Soluzioni integrate per la trasmissione di immagini ad alta velocità su link seriali.
La continua diffusione di applicazioni multimediali in molti ambiti di attività richiede la trasmissione di segnali video ad alta velocità da controller grafici a display LCD su distanze anche fino a 10 metri. In tali applicazioni gli aspetti più critici riguardano la massima capacità di trasmissione dati del link, la dissipazione di potenza del sistema e la compatibilità alle normative di interferenza ed immunità elettromagnetica. FPD-Link (Flat Panel Display - Link) è la serie di soluzioni proposte tempo fa nel settore.
TECNOLOGIA FDP-LINK II
Un sistema FPD-Link II (vedi figura 1) consiste di un serializzatore (Ser) ed un deserializzatore (Des) connessi mediante una linea differenziale, come mostrato schematicamente in figura 1.
Figura 1: schema di principio di un link FPD-Link II.
Il serializzatore accetta in ingresso i bit del pixel da trasferire unitamente ai segnali di sincronismo video HSync, VSync e DE, tre controlli accessori generici per l’utente ed il pixel clock. Tutti questi sono serializzati in uscita ed inviati al ricevitore. Tale deserializzatore (Des) decodifica i dati ricevuti per estrarre il clock di trasmissione e riassemblare i dati; diversamente da altre soluzioni analoghe, non richiede un clock di riferimento locale supportando in questo modo applicazioni hot-plug. Un segnale di stato (LOCK) segnala all’utente il corretto ‘aggancio’ dello stream d’ingresso. Anche in assenza di LOCK, alcuni modelli generano comunque un clock di riferimento (di frequenza programmabile) mediante un oscillatore interno. L’interfaccia parallela per i dati è in standard LVCMOS, con alimentazione a 3.3V od 1.8V; il livello fisico della connessione seriale è invece LVDS. L’accoppiamento alla linea è di tipo AC mediante condensatore da 100 nF. La tabella 1 riporta una lista dei dispositivi FPD-Link II attualmente supportati, unitamente ad indicazioni sulle principali caratteristiche.
Tabella 1: SerDes FPD-Link II
I dispositivi sono disponibili in versione qualificata per applicazioni automotive (AEC-Q100 Grade 2), in grado di operare nell’intervallo di temperature compreso tra -40°C e +125°C. E’ prevista la compatibilità con precedenti modelli. L’adozione di package di tipo LLP e TQFP favorisce l’utilizzo in applicazioni di ridotte dimensioni; la disponibilità di una modalità di power down consente di ridurre i consumi di sistema nei periodi di non utilizzo. Il campo dati in ingresso comprende fino a 24 bit per pixel mentre il pixel clock può arrivare fino a 65 MHz, supportando così una capacità di trasmissione dati complessiva di fino a 1.8 Gbps. Tali prestazioni sono ottenute grazie ad una particolare codifica dei dati serializzati e all’adozione di diverse soluzioni di condizionamento per migliorare l’integrità del segnale. I dati in ingresso, ad esempio, sono codificati mediante schemi per il bilanciamento della linea e di randomizzazione e scrambling, al fine di ridurre la componente continua (come richiesto dall’accoppiamento in AC della linea) e l’interferenza intersimbolo, che influenza negativamente la capacità del ricevitore di ricostruire correttamente il segnale.
Ai dati utente sono aggiunti 2 bit di controllo per la sincronizzazione del link ed altrettanti bit di codifica del clock. Diversamente da altre soluzioni, quindi, l’overhead di trasmissione legato al protocollo seriale è piuttosto basso. Ad esempio, per i dispositivi a 24-bit d’ingresso (con 18 bit per pixel) l’efficienza di trasmissione è dell’86%, migliore del 30% di quanto si ha, invece, con i classici schemi di codifica 8b/10b (in questo caso l’efficienza è dell’80%). Per migliorare la qualità del segnale sulla linea seriale, inoltre, sono integrati nel trasmettitore circuiti di preenfasi o de-enfasi. Nel primo caso (utile soprattutto nelle applicazioni su lunghe distanze od in presenza di elevate perdite d’inserzione) un resistore esterno consente di configurare il valore di corrente addizionale che viene erogato dal driver di uscita nel caso di commutazione sulla linea. Nei circuiti di deenfasi, invece, il trasmettitore controlla lo swing sulla linea, riducendolo dopo la prima commutazione. E’ possibile controllare direttamente il livello del segnale differenziale in uscita, selezionando livelli di tensione più alti in presenza di elevato rumore. Il trasmettitore è inoltre in grado di ‘seguire’ un segnale di clock in ingresso modulato per ridurre le emissioni elettromagnetiche; i limiti sono una frequenza di modulazione del clock di fino a 35 KHz ed una deviazione in ampiezza di fino a ± 2%. I ricevitori FPD-Link II, d’altro canto, integrano (a seconda dei modelli) un circuito di equalizzazione della linea per compensare le perdite ed un filtro per ridurre la componente continua del segnale differenziale. Per ridurre le emissioni elettromagnetiche, inoltre, consentono di modificare la capacità di driving in corrente dello stadio LVCMOS di uscita ed adottano schemi SSCG (Spread Spectrum Clock Generation) per la generazione del clock e PTO (Progressive Turn-On) per la riduzione delle commutazioni simultanee delle uscite; quest’ultimo aspetto, in particolare, consente di ridurre i picchi di assorbimento di corrente e quindi il rumore indotto sulla linea di alimentazione. Molte delle caratteristiche elencate possono essere controllate direttamente mediante alcuni pin di configurazione del dispositivo oppure tramite porta di comunicazione I2C. I dispositivi FPD-Link II dispongono inoltre di una funzionalità BIST (Built-In Self Test) che consente di verificare l’integrità del link e, nota la frequenza di clock di trasmissione, calcolare il BER (Bit-Error-Rate) del proprio sistema. Il SERDESUR-65USB, ad esempio, è il kit per i dispositivi SerDes DS90UR905Q/906Q. Include una scheda con il serializzatore ed una con il deserializzatore connessi da un cavo USB 2.0 high-speed di lunghezza fino a 2 metri; l’interfaccia di controllo I2C dei dispositivi è resa disponibile su porte dedicate delle schede. Il kit può essere connesso da un lato ad una sorgente video RGB a 24-bit e dall’altro ad un monitor che supporti tale formato per valutare la qualità del segnale trasmesso in diverse condizioni operative.
