| 平面電視正在迅速占領消費類電子市場,這種“高級”電視的銷售增長率使人聯想到早期的個人計算機(PC)。“高級電視”的概念現在是指液晶電視(LCD TV)、等離子電視(PDP TV)、微顯背投電視〔包括液晶顯示器(LCD)、數字光輸處理器(DLP)和液晶硅顯示器(LCoS)〕、前投式投影機和全平面陰極射線管(CRT)電視。
要想在一個快速增長的市場上保持競爭力,制造商們就不能停滯不前。他們必須不懈努力,通過降低成本、提高圖像質量、增強可靠性和增加新的用戶功能來改進其產品。其中最重要的是,制造商們必須提高產品的生產能力,使它們更容易生產并且成本更低。達到所有這些設計目標的一個關鍵問題就是如何在顯示器接口中采用“靈巧集成”技術。
把分立的功能集成到單芯片上可以減少元器件數量并降低制造成本,這是一個在過去十幾年里對PC制造商來說確實卓有成效的策略。但是顯示器需要“靈巧集成”,因為在組合各種顯示接口功能時還要克服一些重大技術難題。如果要把高性能模擬電路和高速數字電路集成到一個解決方案中,需要有專門的混合信號設計技術方面的經驗。一個集成的接口需要產品滿足低成本和小封裝尺寸的要求,同時又不能犧牲圖像質量和生產能力。
1 典型的LCD TV
典型的LCD TV為系統集成提供了多種選擇(見圖1),其中包括:
·模擬接口與數字接口相結合以便提供與目前大多數的DVD光盤播放機和機頂盒兼容的“傳統兼容性”,并為將來做好了“數字化準備”;
·接口與圖形控制器功能以及LCD TV中與圖像有關的主要電路相結合;
·減少內部連線的數量并且簡化印制電路板(PCB)布線從而降低了影響圖像質量的信號失真;
·以增加少許成本提供具有CD光盤質量的音頻和PC兼容性。
圖1 一種典型的高級電視系統框圖為系統集成提供了多種選擇
1.1 集成模擬接口
雖然人們對新出現的數字平面顯示器接口的興趣還在持續增長,但是分量模擬視頻接口仍然是目前市場上銷售的高級電視主要選擇的高質量接口。許多高級電視還包含一個模擬視頻圖形適配器(VGA)接口以便與PC應用兼容。集成的分量模擬接口,例如美國模擬器件公司(ADI)的AD9883A,已經在單芯片上集成了顯示器接口所需要的所有傳統模擬功能(見圖2 )。這種顯示器接口集成的第一步已經起到降低成本、改進圖像質量并且簡化PCB布線的作用。
采用混合信號互補型金屬氧化物半導體(CMOS)或BiCMOS 晶片制造工藝可以大批量生產這種集成的模擬接口芯片,并且滿足平板顯示接口應用要求,即高速(大于100 MHz)模數轉換器(ADC)具有典型值為0.5 LSB的線性誤差[(積分線性誤差(INL)和微分線性誤差(DNL)]和大于200 MHz的輸入帶寬。然而標準的數字CMOS 晶片制造工藝無法提供實現高性能模擬信號處理和ADC所需要的混合信號特性。
圖2 ADI公司的AD9833A集成模擬接口在單芯片上集成了顯示器接口所需的所有傳統模擬功能
1.2 增加數字接口
顯示器接口集成的下一步驟就是在單芯片上集成模擬接口和數字接口。這樣易于提供傳統兼容性顯示器,也為將來的數字化做好準備。大多數新出現的高級電視都支持分量模擬信號輸入以便直接連接現有的DVD播放機和機頂盒調諧器。這樣就確保用戶能夠正確使用他們的新電視機 。
高清晰度多媒體接口(HDMI)是專門為高級電視應用而設計的。HDMI接口可以提供一個數字接口用于高質量視頻(在1920×1080 像素時達到1080p分辨率)以及具有CD質量(192kHz)和7.1聲道環繞立體聲的音頻。此外,HDMI接口還支持高帶寬數碼內容保護協議(HDCP),好萊塢片商將需要用此協議保護其新拍的高清晰度DVD電影不被非法復制。包含接收分量模擬信號的模擬接口和HDMI數字接口的高級電視將會因為其顯示接口的改進使用戶獲得長期使用壽命。
