TMDS

## Интерфейс TMDS

Наибольшее распространение интерфейс TMDS приобрел в качестве внешнего интерфейса, используемого для передачи данных от компьютера на монитор. Чтобы убедиться в этом, можно лишь вспомнить, что TMDS является основой таких внешних интерфейсов, как P&D, DFP, DVI, HDMI. Однако TMDS применялся в свое время и для передачи данных между скалером и LCD-панелью.

Достаточно часто в сервисных руководствах LCD-мониторов упоминается интерфейс Panel Link, как интерфейс, используемый для подключения LCD-панели к главной плате. Но при более детальном рассмотрении интерфейса Panel Link обнаруживается, что у него очень много общего с интерфейсом TMDS. Да это и не удивительно.

Дело в том, что спецификация с торговой маркой Panel Link была изначально разработана компанией Silicon Image. Целью разработки являлось создание интерфейса, позволяющего разработчику оборудования объединять любую микропроцессорную систему с любой LCD-панелью. Впоследствии этот интерфейс был зарегистрирован ассоциацией VESA под названием TMDS (Transition Minimized Differential Signal). В результате, на сегодняшний день принято считать, что TMDS – это внешний интерфейс для подключения монитора к источнику сигнала, в то время как Panel Link – это интерфейс для подключения LCD-панели, хотя такое деление является, в общем-то, условным. Достаточно широкому упоминанию спецификации Panel Link способствует то обстоятельство, что компания Silicon Image является ведущим и одним из крупнейших разработчиков элементной базы для LCD-мониторов, и, в частности, микросхем скалеров. Поэтому, вполне естественно, что компания Silicon Image при описании своих микросхем упоминает именно интерфейс Panel Link (ничем не отличающийся от TMDS). В данной публикации мы будем считать эти два интерфейса абсолютно идентичными и будем упоминать чаще всего TMDS, хотя все сказанное будет, в равной степени, относится и к Panel Link.

Интерфейс TMDS является интерфейсом с последовательной передачей цифровых данных. Интерфейс является синхронным, т.е. передача данных осуществляется строго по тактам, в соответствии с тактовыми сигналами, формируемыми на отдельной линии. Передача данных осуществляется по дифференциальным парам (т.е. источник тока включен между двумя проводниками – рис.9), что обеспечивает высокую помехозащищенность интерфейса, позволяя добиться высокой пропускной способности.

Интерфейс TMDS имеет следующие основные электрические характеристики и технические параметры:

*- пропускная способность свыше 1 Гб/с;*

*- длина соединения до 15 метров, в зависимости от типа и мощности приемо-передатчиков;*

*- напряжение питания элементов интерфейса: 4В;*

*- размах дифференциальных сигналов: от 400 мВ до 600 мВ;*

*- сопротивление терминаторов: 50 Ом.*

На интерфейсе TMDS допускается два варианта сигналов:

*- несимметричный сигнал, формируемый только на одной из двух дифференциальных линий (либо на «+», либо на «-»);*

*- дифференциальный сигнал.*

Высокому уровню несимметричного сигнала соответствует питающее напряжение AVcc, номинальное значение которого составляет 3.3В, а максимальное – 4.0В. Низкий уровень несимметричного сигнала равен AVcc-Vswing, где Vswing – это напряжение размаха сигнала и составляет от 400мВ до 600мВ.

Дифференциальный сигнал находится в диапазоне между +Vswing и –Vswing, т.е. от +600мВ до -600мВ (в максимальном варианте). Разницу между дифференциальным сигналом и несимметричным сигналом, передаваемым по дифференциальным линиям TMDS, демонстрирует рис.10.

Существует два типа TMDS-интерфейсов:

*- одноканальный TMDS;*

*- двухканальный TMDS.*

Использование двухканального TMDS обусловлено необходимостью обеспечения большой пропускной способности интерфейса в случае использования крупногабаритных LCD-панелей и режимов с высоким разрешением. Использование двух каналов TMDS целесообразно при работе в режимах, имеющих полосу пропускания видеосигналов свыше 165 МГц.

Сначала рассмотрим одноканальный TMDS. Одноканальный (классический TMDS) состоит из четырех дифференциальных пар:

*- трех дифференциальных пар, предназначенных для передачи данных;*

*- одной дифференциальной пары, предназначенной для передачи тактовых сигналов.*

Таким образом, одноканальный TMDS состоит из восьми линий – четырех 4 пар (рис.11), по которым передаются и сигналы цвета R/G/B, и сигналы строчной и кадровой синхронизации, и другие управляющие сигналы.

