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En 1999, John Goldie, pionnier de la technologie LVDS et également un bon ami d’Introspect Technology, a publié un article intitulé «LVDS Goes the Distance !». Aujourd’hui, 25 ans plus tard, nous n’aurions pas pu trouver de meilleur titre pour notre article. Voici donc l’hommage d’Introspect à la technologie LVDS et à notre cher ami John. Poursuivez votre lecture pour en savoir plus sur la technologie d’affichage automobile LVDS et sur la manière dont elle est testée !
L’acronyme LVDS signifie « Low Voltage Differential Signaling » (transmission différentielle à basse tension) ; en raison de son succès et de son omniprésence, ce terme a été utilisé pour désigner un grand nombre de technologies d’interface. Si l’on y réfléchit bien, la plupart des interfaces à haut débit utilisent une transmission différentielle à basse tension, notamment le PCI Express® de PCI-SIG, le DisplayPort™ de VESA, les normes D-PHY℠ et M-PHY® de la MIPI Alliance, et bien d’autres encore. Il est donc facile de ne plus savoir de quelle interface il est question lorsque l’on utilise simplement le terme « LVDS ». Dans cet article, nous nous intéressons à la norme LVDS d’origine, utilisée dans les liaisons d’affichage, et parfois appelée « LVDS Display Interface » (LDI) ou « Open LVDS Display Interface » (OLDI). Nous décrivons certaines des caractéristiques de l’Open LVDS Display Interface (OLDI) dans la section suivante.
L’interface OLDI repose sur la couche physique LVDS d’origine, qui présentait deux caractéristiques distinctes. Premièrement, le circuit d’attaque est de type « mode courant » et comporte une source de courant polarisant deux transistors complémentaires, comme le montre la figure 1. La deuxième caractéristique du LVDS est qu’il s’agit d’une liaison couplée en courant continu, dotée d’une seule résistance de terminaison flottante de 100 ohms côté réception. Ceci est également illustré à la figure 1. L’utilisation d’une terminaison flottante facilite quelque peu la polarisation d’une liaison LVDS. De plus, la conception en mode courant implique que le niveau en mode commun d’un signal LVDS est relativement élevé selon les normes actuelles, s’établissant à 1,25 V.
Pour transmettre des données de pixels en série via une paire différentielle LVDS, le protocole OLDI repose sur la conversion parallèle-série (également appelée « sérialisation ») et sur l’utilisation de plusieurs paires différentielles en parallèle. Par exemple, pour envoyer des données RVB 24 bits sur 4 paires différentielles, le protocole OLDI générerait un diagramme de synchronisation de transmission similaire à celui illustré à la figure 2.
L’une des caractéristiques marquantes du diagramme de synchronisation ci-dessus est la présence d’une horloge transmise, utilisée pour synchroniser la transmission des données entre la source vidéo et le récepteur. En d’autres termes, une paire différentielle supplémentaire est utilisée pour transmettre un signal d’horloge. De plus, ce signal d’horloge est généralement 7 fois plus lent que les données transmises. Le rapport entre les voies de données et la voie d’horloge est de 7:1. Cela contribue à l’intégrité du signal et à la synchronisation de l’horloge de pixels côté récepteur.
Du point de vue de la conception, le diagramme de synchronisation ci-dessus se traduit par un schéma fonctionnel similaire à celui illustré à la figure 3. Il est important de noter que des boucles à verrouillage de phase (PLL) sont nécessaires tant du côté émetteur que du côté récepteur d’une liaison OLDI.
Outre les PLL, vous pouvez constater que la structure numérique pilotant une interface d’affichage LVDS est très légère et ne comporte pas de logique complexe de codage, de mappage ou de brouillage. C’est sans doute l’un des principaux attraits de la norme OLDI pour la création de solutions d’affichage à très faible coût. Cela explique pourquoi les écrans LVDS sont actuellement très répandus dans le secteur automobile.
Dans les implémentations actuelles des écrans OLDI, les ingénieurs conçoivent des systèmes d’affichage comportant un grand nombre de liaisons OLDI simultanées. Il n’est pas rare de voir une solution d’affichage unique comprenant 4 ports LVDS de 4 voies chacun, voire davantage. Pour caractériser de telles implémentations, un générateur de motifs flexible est nécessaire, et le testeur SerDes personnalisé Introspect SV3C-12 est le produit idéal à cet effet. Il intègre jusqu’à 32 générateurs de motifs dans un format compact et est capable d’effectuer une injection de décalage horloge-données ainsi qu’une injection de gigue. La figure 4 ci-dessous illustre un exemple d’utilisation du SV3C-12 pour les tests de récepteurs OLDI.
Sur cette illustration, on distingue plusieurs éléments, qui sont décrits ci-après.
Le testeur SerDes SV3C-12 constitue le composant principal de la solution de caractérisation OLDI. Bien qu’il soit équipé de récepteurs, le SV3C-12 est utilisé dans cette application uniquement pour la génération de séquences de test. Chaque voie dispose de sa propre mémoire de générateur de séquences, et le logiciel Pinetree est utilisé pour créer une interface prête à l’emploi de génération de vidéos OLDI.
Outre l’API de protocole permettant de générer des données vidéo OLDI, le SV3C-12 prend en charge une amplitude de tension programmable, un décalage programmable entre l’horloge et les données avec une résolution de l’ordre de la picoseconde, ainsi qu’une injection de gigue programmable. Il peut ainsi être utilisé pour caractériser la sensibilité du récepteur et sa tolérance à la gigue. Le test de tolérance à la gigue est essentiel pour s’assurer que les boucles PLL intégrées au récepteur fonctionnent toutes correctement.
Le SV3C-12 dispose d’un périphérique optionnel de contrôle du mode commun ; deux d’entre eux sont illustrés à la figure 4. Ce périphérique reçoit les données du générateur de motifs provenant du SV3C-12 et y ajoute des décalages de tension en mode commun arbitraires, ce qui permet au SV3C-12 de tester des interfaces à des tensions bien supérieures aux 1,25 V requis par la norme OLDI. De plus, chaque voie peut être programmée avec sa propre tension de mode commun, ce qui permet une caractérisation véritablement flexible. Par exemple, la tension de mode commun de la voie d’horloge peut être balayée tout en maintenant les voies de données à un niveau constant, ou inversement.
Enfin, Pinetree est la clé de l’automatisation de tous les tests. En vous reportant à la figure 5, vous pouvez voir l’API intégrée pour la génération de motifs OLDI. Reprenant une architecture similaire à celle de nos autres solutions de caractérisation d’écrans, telles que MIPI DSI-2 et VESA DisplayPort, le logiciel propose une représentation hiérarchique du générateur de motifs, comprenant des composants dédiés à la génération de motifs, au contrôle du débit de données et au contrôle en mode commun.
Les écrans LVDS ont quelque chose d’intemporel. Peut-être tient-ce à l’acronyme « LVDS », qui ne se démode jamais, ou peut-être à ce protocole relativement simple au regard des hautes performances qu’il offre. Quoi qu’il en soit, toute une gamme de solutions d’affichage multiports est actuellement en cours de déploiement, et Introspect est là pour vous aider ! Grâce à nos générateurs de motifs hautement parallèles, nous sommes en mesure de proposer au secteur une solution de test et de caractérisation à la fois très flexible et économique. Envoyez-nous un e-mail à l’adresse info@introspect.ca pour nous faire part de toutes vos questions concernant les tests LVDS.
