LCD显示器的模拟接口和数字接口

1 模拟接口

　　模拟和数字视频信源已经存在了很长时间，模拟视频常用于台式机，而数字视频则在笔记本电脑中比较流行。当前大量计算机使用的模拟视频输出，因此保证了模拟接口支持能够满足未来几年的需求。但是最近数字连通性的进展是否意味着数字接口完全可以取代模拟方式，但是医学超声和X射线的应用对灰度有严格的要求，至少在这两种应用上暂时不能用数字取代模拟。

　　使用模拟LCD接口能够对各种RGB输入电压采样，并保持该采样信息，然后直接提供给显示器中每个子象素的驱动晶体管。理论上，在采样RGB信息时，这一无限高的精度应该有无穷多的灰度级。相反地，数字屏提供的电压必须是以数字寻址电压步长为单位的电压，不能是任意连续变化的。

　　模拟接口还简化了从视频控制器到LCD间的信号传送，并且在很长的电缆上都有效，允许显示器安装在远离视频源的地方。模拟接口只需要5条线(不包括地线)就能运行，即红、绿、蓝、水平同步(Hsync)，和垂直同步(Vsync)，或者把同步信号和绿色信号加在同一条线上，只需四条线。这种简单接口适用于从VGA到UXGA的宽广的显示分辨率范围。然而，模拟LCD必须接受红、绿、蓝、水平同步和垂直同步信息，然后对水平同步信号采样，利用LCD接口的锁相环(PLL)电路来产生象素时给显示屏提供彩色信息的时间。由于高分辨率需要高信息通量，因此，当今的高分辨屏需要较频繁和精确的采样。彩色信息或采样点的任何不精确都会导致视频效果很差。彩色信息不精确可能是由于阻抗不匹配、在RGB三基色线上产生反射和过量瞬时扰动的结果。采样不精确可能是因为时钟抖和相位、频率漂移等问题所致。 ??模拟屏的设置比数字屏微复杂些。终端用户必须设置模拟屏的水平线总数(horizontl total)、水平和垂直位置，并且根据视频卡(video-card)特性来调整时钟相位。而数字接口不需要这些调整，监视器能自动对中和度量屏幕上的图像。但数字接口的这个优点只是一个小小的优势，因为模拟接口只需要用户在LCD显示器第一次与视频源连接时进行调整就行了。 ??显然，所有基于计算机的视频都源于数字信息。目前的显示卡必须将数字视频转换为模拟视频，并且在数字LCD的情况下，监视器须将视频转换回数字形式。正如所有转换过程一样，这些转换并不理想。因为用于数字LCD的数字接口保留了原始的视频信息，避免了转换过程，所以极具吸引力。

　　2 数字接口 ??

　　最近在连通性、色深度、价格等技术方面的进步推动了数字接口的工业化。在PC市场上出于提高性价比的要求，使得减少电路和降低成本变得尤其重要。将本来的数字视频信号转变为模拟信号，再转化回LCD监视器中的数字信号，这显然要比直截了当地用数字信号驱动LCD的耗费要大得多。 ??由于LCD显示器的价格已经下降到接近普通计算机用户的购买能力范围，因此，数字/模拟/数字转换接口在价格中所占比例就成为更重要的考虑因素。为了继续冲击台式机市场，LCD必须采用低价位的数字接口。 ??前几代数字屏每彩色采用6位，与模拟屏相比，它能显示的彩色有限。随着每彩色8位数字驱动器的引进，最新的屏能显示16.7×106种彩色，可与模拟屏相抗衡。

　　3 数字连接 ??

　　数字LCD接口的主要目标是尽量减少导线的数量，降低显示子系统的总成本。但是，如果采用简单的并行接口，导线数量就成为问题(图3)。例如，为了支持6位彩色显示，在加入保证信号完整及抗电磁干扰所必须的屏蔽和(或)多重地线之前，未编码的接口有22条信号线。

　　信号编码能够简化难以实用的接口。同时，因为编码促使制造商选择一种编码方案，又使接口更复杂化。几家公司和组织曾建议采用低压差分信号(low-votage ifferential signaling)(LVDS)。这类方案的基础都是接受和处理低压差分信号，每种方案具体的实施方式可能不同。

　　LVDS最初被用于笔记本电脑及工业设备，这种情况下，制造商可完全控制视频信号源与LCD间的接口。LVDS方案将信号减至只有5组。对于笔记本电脑LVDS是一种理想的方案，因为它工作电压低，在保证功耗和电磁干扰最小的同时又做到高速数据传递，并且由于发送的是差分信号，比起普通信号来，它产生的噪音最小。