1.3 AD9880集成接口
AD9887 是世界上第一種用于高級電視的集成雙接口(見圖3 )。其中模擬接口是基于AD9883A模擬接口設計的,以高達150MHz工作帶寬用于1080p和SXGA顯示分辨率。其中數字接口使用HDMI也能提供高達1080p和SXGA(150 Mbps)的圖像分辨率。這兩種接口共用相同的輸出信號,因此與雙芯片的模擬接口和數字接口設計相比節省了48 個引腳。這種芯片還提供該接口連接到顯示器的自動檢測,以及允許用戶在一條串行數據線上連接該接口的選擇。
這種芯片提供兩種等級:一種是AD9800-100用于720p/1080i 和XGA顯示器的;另一種是AD9800-150用于1080p 和SXGA顯示器。這樣的兩種等級選擇使得電視機設計工程師可以為其顯示器選擇最經濟有效的解決方案。AD9880現在可以提供樣品、完整的技術資料和評估板支持顯示設計工程師。
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圖3 世界上第一種用于高級電視的集成雙接口(模擬和HDMI接口)AD9887,
在模擬輸入和HDMI輸入下可支持高達1080p或SXGA格式的分辨率。
1.4 減少內部連線
一臺高級電視的圖像質量很大程度上取決于顯示接口電路板的設計和布線。提高顯示電路集成程度的好處之一就是減少了器件之間的連線,從而提高圖像質量。對顯示器制造商來說,如何把帶有“噪聲”的數字電路靠近對噪聲敏感的鎖相環(PLL)和ADC放置仍然能制造出滿意的圖像質量的接口電路板已經遇到了極大的挑戰。一些顯示器制造公司耗費了相當多的資金、時間、PCB和精力試圖生產出一種非手工制作的模擬接口,但是沒有一家公司獲得成功。提高接口電路的集成程度可以簡化PCB設計,而且產生的圖像質量要優于過去的分立元器件PCB設計。
1.5 圖像質量和集成程度的關系
適合PC應用的LCD臺式監視器的發展趨勢是將模擬接口和數字圖像縮放功能集成到一顆單芯片中。這些集成解決方案在用于顯示諸如電子郵件、網上沖浪或電子數據表等基本PC應用的較小(15"～17")監視器中通常都能提供足夠好的圖像質量。但是對于30"～80"多種尺寸規格顯示屏的高級電視應用來說,在圖像質量方面的要求要高得多。
為了提供滿足高級電視客戶要求的精美圖像質量,消費類電子產品制造商目前正在設計帶有獨立接口和縮放器芯片的電視機。在許多情況下,業界領先的電視機制造商正在設計自己定制的縮放器芯片以滿足系統要求。其它的制造商正在選擇使用專門為高級電視開發的市場上可買到的縮放器芯片。這些數字的縮放器芯片有時候還與內置的微控制器和EEPROM集成在一起,以便存儲顯示器的微碼。這些數字芯片可以采用最新的數字電路制造工藝(0.13 μm或0.18 μm CMOS)從而提供更低的成本和更高的性能。
2 關于復雜度的問題
大部分的管芯面積由數字邏輯門組成,所以這種集成方法需要采用0.13μm或0.18μm數字CMOS制造工藝以便降低成本。在某些情況下,使用嵌入式動態隨機存儲器(DRAM)制造工藝以將幀緩沖存儲器集成到與圖像控制器在一起的同一芯片中,但是這些芯片不是很適合實現高性能的模擬功能。
為了適合高性能模擬電路并降低成本,需要有一種混合信號CMOS制造工藝。因為混合信號制造工藝沒有被普遍采用,而且具有高性能混合信號經驗的設計工程師仍然很少,所以其模擬性能很難達到要求。正如人們看到的其初期集成產品的圖像質量下降,不如單獨的模擬接口和數字接口產品。
雖然HDMI接口通常被認為是一種數字接口,但是其設計需要相當多的
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