Топология абсолютно любого жидкокристаллического (ЖК) экрана представляет собой матрицу, образованную системой строчных и столбцовых электродов. При этом каждый элемент изображения находится на пересечении строки и столбца (рис. 1). Количество строк всегда меньше количества столбцов. Для включения соответствующего пиксела (точки) должен быть выбран столбец и должна быть указана строка, в которой находится эта точка. В результате будет приложено определенное управляющее напряжение к элементу изображения. Выборка строк и столбцов осуществляется переключением ключевых транзисторов, которые образуют так называемые, столбцовые и строчные драйверы. Естественно, что количество транзисторов, содержащихся в столбцовых драйверах должно точно соответствовать количеству столбцов и то же самое – для строк.

Рис. 1

Так, например, в цветной панели 1024×768 точек, содержится 1024 столбца и 768 строк, при этом, так как панель цветная, то и каждый элемент изображения состоит еще из трех элементов – красного, зеленого и синего. Поэтому, такая панель, скорее всего, будет содержать 3072 столбца (1024×3) и 768 строк. Таким образом, для управления этой панелью требуется 3072+768=3840 транзисторов. Естественно, что сейчас эти массивы транзисторов выполнены в виде интегральной микросхемы, которая при этом размещается в самой ЖК-панели и вместе с этой панелью образует неразборную конструкцию.

В то же самое время управляющие сигналы для переключения этих транзисторов должны формироваться микропроцессором, который располагается на основной плате управления монитором. Этим микропроцессором (и еще целым рядом других микросхем) осуществляется преобразование сигналов, передаваемых от компьютера в сигналы управления ЖК-панелью, т. е. в сигналы управления строчными и столбцовыми драйверами. Упрощенная схема взаимодействия различных элементов ЖК-монитора показана на рис. 2.

Рис. 2

Таким образом, одним из самых интересных для ремонтных служб является интерфейс между ЖК-панелью и микропроцессором монитора. Анализ сигналов этого интерфейса позволит дать точный ответ на вопрос что неисправно – ЖК-панель или печатная плата управления. Ответ на это вопрос и будет определять стратегию и тактику последующего ремонта.

Существует несколько способов (несколько интерфейсов) соединения ЖК-панели и микропроцессора. Но вначале стоит оговориться, что на выходе этого микропроцессора данные формируются в виде цифровых сигналов, обычно соответствующих уровням TTL, и при этом данные выдаются в параллельном коде. В этом параллельном коде каждому цвету соответствует до 8 битов, т. е. каждая цветная точка на выходе микропроцессора описывается 24 битами. Кроме того, для синхронизации передаваемых данных на выходе этого микропроцессора формируются сигналы строчной и кадровой синхронизации, определяющие начало строки и начало нового кадра. Таким образом, эти сигналы синхронизации позволяют точно определить положение точки на экране. Все эти сигналы – и сигналы синхронизации и сигналы цвета – должны быть преобразованы в сигналы управления столбцовыми и строчными драйверами (рис. 3).

Итак, рассмотрим интерфейсы TFT панелей.

Рис. 3

Стандартный

Это самый первый и до сих пор нередко встречающийся тип интерфейса. В этом случае микросхема столбцовых и строчных драйверов, содержащая еще и схемы дешифраторов и называемая зачастую Gate Driver, соединяется напрямую с микропроцессором, находящимся на центральной плате. Микросхема Gate Driver имеет большое количество входов управления матрицей и еще большее количество выходов управления строками и столбцами. Такое соединение требует большого количества соединительных проводов, что отрицательно сказывается на надежности конструкции в целом. Этот недостаток очень существенен в случае применения ЖК-панели в ноутбуках, ведь постоянное открывание-закрывание верхней крышки ноутбука, где и располагается ЖК-панель, может привести к повреждению одного или нескольких проводов в соединительном жгуте, К тому же стандартный способ имеет и еще один недостаток – конкретная центральная плата разводится только под определенный тип панели. Построение системы со стандартным интерфейсом показано на рис. 4. Этот тип интерфейса используется в основном для ЖК-экранов как с пассивной, так и с активной адресацией, имеющих форматы до VGA.

