液晶顯示器(LCD)的模擬/數(shù)字接口
2008/7/17 23:07:00
在決定一項(xiàng)新的購置計(jì)劃時(shí),大部分消費(fèi)者都要權(quán)衡其需求。在一定的價(jià)格范圍內(nèi),對于給定的一套產(chǎn)品的特點(diǎn)及預(yù)期的性能水平,消費(fèi)者會在充分權(quán)衡后決定是否購買該產(chǎn)品。計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)附件的購買過程也與此類似。系統(tǒng)工程師必須了解消費(fèi)市場中的性能價(jià)格比。對于這種成本敏感市場而言,設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是降低板級的BOM (原材料費(fèi)用)成本。板級元器件的去除等同于最終產(chǎn)品市場價(jià)格的大幅降低。如果購買模式如上所提,消費(fèi)者該怎樣在數(shù)字顯示器和模擬顯示器間作一選擇呢?
消費(fèi)者在購置時(shí)會考慮以下幾個(gè)關(guān)鍵因素:性能、兼容性以及成本。在購置顯示器時(shí),接口類型也成為關(guān)鍵的考慮因素之一。標(biāo)準(zhǔn)的紅、綠、藍(lán)(RGB)模擬接口正面臨著數(shù)字接口日漸強(qiáng)大的挑戰(zhàn)。以下篇幅將著重討論兩種方案間的差異。
模擬接口
在市場上現(xiàn)有的大量RGB模擬顯示器中,來自計(jì)算機(jī)的離散視頻數(shù)據(jù)RGB送至DAC,然后數(shù)字信號被轉(zhuǎn)化為模擬信號并與水平及垂直同步信號一起傳送到顯示器。
在顯示器內(nèi)部,前置放大器具有放大、鉗位及偏移調(diào)節(jié)的作用??蛇x擇使用單獨(dú)的前置放大器或集成前置放大器。目前市場上供應(yīng)的前置放大器都設(shè)計(jì)用于CRT顯示器,并未經(jīng)過優(yōu)化以用于LCD。因而,在LCD環(huán)境下,前置放大器所產(chǎn)生的失效及錯(cuò)誤會降低視頻性能。
下一步關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換(ADC)。在轉(zhuǎn)換過程中,轉(zhuǎn)換器有限的分辨率會產(chǎn)生錯(cuò)誤,包括DC部分的線性度和偏移以及AC成分的電火花及位錯(cuò)誤等。雖然參照說明書這些不理想的特性顯得很重要,但如果只是隨機(jī)發(fā)生,人眼不容易察覺。LCD屏的刷新率達(dá)到60Hz時(shí),如果閃爍并不太多,人眼將會濾除這些信號。值得注意的是ADC的輸入帶寬是有限的。如果ADC沒有足夠的輸入帶寬,這些影響會表現(xiàn)在顯示屏上。在一個(gè)象素點(diǎn)上,當(dāng)視頻信號由白轉(zhuǎn)黑時(shí),如果ADC輸入帶寬不佳,則會大幅降低LCD顯示器的視頻性能。由于模擬信號會全幅振蕩,輸入帶寬不佳的ADC會導(dǎo)致象素消退,象素之間的邊緣將不再平整而是變得模糊,在黑色垂直線與白色垂直線相鄰的地方將變成灰線。建議ADC輸入帶寬為采樣時(shí)鐘頻率的1.5倍。時(shí)鐘頻率通過顯示器的分辨率和刷新率來決定。例如刷新率為85Hz的XGA(1024×768)顯示器需要89MHz的時(shí)鐘,ADC輸入帶寬至少為133MHz。
Fs = (水平分辨率×垂直分辨率×刷新率) / 0.75) 其中 0.75 是有效視頻因子(active video factor)
= (1024 ×768 ×85) / 0.75 = 89.13MHz
所以輸入帶寬為89.13 × 1.5 = 133.7MHz
在模擬接口中,需要一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)鐘在LCD顯示器及圖形控制器傳來的輸入信號間進(jìn)行同步。同步由鎖相環(huán)(PLL)提供,它用計(jì)算機(jī)的水平同步脈沖來為ADC和數(shù)字控制器芯片產(chǎn)生內(nèi)部時(shí)鐘信號。為了確保ADC能在正確的時(shí)間采樣,需要進(jìn)行相位調(diào)節(jié)。為了獲得最佳的視覺性能,也許需要用戶自己調(diào)節(jié)顯示器。PLL還會在顯示器中產(chǎn)生相位噪聲或時(shí)鐘抖動,從而在顯示器上產(chǎn)生不良的畫面,即在灰色的背景中產(chǎn)生“雪花”,或在亮度上出現(xiàn)明顯的不同。產(chǎn)生這種視覺影響時(shí),通常在LCD屏上有一塊區(qū)域看上去比顯示屏的其它部分要暗一些或亮一些。
