、场同步信号VS）通道和两个时钟信号发送通道。

图4 十通道LV DS发送芯片内部框图
十通道LVDS发送芯片主要用于驱动8bit液晶面板。使用十通道LYDS发送芯片主要用来构成奇／偶双路8bit LVDS位接口电路。
　　在十通道LVDS发送芯片中，设置了两个时钟脉冲输出通道，这样做的目的是可以更加灵活的适应不同类型的LVDS接收芯片。当LVDS接收电路同样使用一片十通道LVDS接收芯片时，只需使用一个通道的时钟信号即可；当LVDS接收电路使用两片五通道LVDS接收芯片时，十通道LYDS发送芯片需要为每个LVDS接收芯片提供单独的时钟信号。
　　5．LVDS发送芯片的输入与输出信号
　　（1）LVDS发送芯片的输入信号
　　 LVDS发送芯片的输入信号来自主控芯片，输入信号包含RGB数据信号、时钟信号和控制信号三大类。
　　 ①数据信号：为了说明的方便，将RGB信号以及数据选通DE和行场同步信号都算作数据信号。
　　 在供6bit液晶面板使用的四通道LVDS发送芯片中，共有十八个RGB信号输入引脚，分别是R0～R5红基色数据（6bit红基色数据，R0为最低有效位，R5为最高有效位）六个，G0～G5绿基色数据六个，B0～B5蓝基色数据六个；一个显示数据使能信号DE（数据有效信号）输入引脚；一个行同步信号HS输入引脚；一个场同步信号VS输入引脚。也就是说，在四通道LYDS发送芯片中，共有二十一个数据信号输入引脚。
　　在供8bit液晶面板使用的五通道LVDS发送芯片中，共有二十四个RGB信号输入引脚，分别是红基色数据R0～W（8bit红基色数据，R0为最低有效位，R7为最高有效位）八个，绿基色数据G0～G7八个，蓝基色数据B0～B7八个；一个有效显示数据使能信号DE（数据有效信号）输入引脚；一个行同步信号HS输入引脚；一个场同步信号VS输入引脚；一个各用输入引脚。也就是说，在五通道LVDS发送芯片中，共有二十八个数据信号输入引脚。
　　应该注意的是，液晶面板的输入信号中都必须要有DE信号，但有的液晶面板只使用单一的DE信号而不使用行场同步信号。因此，应用于不同的液晶面板时，有的LVDS发送芯片可能只需输入DE信号，而有的需要同时输入DE和行场同步信号。
　　②输入时钟信号：即像素时钟信号，也称为数据移位时钟（在LVDS发送芯片中，将输入
的并行RGB数据转换成串行数据时要使用移位寄存器）。像素时钟信号是传输数据和对数据信号进行读取的基准。
　　③待机控制信号（POWER DOWN）：当此信号有效时（一般为低电平时），将关闭LVDS发送芯片中时钟PLL锁相环电路的供电，停止IC的输出。

　　④数据取样点选择信号：用来选择使用时钟脉冲的上升沿还是下降沿读取所输入的RGB数据。有的LVDS发送芯片可能并不设置待机控制信号和数据取样点选择信号，但也有的除了上述两个控制信号还设置有其他一些控制信号。
  （2）LVDS发送芯片的输出信号
　　LVDS发送芯片将以并行方式输入的TTL电平RGB数据信号转换成串行的LVDS信号后，直接送往液晶面板侧的LVDS接收芯片。
　　LVDS发送芯片的输出是低摆幅差分对信号，一般包含一个通道的时钟信号和几个通道的串行数据信号。由于LVDS发送芯片是以差分信号的形式进行输出，因此，输出信号为两条线，一条线输出正信号，另一条线输出负信号。
　　 ①时钟信号输出：LVDS发送芯片输出的时钟信号频率与输入时钟信号（像素时钟信号）频率相同。时钟信号的输出常表示为：TXCLK＋和TXCLK－，时钟信号占用LVDS发送芯片的一个通道。
　　②LVDS串行数据信号输出：对于四通道LVDS发送芯片，串行数据占用三个通道，其数据输出信号常表示为TXOUT0＋、TXOUT0－，TXOUT1＋、TXOUT1－，TXOUT2＋、TXOUT2－。
对于五通道LVDS发送芯片，串行数据占用四个通道，其数据输出信号常表示为TXOUT0＋、TXOUT0－，TXOUT1＋、TXOUTI－，TXOUT2＋、TXOUT2－，TXOUT3＋、TXOUT3－。

