RSDS

## Отличия интерфейса RSDS

*TMDS,* *LVDS* и *RSDS* интерфейсы являются последовательными, что позволяет повысить длину кабельного соединения, и, в конечном счете, увеличить скорость передачи данных. Кроме того, необходимо отметить, что все эти последовательные интерфейсы используют для передачи данных дифференциальные линии (пары), что позволяет улучшить помехозащищенность интерфейса.

И если интерфейсы *TMDS* и *LVDS* очень похожи между собой, и их различия можно считать, в большей степени, техническими, то интерфейс *RSDS* отличается от них достаточно существенно.

Прежде чем переходить к обсуждению технических деталей интерфейса *RSDS*, необходимо отметить его «стратегические» отличия от рассмотренных ранее интерфейсов и понять отличия в архитектуре всего LCD-монитора, возникающие при использовании*RSDS*.

Во-первых, вспомним, что непосредственное управление жидкокристаллическими (ЖК) ячейками осуществляют микросхемы столбцовых драйверов и строковых драйверов. Столбцовые драйверы осуществляют преобразование цифрового кода в аналоговое напряжение, прикладываемое к ЖК-ячейке. Эти аналоговые напряжения прикладываются поочередно к каждому столбцу ЖК-ячеек, в результате чего точки каждой строки поочередно засвечиваются одна за другой. Назначением строковых драйверов является поочередное перебирание строк, в результате чего обеспечивается построчный вывод изображения.

Управление столбцовыми и строковыми драйверами осуществляется микросхемой контроллера синхронизации - *Timing Controller,* традиционно обозначаемую TCON. Основной функцией этого контроллера является преобразование сигналов, сформированных на выходе скалера, в сигналы управления строковыми и столбцовыми драйверами. Физически, контроллер TCON, традиционно, располагается непосредственно на LCD-панели, поближе к драйверам строк и столбцов. Именно для передачи данных от скалера на TCON и используются такие интерфейсы, как параллельный цифровой интерфейс, интерфейс TMDS и интерфейс LVDS (*рис.1*). Но передать данные на TCON – это только полдела. Цветовые данные (18-разрядный или 24-разрядный поток) должны быть в итоге переданы на микросхемы столбцовых драйверов, где и будут преобразованы в аналоговое напряжение. От контроллера TCON на столбцовые драйверы цветовые данные передаются с помощью другого интерфейса – чаще всего интерфейса RSDS. Таким образом, RSDS является внутренним интерфейсом LCD-панели. Но это в классическом варианте.

Существует и другой взгляд на схемотехнику LCD-мониторов. Этот взгляд подразумевает размещение контроллера TCON на основной плате монитора, т.е. вне LCD-панели (*рис.2*). При этом на LCD-панели остаются только столбцовые и строковые драйверы. Подобное решение имеет как недостатки, так и определенные преимущества, в частности:

*- уменьшение количества преобразований сигналов (из параллельного вида в последовательный, и наоборот – см. первые две части данной статьи);*

*- упрощение схемотехники и снижение стоимости LCD-панели.*

Так как TCON находится теперь на основной плате, то естественно, что интерфейсом, связывающим основную плату с LCD-панелью, становится **RSDS**, хотя необходимо отметить, что на интерфейсе должны еще присутствовать и другие сигналы управления столбцовыми и строковыми драйверами. Необходимо отметить, что контроллер TCON практически всегда интегрирован со скалером, т.е. на основной плате монитора располагается всего один сверхбольшой чип, называемый скалером со встроенным TCON (*рис.3*). Естественно, что в таком варианте, диагностика скалера заключается в контроле на его выходе сигналов интерфейса RSDS.

###

## Обзор интерфейса RSDS

Интерфейс RSDS, разработан фирмой *National Semiconductor Corp*., и зарегистрирован как ее торговая марка.

Аббревиатура **RSDS** (*Reduced Swing Differential Signaling*) переводится как: дифференциальные сигналы с уменьшенным размахом. Стандарт RSDS описывает характеристики передатчиков (трансмиттеров – Transmitter) и приемников (ресиверов – Receiver), а также описывает протокол передачи данных от чипа к чипу. Особое внимание следует обратить на то, что стандартом RSDS описываются электрические характеристики и протоколы передачи только по линиям данных. Дополнительные управляющие сигналы, использующиеся для управления столбцовыми и строчными драйверами, этим стандартом не регламентируются и не описываются, т.к. все подобные сигналы являются уникальными для каждого типа драйверов и разрабатываются производителями LCD-панелей и производителями драйверов. Таким образом, стандартом RSDS рассматривается только шина данных между контроллером TCON и столбцовыми драйверами, по которой передаются данные для управления цветом каждой ячейки LCD.