Так как данные по TMDS передаются в последовательном виде, а на выходе скалера эти же данные формируются в параллельном виде, возникает необходимость преобразования параллельного кода в последовательный с одновременным преобразованием TTL-сигналов в дифференциальные сигналы. Такое преобразование должно осуществлять передающее устройство. Устройство же, принимающие данные по TMDS, наоборот, должно осуществлять преобразование дифференциальных последовательных данных в параллельные данные TTL-уровня. Таким образом, в системе передачи данных появляются два устройства:

*- передатчик – трансмиттер (Transmitter);*

*- приемник – ресивер (Receiver).*

Трансмиттер осуществляет преобразование параллельного кода в последовательный, а ресивер, наоборот – последовательного кода в параллельный. Таким образом, со стороны главной платы монитора находится Transmitter, а на LCD-панели размещается Receiver (рис.12).

Трансмиттер представляет собой микросхему, состоящую из трех 10-разрядных сдвиговых регистров, умножителя частоты и выходных дифференциальных усилителей (рис.13).

Входной сигнал CLK представляет собой сигнал пиксельной частоты (Pixel Clock) и он определяет частоту формирования сигналов R/G/B на входе трансмиттера. Умножитель частоты умножает частоту CLK в 10 раз. Полученный тактовый сигнал (10CLK) используется для тактирования сдвиговых регистров, а также передается по дифференциальным линиям CX+/-.

Сдвиговые регистры трансмиттера по каждому такту сигнала 10CLK поочередно «выталкивают» свои входные биты на соответствующую выходную дифференциальную линию. Таким образом, на каждой из трех дифференциальных линий данных (RX0+/-, RX1+/-, RX2+/-) формируется 10-разрядный последовательный код, передаваемый синхронно с тактовыми сигналами на линии CX+/-. Трансмиттер TMDS не только производит преобразование параллельного кода в последовательный, но и обеспечивает преобразование 8-битного кода в 10-битовый с целью уменьшения количества фронтов и одновременно с целью обеспечения баланса сигнала по постоянной составляющей. Для кодирования используется фирменный запатентованный метод.

Обратное преобразование последовательного кода в параллельный осуществляется ресивером, входящим в состав LCD-панели, т.е. ресивер является зеркальным отражением трансмиттера.

Итак, на LCD-панель, необходимо передать 24-разрядный цветовой код (три по 8 бит), сигналы HSYNC и VSYNC, а также сигнал разрешения данных – сигнал DE. Итого, 27 сигналов. При этом у трансмиттера имеется 30 входных контактов. То, как распределяются упомянутые сигналы по входам трансмиттера, демонстрируется на том же рис.13, из которого видно, что каждому базовому цвету соответствует своя дифференциальная пара TMDS:

*- по линиям первой пары (RX0+/-) передается синий цвет;*

*- по линиям второй пары (RX1+/-) передается зеленый цвет;*

*- по линиям третьей пары (RX2+/-) передается красный цвет.*

Сигналы синхронизации подмешиваются к синему цвету, т.е. передаются по линиям первого канала. Такое четкое распределение сигналов цвета по каналам интерфейса TMDS дает возможность достаточно легко диагностировать интерфейс при загрузке на экран изображения «цветное поле» (красное, синее или зеленое), а также изображения «белое поле». Интересно отметить, что на принципиальных схемах LCD-мониторов, можно встретить, например, такое обозначение дифференциальных пар интерфейса TMDS, как REDTMDS +/-, GREENTMDS+/-, BLUETMDS+/-, что говорит само за себя.

Это нами был описан классический вариант интерфейса TMDS. Однако в спецификации TMDS упоминается и другой вариант кодирования данных, который очень часто используется для передачи данных именно на LCD-панель. Этот второй вариант кодирования подразумевает, что сигналы HSYNC и VSYNC должны передаваться по другим отдельным линиям в виде TTL-сигналов, т.е. эти сигналы не подмешиваются в дифференциальный поток данных синего цвета. Дифференциальные линии, в данном случае, используются, исключительно, для передачи 8-разрядных данных, т.е. для передачи цвета и при этом 8-разрядный цветовой код преобразуется в избыточный 10-разрядный последовательный код. Разницу между двумя вариантами кодирования данных в TMDS, демонстрирует рис.14.

Двухканальный TMDS, как уже говорилось выше, позволяет увеличить пропускную способность интерфейса. В двухканальный TMDS вводится еще три дифференциальных пары для передачи данных. При этом линия синхронизации остается единой, и она тактирует передачу данных уже по шести линиям данных (см. рис.15).