　　由于许多原因，LVDS方案没有直接用于其它显示，特别是台式机的显示器。首先，分别来自国家半导体公司和德克萨斯仪器公司的两个最早的LVDS方案互不兼容。但这不是所有的原因。该方案是对视频源至显示器距离最短的封闭环境优化的，其有限的带宽支持的分辨率只有XGA那么高。这种进步使LVDS很难作为一种工业上的通用标准。现在通过引进另一种接口技术，已经解决了这个问题。但如果你问某些公司，那么他采用的技术可能会使LVDS方案更复杂。这种新技术被称为转换最小化差分信号(TMDS)方案，由Silicon Image公司开发并用于该公司的产品PaneLinkTM投入了市场。TMDS与LVDS类似，都采用了小电压振幅和差分信号传送。TMDS加上了一个专利协议，实现了直流平衡，并且采用了"异或"(XOR)和"异或非"(XNOR)运算，减少了由高到低和由低到高信号转换的次数。

　　TMDS比LVDS需要更少的信号线。此外，TMDS呈现出较高的耐扭曲性、时钟边界独立性(clock-dege independence)和易测量性，支持从VGA到UXGA的单个信号接口。TMDS采用双股铜线电缆能使数据可靠地传输好几米，采用光纤还可以大大延长传输距离。Genesis Microchip公司已经用10m视频电缆成功地测试了它的接收器/定标器(receiver/scalar)芯片。

　　自TMDS方案启动后，国家半导体公司和德克萨斯仪器公司就为台式机监视器开发了一种称为Open LDI的执行方案。其它一些包括Sony的Gbit视频接口(GVIF)也曾被提出并付诸实现。

　　4 标准化帮助

　　TMDS有一个关键的优势，就是由几个研究组对其进行了标准化。首先是视频标准协会(UESA)的插件和显示(Plug and Display)(P&D)小组，另两个产业界小组也应允使用TMDS，他们是Compaq公司领导的数字平面(DFP)小组和英特尔、康柏、富士通、惠普、IBM、NEC和Silicom Image等领导的数字显示工作组(DDWG)。DDWG登记的项目名称为数字可视接口(DVI)。这些接口的细节是有差别的，在连通器结构以及是由监视器还是由视频卡定标等方面有着显示的区别。然而他们都信赖TMDS，使这些差异在大多数情况下都能利用适配器来相互协调。目前的征兆是平板显示行业广泛采用DVI作为数字接口。Dell公司推出了装配有DVI的平面监视器和系统，其集成的视频子系统有DVI端口，尽管为安全起见子系统还保留了RGB三基色模拟接口。而其中一个重要的转变是TI包含的数字可视接口(DVI)中有一系列的多个芯片。

　　DVI的另一个令人注目的进展是英特尔的高带宽数字内容保持(HDCP)方案。HDCP致力于解决影响任何视频源与显示器之间接口之间的问题，即未保护的接口允许盗版者调走视频资源(例如从DVD中)。为了保持DVI输出信息不被复制，HDCP提供了加密和确认程序，以证实某显示器件可以接收受保护的内容。该方案的设计保持了图像的质量，并且其操作对用户是透明的。有了这种保持，就可考虑用DVI作电视机的机顶盒、数字卫星接收器、高清晰度电视(HDTV)以及PC机的接口等。该接口最初能有支持4.9Gbit/sec的视频资源，远远超过了HDTV的要求，而HDTV的要求，而DVI高达9.9Gbit/sec的双连接版本则提供了庞大的带宽净空间。

　　5 支持各种应用

　　象大多数平板显示器制造商一样，笔者所在的NEC公司支持市场所选择的任何接口。NEC的特殊地位在于它是唯一同时生产模拟接口和数字接口LCD显示器的厂家。这就给我们提供了一个独特的视角，由此我们清楚地看到，不同的应用需要不同的接口。综上所述，NEC认为DVI是解决许多应用的极好方案，并将支持该方案。

　　兼顾不同的需求的一种方法是让LCD中有一个"自身"的LVDS接口来直接支持封闭环境中的应用。对于开放环境则需要一个象DVI这样的接口，而这只需要一个低价位的标量接收/发送板就很容易解决问题。

　　无论对何种应用，数字接口的前景都比较看好。这类接口有助于简化系统的设计，能充分利用AMLCD和其它高分辨平板器提供的高质量图像。