Wyświetlanie łączy SerDes: czego interfejsy 8K i High-Speed ​​stawiają projektowi

Para serializatora i deserializatora rozwiązuje problem, z którym nie radzą sobie zwykłe łącza równoległe i niskonapięciowe: przesyła ogromną liczbę pikseli przez kabel, który musi przetrwać w pojeździe, maszynie lub budynku. Nie ułatwia jednak projektowania instalacji elektrycznej. Kanał, taktowanie, zasilanie i ścieżka termiczna stają się kwestiami priorytetowymi, a wyświetlacz przestaje być najbardziej wymagającym elementem systemu.

Co tak naprawdę niesie ze sobą link SerDes?

Piksele, kontrola i często moc w jednym.

Łącze SerDes szereguje dane wyświetlacza, kanał sterujący, a często także zasilanie, na jednym lub dwóch przewodnikach, dzięki czemu wyświetlacz może znajdować się w odległości kilku metrów od hosta, a jego działanie jest możliwe dzięki cienkiemu, elastycznemu i taniemu kablowi.

To właśnie ta kombinacja sprawia, że ​​architektura ta pojawia się w pojazdach, maszynach przemysłowych i wózkach medycznych, gdzie panel jest oddalony od elektroniki, a wiązka przewodów musi wytrzymać ruch i wibracje. Serializator znajduje się blisko hosta, deserializator blisko panelu, a łącze między nimi przenosi kanał dosyłowy dla wideo i kanał zwrotny dla sterowania i diagnostyki. Ponieważ kanał sterujący jest dwukierunkowy i ma niską prędkość, ten sam kabel może przesyłać dane dotykowe, sterowanie podświetleniem, odczyt temperatury i rejestr błędów, co eliminuje konieczność stosowania oddzielnej wiązki przewodów, która byłaby wymagana w przypadku interfejsu równoległego. Zaletą jest to, że łącze jest teraz szybkim systemem analogowym, a konstrukcja wyświetlacza dziedziczy jego ograniczenia.

Czego wymaga od kanału szybsze łącze?

Kontrolowana impedancja, szerokość pasma i ścieżka powrotna.

Wraz ze wzrostem szybkości transmisji danych kabel przestaje zachowywać się jak przewód, a zaczyna jak linia transmisyjna. W związku z tym kontrola impedancji, tłumienność wtrąceniowa i ścieżka powrotna decydują o tym, czy łącze zostanie zamknięte.

Trzy wymagania są ze sobą ściśle powiązane. Impedancja kabla, złącza i ścieżki płytki musi być zgodna z tolerancją, która obowiązuje w całym zakresie częstotliwości, ponieważ niedopasowanie powoduje odbicia, które zamykają oko na odbiornik. Tłumienność wtrąceniowa musi mieścić się w budżecie korektora, co ogranicza praktyczną długość kabla i liczbę złączy na ścieżce. Ścieżka powrotna musi być ciągła, ponieważ przy tych prędkościach prąd powrotny podąża ścieżką sygnału, a przerwana płaszczyzna odniesienia wytwarza szum promieniowany i łącze, które działa na jednej próbce, a nie na następnej. Reguły warstwy fizycznej dla łączy w stylu mobilnym są zdefiniowane przez specyfikację MIPI DSI i specyfikację MIPI CSI-2 , podczas gdy rodzina serializatorów samochodowych, taka jak TI FPD-Link, dokumentuje oczekiwania dotyczące kanału dla własnych urządzeń.

Jak działa taktowanie łącza?

Zegar został osadzony i odzyskany.

Większość łączy SerDes wyświetla zegar w strumieniu danych i odzyskuje go w deserializatorze, dzięki czemu nie ma osobnego przewodnika zegara, a budżet czasowy jest przenoszony na drgania odzyskanego zegara.

Jest to wygodne dla uprzęży i ​​wymagające dla projektu. Ponieważ zegar jest odzyskiwany, wszelkie drgania na łączu stają się drganiami na odzyskiwanym zegarze, a sterownik czasowy panelu musi to tolerować. Praktyczne rozwiązania mają na celu utrzymanie ścieżki między deserializatorem a panelem tak krótkiej, jak to możliwe, utrzymanie jakości zegara referencyjnego w serializatorze oraz uniknięcie prowadzenia łącza wzdłuż zasilaczy przełączających lub sterowników podświetlenia, których szum byłby dodawany do strumienia. Jeśli panel znajduje się na tej samej płytce co deserializator, połączenie można nawiązać za pomocą konwencjonalnego łącza niskonapięciowego, co jest wzorcem stosowanym w wielu modułach wyświetlacza.

Punkty specyfikacji decydujące o wyniku

Pięć wpisów niesie ze sobą ryzyko.

Dane, które decydują o tym, czy łącze działa, to wymagana szybkość pikseli, typ i długość kabla, liczba złączy, korektor i budżet mocy w deserializerze oraz ścieżka termiczna na obu końcach.

Wiersz diagnostyczny to zaleta, która jest często pomijana podczas przeglądów projektów, ponieważ łącze, które raportuje własne liczniki błędów, umożliwia pomiar sporadycznych usterek, a nie tylko ich anegdotycznych odpowiedników. Kontekst bezpieczeństwa gotowego sprzętu jest zgodny z normą IEC 62368-1, tam gdzie ma ona zastosowanie, a wymagania dotyczące wykonania zespołów po obu stronach są zgodne z praktyką IPC.