在模擬系統(tǒng)中,信號一旦被轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)流,LCD顯示器通常就需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)及幀比率調(diào)整??蓪D像進(jìn)行縮放以符合顯示屏的大小,同時(shí)調(diào)整幀比率來設(shè)置刷新頻率以滿足顯示器的要求,通常為60Hz。在縮放過程中,由模擬信號到數(shù)字信號轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生的信號退化可能會被放大。此外,不標(biāo)準(zhǔn)的圖形控制卡、電纜的屏蔽性差以及連接器質(zhì)量低劣也會降低信號的性能,導(dǎo)致整個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程的誤差,引起圖像質(zhì)量的降低。
數(shù)字接口
在數(shù)字接口裝置中,計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可以直接發(fā)送到顯示器,而無需進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。由于不再需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號隨后再還原為數(shù)字信號,從而排除了與之相關(guān)的可能引起的誤差。
美中不足的是,數(shù)字接口不能共享模擬接口方案的通用標(biāo)準(zhǔn)。有可能成為數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)的競爭標(biāo)準(zhǔn)包括:低壓差分信號(LVDS)標(biāo)準(zhǔn)、PanelLink標(biāo)準(zhǔn)、傳輸最小差分信號(TMDS)標(biāo)準(zhǔn)以及用于顯示器的數(shù)字接口(DISM)標(biāo)準(zhǔn)。每種提議的傳輸技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn),但在單一標(biāo)準(zhǔn)被采用并獲得推廣前,計(jì)算機(jī)廠商們?nèi)詴㈥P(guān)注那些可能長期應(yīng)用的方案上。根據(jù)計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的快速變革而言,幾乎很難做出一個(gè)正確的選擇。每種標(biāo)準(zhǔn)都在瓜分市場,從而使得數(shù)字式的解決方案相對昂貴。
消費(fèi)者在購置時(shí)會考慮以下幾個(gè)關(guān)鍵因素:性能、兼容性以及成本。在購置顯示器時(shí),接口類型也成為關(guān)鍵的考慮因素之一。標(biāo)準(zhǔn)的紅、綠、藍(lán)(RGB)模擬接口正面臨著數(shù)字接口日漸強(qiáng)大的挑戰(zhàn)。以下篇幅將著重討論兩種方案間的差異。
模擬接口
在市場上現(xiàn)有的大量RGB模擬顯示器中,來自計(jì)算機(jī)的離散視頻數(shù)據(jù)RGB送至DAC,然后數(shù)字信號被轉(zhuǎn)化為模擬信號并與水平及垂直同步信號一起傳送到顯示器。
在顯示器內(nèi)部,前置放大器具有放大、鉗位及偏移調(diào)節(jié)的作用??蛇x擇使用單獨(dú)的前置放大器或集成前置放大器。目前市場上供應(yīng)的前置放大器都設(shè)計(jì)用于CRT顯示器,并未經(jīng)過優(yōu)化以用于LCD。因而,在LCD環(huán)境下,前置放大器所產(chǎn)生的失效及錯(cuò)誤會降低視頻性能。
下一步關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換(ADC)。在轉(zhuǎn)換過程中,轉(zhuǎn)換器有限的分辨率會產(chǎn)生錯(cuò)誤,包括DC部分的線性度和偏移以及AC成分的電火花及位錯(cuò)誤等。雖然參照說明書這些不理想的特性顯得很重要,但如果只是隨機(jī)發(fā)生,人眼不容易察覺。LCD屏的刷新率達(dá)到60Hz時(shí),如果閃爍并不太多,人眼將會濾除這些信號。值得注意的是ADC的輸入帶寬是有限的。如果ADC沒有足夠的輸入帶寬,這些影響會表現(xiàn)在顯示屏上。在一個(gè)象素點(diǎn)上,當(dāng)視頻信號由白轉(zhuǎn)黑時(shí),如果ADC輸入帶寬不佳,則會大幅降低LCD顯示器的視頻性能。由于模擬信號會全幅振蕩,輸入帶寬不佳的ADC會導(dǎo)致象素消退,象素之間的邊緣將不再平整而是變得模糊,在黑色垂直線與白色垂直線相鄰的地方將變成灰線。建議ADC輸入帶寬為采樣時(shí)鐘頻率的1.5倍。時(shí)鐘頻率通過顯示器的分辨率和刷新率來決定。例如刷新率為85Hz的XGA(1024×768)顯示器需要89MHz的時(shí)鐘,ADC輸入帶寬至少為133MHz。