К особенностям и преимуществам шины RSDS можно отнести:

*1) Высокая пропускная способность, что позволяет значительно увеличивать разрешающую способность LCD-панели.*

*2) Обеспечение высококачественного подавления помех при передаче данных, что приводит к значительному улучшению качества изображения на LCD-панели.*

*3) Снижение динамической мощности, рассеиваемой на элементах системы, использующей интерфейс RSDS. Это позволяет упростить конструкцию LCD-панели за счет более простых решений по теплоотводу, а также увеличить время работы LCD-панели.*

*4) Снижение уровня высокочастотных электромагнитных излучений, генерируемых электронными компонентами LCD-панели. Это дает значительный выигрыш в плане обеспечения безопасности пользователя при работе с LCD-мониторами.*

Интерфейс RSDS разрабатывался с намерениями использовать его в панелях с разрешениями, начиная от стандартов *VGA* и *UXGA* и выше. Шина RSDS является масштабируемой, т.е. увеличением количества дифференциальных пар шины можно значительно повысить ее разрядность. Такое масштабирование шины позволяет практически неограниченно повышать разрешающую способность LCD-панели. Ограничение разрешающей способности будет вызвано лишь ограничениями полосы пропускания приемников и передатчиков интерфейса RSDS. В отличие от интерфейса LVDS, где размах сигналов составляет от *250* до *400 мВ*, в интерфейсе RSDS используется размах сигналов в *200 мВ.* Такое уменьшение сигналов предусмотрено для снижения мощности, однако это снижение приводит к ограничениям сферы использования интерфейса – его целесообразно использовать в том случае, если между основной платой дисплея и LCD-панелью незначительное расстояние.

Шина RSDS расположена между контроллером TCON и столбцовыми драйверами. Интерфейс RSDS обычно включает в себя либо *9 дифференциальных пар* (при 6-битном кодировании каждого цвета), либо *12 дифференциальных пар* (при 8-битном кодировании цвета). Кроме того, архитектура шины RSDS подразумевает наличие одного передатчика (*Transmitter*) и множества приемников (*Receiver*), т.е. шина RSDS является многоточечной (*рис.4*). Пожалуй, основным элементом интерфейса RSDS является трансмиттер. Рассмотрим его повнимательней.

###

###

## Характеристики трансмиттера RSDS

Трансмиттер RSDS содержит два комплиментарных (тотемных) выхода, нагрузкой которых является шина данных. Дифференциальный сигнал генерируется двумя несимметричными (заземленными) выходами, путем их периодического переключения между источником постоянного тока и его «землей». Дифференциальный сигнал является результатом протекания постоянного тока через нагрузочный резистор, называемый терминатором. Сопротивление терминатора в идеале должно составлять *100 Ом*. Терминатор должен обязательно подключаться между двумя линиями одной дифференциальной пары. Каждый элемент, подключаемый к шине, не должен нарушать баланс дифференциальной пары, созданный терминатором. Другими словами, к выходу трансмиттера должна быть всегда подключена нагрузка с суммарным сопротивлением 100 Ом – это позволит обеспечить оптимальную работу интерфейса и предотвращать такие явления в шине, как отражение сигналов, перегрузку, недогрузку, закольцовывание.

На практике зачастую можно столкнуться с тем, что сопротивление подключаемых к шине элементов различно и находится в диапазоне от *25 Ом* до *100 Ом*, т.е. таким образом нарушается условие согласования нагрузки, что и приводит к эффектам, перечисленным в предыдущем абзаце. Для правильной работы интерфейса в этом случае разработчики системы должны настроить параметры трансмиттера на работу с нагрузкой, имеющей минимальное сопротивление.

Основные электрические характеристики трансмиттера RSDS приводятся в *табл.1*. На *рис.5* поясняется формирование дифференциального напряжения.

***Таблица 1. Электрические параметры трансмиттера RSDS***

###

## Временные диаграммы передачи данных

Как уже говорилось, в стандарте RSDS описывается лишь шина передачи данных о цвете. А вот управляющие сигналы, сопровождающие передачу данных, не стандартизируются, а поэтому количество таких дополнительных сигналов и их функции определяются разработчиками LCD-панелей и контроллеров TCON. Однако имеется два сигнала, которые упоминаются в описании стандарта RSDS, а поэтому данные сигналы можно считать практически обязательными для работы интерфейса.