Jak zmienia się pozyskiwanie wraz z architekturą SerDes?

Łącze staje się kwalifikowanym podsystemem.

Gdy wyświetlacz jest podłączony za pomocą łącza SerDes, panel, serializator, deserializator, kabel i złącza tworzą jeden kwalifikowany podsystem, więc zastąpienie któregokolwiek elementu w tym łańcuchu wymaga ponownej weryfikacji łącza.

To zmienia sposób prowadzenia rozmów handlowych na trzy sposoby. Specyfikacja przesłana do dostawcy musi określać łącze, typ kabla i jego długość, ponieważ zachowanie panelu zależy od odzyskanej jakości sygnału zegara. Przedstawione dowody powinny obejmować margines łącza lub liczbę błędów w skrajnych temperaturach i długości kabla, a nie tylko dane optyczne panelu. Dostępność musi być uwzględniona w całym łańcuchu, ponieważ deserializator osiągający koniec cyklu życia jest tak samo uciążliwy, jak panel, a kwalifikacja z drugiego źródła obejmuje oba te czynniki. Zmiany w cyklu życia paneli i produktów w przypadku wyświetlaczy są monitorowane komercyjnie przez firmy badawcze, takie jak TrendForce.

Typowe błędne interpretacje projektu SerDes

Cztery odczyty są mylące.

Pierwszym z nich jest traktowanie połączenia roboczego jako dowodu na to, że wiązka produkcyjna będzie działać, podczas gdy kabel roboczy jest krótki, a kabel produkcyjny nie. Drugim jest założenie, że budżet łącza jest właściwością samego układu, podczas gdy kabel i złącza pochłaniają jego większość. Trzecim jest ignorowanie ścieżki termicznej w deserializerze, który znajduje się blisko panelu i często w najcieplejszym miejscu obudowy. Czwartym jest pomijanie wartości kanału sterującego podczas diagnostyki w terenie.

Każdy błąd odczytu ma tani sposób na jego korektę. Przetestuj połączenie na długości kabla produkcyjnego i jego przebiegu, zanim projekt się zawiesi, i zapisz liczniki błędów, a nie tylko obraz. Zapytaj dostawcę komponentów o wymagania dotyczące kanału i porównaj je z danymi okablowania, a nie z regułą praktyczną. Umieść deserializator, mając na uwadze ścieżkę termiczną, ponieważ jego rozpraszanie mocy łączy się z podświetleniem w szczelnej obudowie. I włącz diagnostykę na wczesnym etapie, ponieważ łącze, które zgłasza własny margines, jest znacznie łatwiejsze do zakwalifikowania niż to, które wyświetla tylko obraz.

Co należy zweryfikować przed zamrożeniem projektu?

Margines łącza przy najgorszym kablu i temperaturze.

Przed zamrożeniem należy zmierzyć margines połączenia lub liczbę błędów na kablu produkcyjnym przy jego maksymalnej długości, w obu skrajnych temperaturach, przy użyciu złączy produkcyjnych i zasilaczy produkcyjnych.

W przeglądzie należy uwzględnić trzy kontrole uzupełniające. Należy potwierdzić ścieżkę powrotu i płaszczyznę odniesienia przez złącza, ponieważ przerwa w złączu powoduje sporadyczny błąd, który jest trudny do odtworzenia. Należy również potwierdzić ścieżkę termiczną deserializatora w odniesieniu do modelu obudowy, w tym obciążenie podświetlenia. Należy również upewnić się, że oprogramowanie układowe poprawnie obsługuje błąd łącza, zamiast wyświetlać zamrożony obraz, ponieważ produkt, który się regeneruje, jest znacznie łatwiejszy w obsłudze niż taki, który wymaga wyłączenia i ponownego włączenia zasilania. Komunikacja między wyświetlaczem a hostem przez kanał tylny powinna być opisana w dokumentacji interfejsu, a oczekiwania dotyczące warstwy fizycznej wynikają ze specyfikacji łącza.

Długoterminowa dostępność dla połączonego wyświetlacza

Cykl życia obejmuje cały łańcuch.

Wyświetlacz SerDes ma cykl życia obejmujący panel, serializator, deserializator, kabel i złącza, a najsłabsze ogniwo w tym łańcuchu decyduje o tym, jak długo można tworzyć produkt.

Plan powinien zawierać osobną listę każdego elementu i rejestrować, co dzieje się po zakończeniu eksploatacji każdego z nich: okres wypowiedzenia na piśmie, ilość ostatniego zakupu powiązaną z prognozą oraz udokumentowaną alternatywę, która została oceniona na poziomie łącza, a nie tylko na poziomie komponentu. W przypadku wymiany deserializatora należy ponownie zmierzyć margines łącza, ponieważ dwa urządzenia o tej samej specyfikacji nominalnej mogą różnić się zachowaniem korektora. W przypadku zmiany kabla należy porównać tłumienie wtrąceniowe. Kwalifikacja z drugiego źródła, przeprowadzona, gdy pierwszy łańcuch jest w dobrym stanie, to kontrola, która zapewnia możliwość budowy połączonego produktu, a zarejestrowane pomiary marginesu sprawiają, że wymiana jest tania.