Fs = (水平分辨率×垂直分辨率×刷新率) / 0.75) 其中 0.75 是有效視頻因子(active video factor)
= (1024 ×768 ×85) / 0.75 = 89.13MHz
所以輸入帶寬為89.13 × 1.5 = 133.7MHz
在模擬接口中,需要一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)鐘在LCD顯示器及圖形控制器傳來的輸入信號間進(jìn)行同步。同步由鎖相環(huán)(PLL)提供,它用計(jì)算機(jī)的水平同步脈沖來為ADC和數(shù)字控制器芯片產(chǎn)生內(nèi)部時(shí)鐘信號。為了確保ADC能在正確的時(shí)間采樣,需要進(jìn)行相位調(diào)節(jié)。為了獲得最佳的視覺性能,也許需要用戶自己調(diào)節(jié)顯示器。PLL還會在顯示器中產(chǎn)生相位噪聲或時(shí)鐘抖動,從而在顯示器上產(chǎn)生不良的畫面,即在灰色的背景中產(chǎn)生“雪花”,或在亮度上出現(xiàn)明顯的不同。產(chǎn)生這種視覺影響時(shí),通常在LCD屏上有一塊區(qū)域看上去比顯示屏的其它部分要暗一些或亮一些。
在模擬系統(tǒng)中,信號一旦被轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)流,LCD顯示器通常就需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)及幀比率調(diào)整??蓪D像進(jìn)行縮放以符合顯示屏的大小,同時(shí)調(diào)整幀比率來設(shè)置刷新頻率以滿足顯示器的要求,通常為60Hz。在縮放過程中,由模擬信號到數(shù)字信號轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生的信號退化可能會被放大。此外,不標(biāo)準(zhǔn)的圖形控制卡、電纜的屏蔽性差以及連接器質(zhì)量低劣也會降低信號的性能,導(dǎo)致整個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程的誤差,引起圖像質(zhì)量的降低。
數(shù)字接口
在數(shù)字接口裝置中,計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可以直接發(fā)送到顯示器,而無需進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。由于不再需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號隨后再還原為數(shù)字信號,從而排除了與之相關(guān)的可能引起的誤差。
美中不足的是,數(shù)字接口不能共享模擬接口方案的通用標(biāo)準(zhǔn)。有可能成為數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)的競爭標(biāo)準(zhǔn)包括:低壓差分信號(LVDS)標(biāo)準(zhǔn)、PanelLink標(biāo)準(zhǔn)、傳輸最小差分信號(TMDS)標(biāo)準(zhǔn)以及用于顯示器的數(shù)字接口(DISM)標(biāo)準(zhǔn)。每種提議的傳輸技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn),但在單一標(biāo)準(zhǔn)被采用并獲得推廣前,計(jì)算機(jī)廠商們?nèi)詴㈥P(guān)注那些可能長期應(yīng)用的方案上。根據(jù)計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的快速變革而言,幾乎很難做出一個(gè)正確的選擇。每種標(biāo)準(zhǔn)都在瓜分市場,從而使得數(shù)字式的解決方案相對昂貴。
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