Для загрузки данных, передаваемых по шине RSDS обязательно должны использоваться два сигнала:

*1) Сигнал тактовой синхронизации – **RSCLK**.*

*2) Стартовый импульс – **SP**.*

Сигналом ***RSCLK*** задается частота загрузки данных в столбцовые драйверы. Частота этого сигнала чаще всего находится в районе *85 МГц.* Сигнал ***RSCLK*** является дифференциальным сигналом, опять же таки, для обеспечения помехозащищенности.

Сигналом ***SP*** запускается процедура загрузки столбцовых драйверов, и он генерируется в начале формирования каждой новой строки, т.е. частота следования импульса ***SP*** соответствует частоте формирования строк. Сигнал ***SP*** является эстафетным, т.е. он перемещается от одного столбцового драйвера к другому. Сигнал ***SP*** попадает в сдвиговый регистр микросхемы столбцового драйвера, и по каждому такту сигнала ***RSCLK*** сдвигается на один разряд. Через соответствующее число тактов, определяемых количеством выходов столбцового драйвера, стартовый импульс выталкивается из сдвигового регистра и попадает на вход следующей микросхемы. Таким образом, этот импульс проходит сквозь все драйверы столбцов. Импульс ***SP***, продвигаясь в сдвиговом регистре микросхемы, поочередно выбирает точку строки, для которой в данный момент по шине данных передается информация о цвете.

Временные соотношения сигналов шины данных, ***RSCLK*** и ***SP*** демонстрируются на *рис.6*. Как видно из приведенной временной диаграммы, данные начинают передаваться с некоторой временной задержкой после генерации сигнала ***SP***. Эта временная задержка составляет два такта ***RSCLK***.

Теперь рассмотрим передачу данных на шине RSDS. Данные о цвете передаются по нескольким дифференциальным линиям. Количество задействованных линий определяется тем, сколько разрядов требуется для описания цвета. По каждой линии за один такт ***RSCLK*** передается два разряда цветового кода. Поэтому для передачи 6-битного цвета требуется три дифференциальных линии, а для передачи 8-битного цвета – 4 дифференциальные линии. Таким образом, за один такт ***RSCLK***передаются все разряды, описывающие цвет одной точки экрана.

Для передачи данных по дифференциальным линиям используется и фронт, и спад импульса ***RSCLK*** (рис.7). Это в значительной степени отличает интерфейс RSDS от рассмотренных ранее TMDS и LVDS, в которых данные тактируются либо фронтом, либо спадом синхросигнала. Использование фронта и спада синхросигнала позволяет вдвое повысить производительность шины, т.к. за один такт можно передать два бита информации. Из приведенного рисунка видно, что между точкой смены полярности дифференциального сигнала и моментом начала формирования данных также имеется некоторая временная задержка. Кроме того, стоит обратить внимание на то, что импульс данных разбит на две части:

*- время установки (выборки) данных;*

*- время удержания (хранения) данных.*

В RSDS не стандартизируется время выборки и время удержания данных, а поэтому соотношение этих периодов и их конкретные значения зависят от практической реализации и от типа применяемых столбцовых драйверов. Так, например, типовые столбцовые драйверы производства *National Semiconductors* имеют такое соотношение времени установки и времени удержания, как *2нс/0нс* на частоте*85 МГц*. Драйверы других производителей могут иметь соответственно соотношение *2нс/2нс*.

Соотношение времени установки и времени удержания определяется относительно точки изменения полярности сигнала RSCLK.

В стандарте RSDS версии 1.0 определяется три варианта цветового кодирования:

*1. 6-битное кодирование каждого из основных цветов R/G/B.*

*2. 8-битное кодирование каждого из основных цветов R/G/B.*

*3. 10-битное кодирование каждого из основных цветов R/G/B.*

*6-битное* кодирование цвета применяется, прежде всего, в ноутбуках, а также еще и в некоторых мониторах. В этом режиме 6-разрядов каждого цвета передаются по трем дифференциальным линиям, и поэтому для передачи данных обо всех трех цветах, требуется 9 дифференциальных пар. Порядок следования битов цветового кода для режима 6-битного кодирования показан на *рис.8.*

*8-битное*кодирование цвета характерно для современных мониторов. В этом случае для передачи данных об одном цвете требуется четыре линии, а всего шина будет представлена 12 дифференциальными парами (*рис.9*).