Рис. 4

Увеличение разрешения экранов, т. е. увеличение количества пикселов, привело к возрастанию скорости передачи данных и потребовалось ввести в состав дисплея схему управления синхронизацией, приема и распределения сигналов по строковым и столбцовым драйверами – контроллер синхронизации – TCON (Timing Controller), физически размещаемый внутри ЖК-панели. TCON находится между микропроцессором и драйверами (рис. 5). Поэтому дисплейный интерфейс стал состоять из двух интерфейсов:

- интерфейс передачи данных от микропроцессора до контроллера синхронизации;

- интерфейс передачи данных от контроллера синхронизации до драйверов.

Рис. 5

Второй из перечисленных интерфейсов является внутренним и недоступен при ремонте, а вот первый, являясь внешним, представляет наибольший интерес при ремонте. Данный интерфейс использует последовательный способ передачи данных, что позволяет минимизировать количество соединительных проводов и повышает надежность системы. Однако, как уже говорилось выше, на выходе микропроцессора данные формируются в параллельном коде, и поэтому требуется преобразование параллельного кода в последовательный. Все это приводит к появлению дополнительной микросхемы – передатчика последовательного кода. Эта микросхема обеспечивает преобразование параллельного кода от микропроцессора в последовательный код и осуществляет передачу полученного последовательного кода на ЖК-панель. Естественно, что в составе ЖК-панели должна присутствовать микросхема обратного преобразователя последовательного кода в параллельный. Таким образом, данный вариант передачи данных на панель можно представить в виде системы шифратор (передатчик – Receiver) – дешифратор (приемник – Transmitter) (рис. 6).

Рис. 6

В текущий момент времени наибольшее распространение в ЖК-мониторах получили несколько интерфейсов, которые мы и рассмотрим ниже. Хочется отметить, что практически все новые разработки в этой области используют дифференциальную низкоуровневую логику, применение которой обусловлено тем, что использование стандартных TTL и CMOS сигналов уже не может обеспечить передачу цифровых сигналов с широкой полосой пропускания на расстояния до десяти сантиметров без помех. Так, например, для формирования изображения с разрешением 1280×1024 в режиме True Color для передачи данных на ЖК-панель требуется полоса пропускания около 370 МГц.

LVDS

LVDS (TIA/EIA-644) – Low Voltage Differential Signaling – дифференциальный интерфейс для скоростной передачи данных. Этот интерфейс разработан фирмой National Semiconductor в 1994 году. Технология LVDS отражена в двух стандартах:

1. TIA/EIA (Telecommunications Industry Association/Electronic Industries Association) — ANSI/TIA/EIA-644 (LVDS) стандарт

2. IEEE (Institute for Electrical and Electronics Engineering) — IEEE 1596.3

Кроме того, этот интерфейс используется под торговой маркой FPD-Link TM. Вторым владельцем авторских прав на эту шину является компания Texas Instruments, которая выпускает ее под фирменной торговой маркой FlatLinkTM.

Этот интерфейс способен передавать до 24 битов информации за один пиксельный такт, что соответствует режиму True Color (16.7 млн. цветов). При этом исходный поток данных (24 бита) конвертируется в 4 дифференциальные пары сигналов с умножением исходной частоты в семь раз. Тактовая частота передается по отдельной дифференциальной паре проводов. Уровни рабочих сигналов составляют 345 мВ, выходной ток передатчика от 2.47 до 4.54 мА и а нагрузка – 100 Ом. Данный интерфейс позволяет обеспечить надежную передачу данных с полосой пропускания свыше 455 МГц без искажений на расстояние до нескольких метров.

При использовании этого интерфейса на центральной плате монитора устанавливается микросхема LVDS-передатчика сигналов (Transmitter), а на ЖК-панели микросхема LVDS-приемника (Receiver). Подробнее о передаче сигналов и о микросхеме Transmitter'а читайте в статье на странице …. данного номера журнала.