Таким образом, получается два канала передачи данных по три дифференциальные линии в каждом. Увеличение пропускной способности осуществляется за счет того, что один канал используется для передачи данных о цвете четных точек экрана (канала Even), а второй - для передачи данных цвета нечетных точек (Odd). Т.е. за один цикл (один такт CLK) предаются данные, описывающие сразу две точки экрана, т.е. передается 48 разрядов вместо 24 при одноканальном TMDS.

Канал, образованный парами RX0+/-, RX1+/-, RX2+/-, предназначен для передачи данных о цвете нечетных точек. Второй канал, образованный парами RX3+/-, RX4+/-, RX5+/-, предназначен для передачи данных о цвете четных точек экрана.

Интерфейс TMDS, использующийся для связи LCD-панели с главной платой монитора, не подвергался какой-либо спецификации, т.е. точного описания конструктивного исполнения разъемов, количества необходимых контактов на этих разъемах, а также распределения сигналов по контактам разъема, в природе не существует. Каждый производитель LCD-панели, решивший использовать интерфейс TMDS, самостоятельно выбирает конструктив разъема. Однако попытка систематизировать интерфейс TMDS нами все-таки была предпринята. Из описаний того небольшого количества LCD-панелей, в которых используется интерфейс Panel Link, удалось выяснить, что соединительный разъем, чаще всего, является 21-контактным (разъем типа FI-WE21P-HF), и контакты в нем размещены в два ряда со сдвигом (рис.16).

Распределение сигналов интерфейса по контактам такого разъема представлено в табл.1 (обратите внимание, что сигналам HSYNC и VSYNC соответствуют отдельные контакты).

***Таблица 1. Сигналы 21-контактного разъема интерфейса TMDS***

В табл.2 представлено описание интерфейса Panel Link монитора LG LB570 (в этой таблице мы намеренно оставили такое же обозначение сигналов, которое используется компанией LG). В этом мониторе LCD-панель также подключается через 21-контактный разъем, но сигналы HSYNC и VSYNC на интерфейсе отсутствуют, т.е. отдельно не передаются. Это означает, что управляющие сигналы, в том числе и HSYNC/VSYNC, передаются в 10-битовом потоке данных по дифференциальным линиям. Сравнение таблиц 1 и 2 показывает, что эти интерфейсы практически идентичны и разнятся они только сигналами HSYNC/VSYNC, да еще буквенным обозначением сигналов.

***Таблица 2. Назначение контактов разъема интерфейса Panel Link vонитора LG LB570***

Но еще раз отмечаем, что единого стандарта не существует и это только один из возможных вариантов разъема, хотя и наиболее распространенный. Уточнить тип используемого интерфейса и выяснить распределение сигналов по контактам соединительного разъема, как всегда, можно в Data Sheet'е на LCD-панель.

Но, тем не менее, при использовании TMDS появляется некоторая универсальность соединения LCD-панели с главной платой монитора. Для обеспечения такой унификации, главная плата монитора должна оснащаться универсальным трансмиттером, совместимым с любым ресивером LCD-панели. Кстати сказать, компания Silicon Image является лидером в разработке TMDS трансмиттеров/ресиверов, и их крупнейшим поставщиком, что, в общем-то, и неудивительно. Широкое распространение, в свое время, получили такие пары трансмиттеров/ресиверов, как SIL100/SIL101, SIL150/SIL151, SIL160/SIL161 и др. Если в мониторе используется интерфейс TMDS, то смена LCD-панели не приводит к необходимости переработки всей главной платы – достаточно будет согласовать лишь соединительный шлейф или разъем. В крайнем случае, потребуется замена TMDS-трансмиттера.

В случае использования интерфейса TMDS, в составе LCD-панели появляется специальная микросхема – контроллер синхронизации TCON (Timing CONtroller). Контроллер TCON осуществляет преобразование входных сигналов (R/G/B, HSYNC, VSYNC) в сигналы управления столбцовыми и строковыми драйверами. Внутренняя архитектура LCD-панели при использовании интерфейса TMDS представлена на рис.17. Необходимо отметить, что многие контроллеры TCON интегрированы с TMDS-ресивером. В этом случае входными сигналами TCON являются дифференциальные пары TMDS.

Цветовые данные R/G/B от контроллера TCON к столбцовым драйверам передаются по внутреннему интерфейсу, в качестве которого, чаще всего, используется интерфейс RSDS (реже MLVDS).

Анализ огромного количества LCD-панелей показал, что интерфейс TMDS (Panel Link) использовался и используется крайне редко и его применение, в большинстве случаев, характерно для 14-15 дюймовых моделей.