对于十通道LVDS发送芯片，串行数据占用八个通道，其数据输出信号常表示为TXOUT0＋、TXOUT0－，TXOUT1＋、TXOUT1－，TXOUT2＋、TXOUT2－，TXOUT3＋、TXOUT3－，TXOUT4＋、TXOUT4－，TXOUT5＋、TXOUT5－，TXOUT6＋、TXOUT6－，TXOUT7＋、TXOLT2－。
　　如果只看电路图，是不能从LVDS发送芯片的输出信号TXOUT－、TXOUT0＋中看出其内部到底包含哪些信号数据，以及这些数据是怎样排列的（或者说这些数据的格式是怎样的）。事实上，不同厂家生产的LVDS发送芯片，其输出数据排列方式可能是不同的。因此，液晶显示器驱动板上的LVDS发送芯片的输出数据格式必须与液晶面板LVDS接收芯片要求的数据格式相同，否则，驱动板与液晶面板不匹配。这也是更换液晶面板时必须考虑的一个问题。
　　专家点拔
　　LVDS发送芯片在一个时钟脉冲周期内，每个数据通道都输出7bit的串行数据信号，而不是常见的8bit数据，如图5所示

孤狼

（3）LVDS发送芯片输出信号的格式
　　LVDS发送芯片输出信号的格式，即LVDS发送芯片输入的RGB数据，以及行同步信号HS、场同步信号VS、有效显示数据使能信号DE在各个输出通道中数据位的排列顺序。
　　由于几个大的LYDS芯片生产厂家制定了不同的标准，因此，存在着几种不同的LVDS发送芯片数据输出格式，在更换液晶显示器驱动板或更换液晶面板时，必须弄清LVDS接口液晶面板所要求的LVDS信号格式，使液晶显示器驱动板侧LVDS发送芯片的输出数据格式与液晶面板LVDS接收芯片所要求的数据格式相同。

　　 ①单路6bit LVDS发送芯片数据输出格式：单路6bit LVDS发送电路使用四通道LVDS发送芯片，输出信号格式如图6所示。

图6 单路6bit LVDS发送芯片数据输出格式
　　图6中NA的意思是未使用。此例为控制信号仅使用DE的模式，未使用行同步信号HS和场同步信号VS。关于DE、IIS、VS信号的使用问题，将在第9章进行介绍。当控制信号为DE＋行场同步信号模式时，图中的两个NA更换为场同步信号VS和行同步信号HS。
　　②双路6bit LVDS发送芯片数据输出格式：双路6bit LVDS发送电路使用两片四通道LVDS发送芯片，输出信号格式如图7所示。


图7 双路6bit LVDS发送芯片数据输出格式

　　从图7中可以看出，双路6bit LVDS发送芯片数据输出格式与单路6bit LVDS发送芯片数据输出格式是相同的，只不过一路传送奇数像素RGB数据，另工路传送偶数像素RGB数据。OR0、OR1、…中的“O”代表奇数像素，ER0、ER1、…中的“E”代表偶数像素。
③单路8bit LVDS发送芯片数据输出格式：单路8bit LVDS发送电路使用五通道LVDS发送芯片，输出信号格式有多种，下面只介绍其中的两种。图8所示是其中的一种输出信号格式。图9所示是产生这种数据信号格式的电路接法。


图8 单路8bit LVDS发送芯片数据输出格式之一

图9 所示数据输出格式的电路接法
图10 所示为单路8bit LVDS发送芯片的另一种数据输出格式。

图10 单路8bit LVDS发送芯片数据输出格式之二
　　图11 所示格式中的控制信号仅使用DE模式，当控制信号为DE＋行场同步信号模式时，第二数据通道TXOUT2中的两个NA应更换为场同步信号VS和行同步信号HS（通过对驱动板编程可改写）。
从以上两种输出格式中可以看出，数据信号的排列顺序差别很大，不过，要想让其排列一致，完全可以通过对驱动板编程来完成。


　图11 双路8bit LVDS发送芯片数据输出格式之一
　　 ④双路8bit LVDS发送芯片数据输出格式：双路8bit LVDS发送电路使用两片五通道LVDS发送芯片或一片十通道LVDS发送芯片，双路8bit LVDS发送芯片数据输出格式也有多种形式，图11所示是其中的一种。

精灵2006

谢谢楼主分享。。。。。。

yy7108

谢谢提供分享

专修坏机

谢谢楼主分享LVDS接口的讲解，非常适合我们新手入门必修课程。

wangcs102

LVDS接口的讲解，非常适合我们新手.

kikokill

楼主这个太专业了，只有专门做转接工装的研究，，，

感悟人生

谢谢楼主分享，对于新手来说，又多了一份了解液晶电视知识

chwwww

谢谢楼主分享LVDS接口的讲解，MARK一下

楼强家电

感谢分享这么详细的分解