*10-битное* кодирование предназначено для применения в телевизионной технике. Информация об одном цвете передается по пяти линиям, а всего, таким образом, требуется 15 дифференциальных пар (*рис.10*).

Здесь также стоит отметить, что порядок передачи разрядов цвета может быть и иным, а не только таким, как это изображено на рис.8,9 и 10. Порядок передачи может изменяться, в зависимости от типа контроллера TCON, его программной «прошивки» и типом используемых столбцовых драйверов.

Но все о чем мы до этого говорили, касается исключительно канала передачи цветовых данных. Это, конечно же, важнейшая часть интерфейса LCD-панели, и именно ради передачи этого большого потока данных велись и ведутся разработки скоростных интерфейсов, но это далеко не все. При размещении контроллера TCON на основной плате монитора, возникает необходимость в формировании целого ряда управляющих сигналов для столбцовых и строковых драйверов. Хотя этих сигналов и немного, но все они важны с позиций диагностирования интерфейса. Ведь отсутствие любого из этих сигналов приводит к невозможности формирования изображения.

В качестве примера монитора, использующего интерфейс RSDS, можно привести *Philips 150S4*, интерфейс которого с LCD-панелью в виде блок-схемы представлен на *рис.11*. В данном мониторе используется 18-разрядное кодирование цвета при передаче данных на LCD-матрицу. На этой блок-схеме, как раз, отражены сигналы, необходимые для управления драйверами строк и столбцов LCD-панели. Назначение этих сигналов кратко описывается в*табл.2*. Внутренняя архитектура LCD-панели при использовании такого внешнего интерфейса представлена на *рис.12*. Этот рисунок совместно с описанием сигналов дает четкое представление о том, какой сигнал для чего нужен и куда, в итоге, он должен поступать.

***Таблица 2. Основные сигналы интерфейса RSDS***

 **STH** | Стартовый импульс столбцовых драйверов (он же  импульс SP - см. выше). Формируется с частотой строчной развертки (HSYNC).

Естественно, на соединительном разъеме могут присутствовать и другие специальные управляющие сигналы, характерные для отдельных LCD-панелей и соответствующих контроллеров TCON. Таким образом, можно говорить об определенной уникальности каждой конкретной реализации интерфейса RSDS. И, конечно же, такая уникальность приводит к тому, что двух одинаковых интерфейсов не отыскать (это, несомненно, гипербола, но недалекая от истины). Отсутствие единой системы управляющих сигналов приводит и к отсутствию необходимости стандартизации интерфейса. Поэтому даже в конструктивном плане разъемы интерфейса могут быть самыми разнообразными. И даже при одинаковой конструкции разъемов и единой системе сигналов, распределение этих сигналов по контактам разъема вряд ли будет идентичным у разных моделей LCD-панелей (если не говорить об изделиях одного и того же производителя, одного и того же модельного ряда). Необходимо также учитывать, что количество сигнальных линий RSDS, как мы это видели ранее, также варьируется в зависимости от разрядности представления цвета. Именно поэтому не имеет смысла даже пытаться систематизировать интерфейсы RSDS – все они имеют разное количество контактов, контакты могут располагаться как в один ряд, так и в несколько рядов, соединительный шлейф может быть как ленточным, так и состоящим из отдельных проводов, на интерфейсе присутствуют различные сигналы и т.д. и т.п.

Из-за того, что кроме сигналов RSDS на интерфейсе присутствуют другие сигналы, этот интерфейс могут называть «RSDS+TTL».

Для получения информации о цоколевке внешнего RSDS-разъема LCD-панели, необходимо обратиться к документации на соответствующую модель панели, либо к принципиальной схеме на монитор.

Но обсуждать интерфейс LCD-панели без рассмотрения реальных практических примеров не в наших правилах, поэтому на *рис.13*мы представляем вашему вниманию RSDS-интерфейс LCD-панели монитора *Philips 150S4.* Разъем для подключения LCD-панели этого монитора является *52-контактным*. Последние два контакта (**51** и **52**), фактически, являются заземлением внешнего корпуса разъема, хотя они и учитываются в общей нумерации. Поэтому «реальных» контактов на разъеме всего *50*.

