LVDS — це технологія передавання цифрових даних по провідниках із низькою напругою сигналу. Абревіатура LVDS розшифровується як Low-Voltage Differential Signaling (низьковольтна диференціальна передача сигналів).

Простіше кажучи, це спосіб швидко та з високою завадостійкістю передавати зображення й інші цифрові дані між пристроями.

Найчастіше LVDS використовується в:

• матрицях ноутбуків;

• старих LCD-моніторах;

• телевізорах;

• промислових дисплеях;

• автомобільних екранах;

• деяких камерах і платах керування.

Як це працює

Передача здійснюється не одним проводом, а парою провідників:

• один провід передає сигнал;

• другий — його інверсію.

  
  

Приймач аналізує різницю між цими двома сигналами.

Завдяки цьому:

• зменшується вплив завад;

• можна передавати дані на високій швидкості;

• знижуються електромагнітні наведення.

  
  

Якщо заглибитися в принцип роботи, то між скалером (або материнською платою) та матрицею LVDS вже виглядає не як звичайний «відеокабель», а як високошвидкісна послідовна шина. Розглянемо детальніше: що саме передається, як кодуються дані та чому тут так багато нюансів.

Загальна схема

Для ноутбука або монітора старого покоління шлях сигналу зазвичай такий:

GPU / відеочіп
        ↓
контролер дисплея (вбудований у GPU)
        ↓
LVDS-передавач (часто інтегрований у GPU або чипсет)
        ↓
LVDS-диференціальні пари в шлейфі
        ↓
TCON (Timing Controller усередині матриці)
        ↓
драйвери рядків і стовпців LCD

Для монітора або телевізора:

HDMI / DisplayPort / VGA
        ↓
скалер
        ↓
LVDS-передавач скалера
        ↓
LVDS-кабель
        ↓
TCON матриці

Ключовий момент

Матриця не приймає HDMI-кадри. Вона отримує безперервний потік пікселів, сигналів синхронізації та тактової частоти безпосередньо.

Що насправді передається через LVDS

Передаються не «пакети», як у комп'ютерній мережі.

Передається безперервний потік:

Pixel Clock
HSYNC
VSYNC
DE (Data Enable)

RGB-дані пікселів

R7..R0
G7..G0
B7..B0

HSYNC
VSYNC
DE
Clock

Усередині контролера це паралельні дані, але LVDS перетворює їх у високошвидкісний послідовний потік.

Чому використовується differential signaling

Кожен сигнал передається по парі провідників:

TX+ ----\
          > різниця напруг = дані
TX- ----/

Важлива не абсолютна напруга, а різниця між двома лініями.

Наприклад:

TX+ = 1.35 V
TX- = 1.00 V

Δ = +350 mV

або

TX+ = 1.00 V
TX- = 1.35 V

Δ = −350 mV

Переваги:

• висока завадостійкість;

• більша швидкість передавання;

• нижчий рівень електромагнітного випромінювання (EMI);

• можливість використання довших ліній;

• менша чутливість до просідання напруги живлення.

Типова диференціальна амплітуда становить приблизно:

250–450 mV

Саме тому технологія й отримала назву Low Voltage.

Як дані розподіляються по диференціальних парах

Саме тут починаються цікаві особливості.

Зазвичай використовуються два варіанти:

• Single Channel LVDS

• Dual Channel LVDS

Single Channel

Найчастіше використовується:

• 4 пари даних;

• 1 тактова пара.

Тобто:

DATA0
DATA1
DATA2
DATA3
CLOCK

Dual Channel

Додається ще одна група ліній:

DATA0..3 A
DATA0..3 B
CLOCK

Такий режим використовується для матриць із вищою роздільною здатністю.

Наприклад:

• 1366×768 — найчастіше Single Channel;

• 1920×1080 — часто Dual Channel;

• 4K — зазвичай LVDS вже не використовується.

Serialization: як 24 біти перетворюються на послідовний потік

Усередині передавача працює serializer (серіалізатор).

Припустимо, маємо:

24-bit RGB
+ сигнали синхронізації

Вони розподіляються між каналами.

Спрощено це виглядає так:

DATA0 → частина RGB
DATA1 → частина RGB
DATA2 → частина RGB
DATA3 → сигнали синхронізації та керування

Після цього кожен канал передає свої біти послідовно.

Наприклад:

Pixel Clock = 65 MHz

Для LVDS зазвичай:

Serial Rate ≈ Pixel Clock × 7

Оскільки застосовується схема серіалізації 7:1.

Приклад:

65 MHz × 7
≈ 455 Mbps на одну диференціальну пару

Навіщо потрібна окрема тактова пара

У більшості LVDS-матриць використовується окремий тактовий канал:

CLK+
CLK-

Матриця приймає тактовий сигнал (Clock) і за його допомогою відновлює та синхронізує потік даних.