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液晶显示器(LCD)的模拟/数字接口

供稿:宝易科技中国办事处 2008/7/17 23:07:00

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  • 摘要:液晶显示器(LCD)是为PC开发的最新附件之一。与同类的阴极射线管(CRT)显示器相比,LCD显示器体积小、辐射少、功耗低,同时视频性能优越、外观新颖圆滑。技术的进步、需求的增加以及生产成本的降低,使LCD的价格降到可为普通消费者接受,人们在考虑配置一个新的带LCD显示器的计算机系统,或是替换掉旧的CRT显示器。

         在决定一项新的购置计划时,大部分消费者都要权衡其需求。在一定的价格范围内,对于给定的一套产品的特点及预期的性能水平,消费者会在充分权衡后决定是否购买该产品。计算机和计算机附件的购买过程也与此类似。系统工程师必须了解消费市场中的性能价格比。对于这种成本敏感市场而言,设计的主要目标是降低板级的BOM (原材料费用)成本。板级元器件的去除等同于最终产品市场价格的大幅降低。如果购买模式如上所提,消费者该怎样在数字显示器和模拟显示器间作一选择呢?

         消费者在购置时会考虑以下几个关键因素:性能、兼容性以及成本。在购置显示器时,接口类型也成为关键的考虑因素之一。标准的红、绿、蓝(RGB)模拟接口正面临着数字接口日渐强大的挑战。以下篇幅将着重讨论两种方案间的差异。

模拟接口

        在市场上现有的大量RGB模拟显示器中,来自计算机的离散视频数据RGB送至DAC,然后数字信号被转化为模拟信号并与水平及垂直同步信号一起传送到显示器。

        在显示器内部,前置放大器具有放大、钳位及偏移调节的作用。可选择使用单独的前置放大器或集成前置放大器。目前市场上供应的前置放大器都设计用于CRT显示器,并未经过优化以用于LCD。因而,在LCD环境下,前置放大器所产生的失效及错误会降低视频性能。

        下一步关键是实现模拟信号到数字信号的转换(ADC)。在转换过程中,转换器有限的分辨率会产生错误,包括DC部分的线性度和偏移以及AC成分的电火花及位错误等。虽然参照说明书这些不理想的特性显得很重要,但如果只是随机发生,人眼不容易察觉。LCD屏的刷新率达到60Hz时,如果闪烁并不太多,人眼将会滤除这些信号。值得注意的是ADC的输入带宽是有限的。如果ADC没有足够的输入带宽,这些影响会表现在显示屏上。在一个象素点上,当视频信号由白转黑时,如果ADC输入带宽不佳,则会大幅降低LCD显示器的视频性能。由于模拟信号会全幅振荡,输入带宽不佳的ADC会导致象素消退,象素之间的边缘将不再平整而是变得模糊,在黑色垂直线与白色垂直线相邻的地方将变成灰线。建议ADC输入带宽为采样时钟频率的1.5倍。时钟频率通过显示器的分辨率和刷新率来决定。例如刷新率为85Hz的XGA(1024×768)显示器需要89MHz的时钟,ADC输入带宽至少为133MHz。
Fs = (水平分辨率×垂直分辨率×刷新率) / 0.75) 其中 0.75 是有效视频因子(active video factor)
= (1024 ×768 ×85) / 0.75 = 89.13MHz
所以输入带宽为89.13 × 1.5 = 133.7MHz
       在模拟接口中,需要一个数据时钟在LCD显示器及图形控制器传来的输入信号间进行同步。同步由锁相环(PLL)提供,它用计算机的水平同步脉冲来为ADC和数字控制器芯片产生内部时钟信号。为了确保ADC能在正确的时间采样,需要进行相位调节。为了获得最佳的视觉性能,也许需要用户自己调节显示器。PLL还会在显示器中产生相位噪声或时钟抖动,从而在显示器上产生不良的画面,即在灰色的背景中产生“雪花”,或在亮度上出现明显的不同。产生这种视觉影响时,通常在LCD屏上有一块区域看上去比显示屏的其它部分要暗一些或亮一些。

         在模拟系统中,信号一旦被转换为数据流,LCD显示器通常就需要进行适当的调节及帧比率调整。可对图像进行缩放以符合显示屏的大小,同时调整帧比率来设置刷新频率以满足显示器的要求,通常为60Hz。在缩放过程中,由模拟信号到数字信号转换过程产生的信号退化可能会被放大。此外,不标准的图形控制卡、电缆的屏蔽性差以及连接器质量低劣也会降低信号的性能,导致整个数据转换过程的误差,引起图像质量的降低。

数字接口

        在数字接口装置中,计算机数据可以直接发送到显示器,而无需进行数据转换。由于不再需要将数据转换为模拟信号随后再还原为数字信号,从而排除了与之相关的可能引起的误差。

        美中不足的是,数字接口不能共享模拟接口方案的通用标准。有可能成为数字接口标准的竞争标准包括:低压差分信号(LVDS)标准、PanelLink标准、传输最小差分信号(TMDS)标准以及用于显示器的数字接口(DISM)标准。每种提议的传输技术都有其优点,但在单一标准被采用并获得推广前,计算机厂商们仍会将关注那些可能长期应用的方案上。根据计算机产业的快速变革而言,几乎很难做出一个正确的选择。每种标准都在瓜分市场,从而使得数字式的解决方案相对昂贵。

更多内容请访问 宝易科技中国办事处(http://c.gongkong.com/?cid=34757)

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