### *Рис.13.  Интерфейс RSDS монитора Philips 150S4*

На разъеме присутствуют два дополнительных сигнала идентификации панели (***PANEL\_ID0*** и ***PANEL\_ID1***). Дело в том, что в одной модели монитора могут использоваться различные модели LCD-панелей, причем даже выпускаемых разными производителями. Для того чтобы скорректировать управляющую программу монитора под параметры и характеристики конкретной LCD-панели, центральный процессор монитора проводит идентификацию матрицы. Каждому типу матрицы соответствует своя уникальная комбинация сигналов ***PANEL\_ID0*** и ***PANEL\_ID1***.

В остальном же, представленный интерфейс можно считать классическим RSDS-интерфейсом.

Для повышения пропускной способности интерфейса, что крайне необходимо в крупногабаритных панелях с высоким разрешением, часто используется двухканальный интерфейс RSDS (это решение, кстати сказать, характерно и для LVDS, и для TMDS). Двухканальный вариант интерфейса позволяет вдвое повысить скорость передачи данных. Однако увеличение пропускной способности обеспечивается удвоением количества дифференциальных пар RSDS.

Такое решение является характерным для 17- и 19-дюймовых матриц. Два канала интерфейса RSDS традиционно называютсяF-канал и B-канал.

При использовании двухканального интерфейса RSDS, все столбцовые драйверы делятся на две группы. Как правило, одна группа образована первой половиной столбцовых драйверов, отвечающих за формирование левой половины экрана (от левого каря до середины). Вторая группа, как правило, образована столбцовыми драйверами, отвечающими за формирование правой половины экрана. Каждая из этих двух групп получает цветовые данные по своей собственной шине RSDS. При этом, естественно, каждая группа имеет собственный стартовый импульс SP (STH). Остальные сигналы и в первую очередь, сигналы управления строковыми драйверами, остаются без изменений. Типичная внутренняя архитектура LCD-панели с двухканальным интерфейсом RSDS представлена на *рис.14.*

В качестве примера разъема с двухканальным RSDS можно привести монитор *Philips 170B4/S4*. Цоколевка этого разъема представлена на *рис.15.* Как бы в доказательство тезиса о нестандартности разъемов RSDS, в мониторе *Philips 170B4/S4*разъем для подключения LCD-панели состоит вообще из двух частей: *30-контактного* и *52-контактного* разъемов. 52-контактный разъем эта модель 17-дюймового монитора унаследовала от своего 15-дюймого предшественника, и этот разъем мы рассматривали выше. Единственное отличие – это появление второго сигнала стартового импульса – сигнала ***B\_STH*** на **конт.16**. Второй 30-контактный разъем появился исключительно благодаря второму каналу RSDS, т.е. производитель здесь не стал мудрить – когда появилась необходимость расширить интерфейс – к уже разработанной плате просто добавили новый разъем, т.е. LCD-панель стала соединяться с основной платой с помощью двух шлейфов. На 30-контактный разъем выведены только лишь сигналы шины RSDS (сигналы *канала B*).

В качестве второго примера двухканального RSDS можно привести монитор *Acer AL1916W*, в котором сигналы двухканального RSDS выведены на два *36-контактных* разъема **CN1** и **CN2** (рис.16). Разъем **CN1** соответствует *каналу B* шины RSDS, а на разъем **CN2** выведены сигналы *канала F*. Цоколевка этих разъемов очень похожа, хотя и имеются некоторые отличия. Основные отличия заключаются в том, что на разъеме **CN2** присутствуют сигналы правления столбцовыми и строковыми драйверами, а на разъеме **CN1** – сигналы управления внутренними источниками питания LCD-панели и сигналы включения/выключения панели (***GVON, GVOF, VCM\_PWM, DCDC\_ON/OFF, PANEL\_ON/OFF***).

В мониторе Acer AL1916W применяется еще одно очень интересное решение. Оно заключается в том, что скалер может регулировать величину выходного тока дифференциальных линий RSDS. Настройка величины выходного тока шины осуществляется путем регулирования опорного напряжения на соответствующем входе микросхемы скалера (точнее сказать, на входе комбинированной микросхемы скалера и TCON). В мониторе Acer AL1916W применяется скалер *CM2706*, у которого контакт регулировки выходного тока RSDS называется ***PI***(**конт.48**). Величина опорного напряжения регулируется номиналом резистора, впаиваемого между контактом ***PI***и землей (*рис.17*). Чем больше сопротивление этого резистора, тем меньше величина тока. Зависимость тока от величины сопротивления для скалера CM2706 представлена на *рис.18*.

###

mirp.ru