Кроме уже названных достоинств, подобное решение является достаточно универсальным – различные типы передатчиков и приемников в большинстве случаев совместимы между собой, что позволяет использовать в «старом» мониторе более новую панель.

Интерфейс LVDS позже дорабатывался с целью увеличения пропускной способности и повышения надежности передачи данных, а также он выпускался другими разработчиками под разными торговыми марками, что внесло некоторую неясность в классификацию интерфейсов и складывается впечатление, что имеется множество различных шин. Так, например, разновидностями и торговыми марками интерфейса LVDS являются:

- FPD-LinkTM;

- FlatLinkTM;

- PanelBusTM;

- LDI;

- OpenLDITM.

LDI – LVDS Display Interface – расширение ранее разработанного интерфейса LVDS. В этой разработке National Semiconductor удвоила число пар линий, используемых для передачи данных, т. е. теперь стало 8 пар дифференциальных сигналов. Кроме того, за счет введения избыточного кодирования улучшен баланс линий по постоянному току, а стробирование производится каждым фронтом такового сигнала. Данным интерфейсом поддерживается скорость передачи данных до 112 МГц. Этот интерфейс можно встретить род торговой маркой OpenLDITM.

TMDS и PanelLinkTM

Компания Silicon Image разработала спецификацию с торговой маркой Panel Link, позволяющую разработчику объединять любую систему с любой панелью. Этот интерфейс был зарегистрирован VESA под названием TMDS (Transition Minimized Differential Signal). Этот интерфейс очень близок к LVDS, но имеет некоторые отличия:

1. Передатчик TMDS не только производит преобразование параллельного кода в последовательный, но и обеспечивает преобразование 8-битного кода в 10-битовый с целью уменьшить количество фронтов и одновременно обеспечить баланс сигнала по постоянной составляющей. Для кодирования используется фирменный запатентованный метод.

2. TMDS – это дифференциальный интерфейс, у которого источник тока включен между двумя проводниками.

3. В TMDS используется тактирование данных каждым фронтом тактового сигнала, за счет чего повышается скорость передачи. Вместо 4-х пар проводников используется только три пары – для красного, зеленого и синего цвета.

При использовании интерфейса TMDS центральная плата снабжается передатчиком (Panel Link Transmitter), а ЖК-панель – соответствующим приемником (Panel Link Receiver). Передача сигнала осуществляется парами проводов по стандарту TMDS и имеет пропускную способность более 1Гигабита в секунду. Причем микросхема–передатчик полностью совместима с любым типом приемника. Таким образом, можно подключить контроллер панели, снабженный универсальным передатчиком, к любому типу панели – VGA (640×480), SVGA (800×600), XGA (1024×768), SXGA (1280×1024), лишь бы она была снабжена соответствующим типу панели приемником.

Технология TMDS имеет и еще два достаточно существенных преимущества:

1. TMDS-интерфейс позволяет использовать соединения до 10м длиной. Благодаря этому можно использовать TMDS-соединение для связи видеокарты компьютера с ЖК-монитором. Получаем цифровой способ передачи сигнала, при котором отпадает необходимость проводить преобразование сигналов внутри монитора, что значительно упрощает их схему, повышает надежность мониторов и улучшает качество картинки, т. к. отсутствует преобразование сигналов из цифрового вида в аналоговый а затем наоборот.

2. Микросхемы Panel Link производятся по стандартной CMOS технологии. Ядро передатчика, таким образом, может быть интегрировано в графический чип VGA или в чип ускорителя. Например, в чипе GF4 может быть интегрировано до 3-х передатчиков TMDS.

Фактически цифровой выход DVI представляет собой совокупность аналоговых сигналов и пар TMDS. Для примера на рис. 7 и в табл. 1 описывается интерфейс DVI.

Рис. 7

Таблица 1