深入淺出接觸DVI接口技術(shù)

就目前的市場(chǎng)銷(xiāo)售情況來(lái)說(shuō)，液晶顯示器(LCD)的銷(xiāo)售額已經(jīng)超過(guò)了傳統(tǒng)的CRT顯示器(不過(guò)由于液晶顯示器的單價(jià)較高，具體的銷(xiāo)售數(shù)量（臺(tái)）還沒(méi)有超過(guò)CRT)。目前人們選擇液晶顯示器一方面是看重該產(chǎn)品的節(jié)能性，一方面看重其體積小、占地少。目前銷(xiāo)售的液晶顯示器普遍都具有兩種接口，DVI（數(shù)字視頻接口）和模擬接口（D型15針）。

由于液晶采用的是一種純數(shù)字的設(shè)備，那么直接通過(guò)DVI接口輸入數(shù)字信號(hào)當(dāng)然會(huì)更好，而通過(guò)D型15針接口就顯得有些不明智了（RAMDAC將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)為模擬信號(hào)，再將模擬信號(hào)傳入液晶顯示器，最后通過(guò)液晶顯示器內(nèi)部再次轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)）。在CRT占據(jù)天下時(shí)模擬接口自然沒(méi)有什么問(wèn)題，不過(guò)在液晶大行其道的今天就顯得有些不合時(shí)宜了。

實(shí)際上，筆記本電腦在很久以前就開(kāi)始通過(guò)LVDS（低電壓微分信號(hào)）傳送器、接收器實(shí)現(xiàn)全數(shù)字顯示了。而目前使用越來(lái)越多的數(shù)字接口（DVI）是由DDWG(Digital Display Working Group)開(kāi)發(fā)的。

對(duì)于模擬接口的顯示器，我們都知道它和PC連接時(shí)需要進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)才能得到好的圖象；而對(duì)于采用DVI接口的顯示器，盡管其承諾無(wú)需調(diào)節(jié)就可以達(dá)到有效的顯示效果，不過(guò)這種情況只能在傳送器和接收器都兼容DVI標(biāo)準(zhǔn)的前提下，同時(shí)還需要轉(zhuǎn)換的信號(hào)符合標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)要求目前還很少有產(chǎn)品可以達(dá)到。數(shù)碼接口芯片的供應(yīng)商Silicon Image在購(gòu)進(jìn)7塊GeForceFX 5200顯卡進(jìn)行測(cè)試后，發(fā)現(xiàn)其中沒(méi)有一塊符合DVI標(biāo)準(zhǔn)。僅僅擁有DVI接口并不意味著可以實(shí)現(xiàn)純數(shù)字顯示。

DVI標(biāo)準(zhǔn)

DVI是一種連接顯卡系統(tǒng)和顯示設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，特別是純數(shù)碼顯示設(shè)備，比如LCD等。一個(gè)DVI顯示系統(tǒng)包括一個(gè)傳送器和一個(gè)接收器。傳送器是信號(hào)的來(lái)源，可以?xún)?nèi)建在顯卡芯片中，也可以以附加芯片的形式出現(xiàn)在顯卡PCB上；而接收器則是顯示器上的一塊電路，它可以接受數(shù)字信號(hào)，將其解碼并傳遞到數(shù)字顯示電路中，通過(guò)這兩者，顯卡發(fā)出的信號(hào)成為顯示器上的圖象。如果用戶(hù)希望得到一個(gè)完美顯示的畫(huà)面，那么傳送器就需要將干凈的信號(hào)傳給接收器，而接收器自己也需要將信號(hào)解碼并干凈的傳給顯示器。

為了實(shí)現(xiàn)符合DVI標(biāo)準(zhǔn)，顯卡在硬件上必須支持最低25.175MHz的帶寬，這是實(shí)現(xiàn)最低的640×480@60Hz分辨率畫(huà)面的條件。目前的DVI>為了實(shí)現(xiàn)符合DVI標(biāo)準(zhǔn)，顯卡在硬件上必須支持最低25.175MHz的帶寬，這是實(shí)現(xiàn)最低的640×480@60Hz分辨率畫(huà)面的條件。目前的DVI 1.0標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大單通道帶寬為165MHz，也就是在大多數(shù)情況下實(shí)現(xiàn)1600×1200的分辨率。

消隱期是指顯示器準(zhǔn)備開(kāi)始顯示另一幅畫(huà)面或區(qū)域所需要的時(shí)間。CRT因?yàn)樾枰獙㈦娮訕屩匦露ㄎ坏狡聊坏囊唤?，所以需要的消隱期相當(dāng)?shù)母?；而LCD所需要的消隱期則相對(duì)短的多，不過(guò)并不是所有的產(chǎn)品都是這樣。DVI標(biāo)準(zhǔn)要求LCD顯示器的消隱期小于5％，如果消隱期大于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，那么就需要顯示器具有更大的帶寬。舉個(gè)例子：從理論上來(lái)講，1600×1200分辨率下需要142MHz的帶寬，如果計(jì)算上5％的消隱期，那么142MHz的帶寬就顯得有些緊張了。

DVI是基于TMDS(transition minimized differential signaling) 電子協(xié)議設(shè)立的。TMDS是一種微分信號(hào)機(jī)制，可以將象素?cái)?shù)據(jù)編碼，并通過(guò)串行連接傳遞，傳遞的信號(hào)具有3-6個(gè)數(shù)據(jù)通道對(duì)以及一個(gè)頻率信號(hào)對(duì)。在兩個(gè)DVI通道的情況下，標(biāo)準(zhǔn)則允許更大的帶寬。雙連接的DVI顯卡可以支持最大330MHz的帶寬，這樣可以輕松實(shí)現(xiàn)每個(gè)象素8bit數(shù)據(jù)，2048×1536分辨率。一塊帶有兩個(gè)DVI通道的顯卡具有2個(gè)TMDS傳送器和2個(gè)DVI接口，這兩個(gè)接口可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)不同的數(shù)字顯示器。當(dāng)然，用戶(hù)也可以選擇只驅(qū)動(dòng)一個(gè)顯示器，這樣就可以獲得更高的單通道帶寬驅(qū)動(dòng)高分辨率的畫(huà)面（比如優(yōu)派的VP2290b）。

測(cè)試DVI

上面我們提到，顯示一個(gè)高分辨率畫(huà)面需要一個(gè)高帶寬信號(hào)，不過(guò)將數(shù)據(jù)以高帶寬傳輸并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的工作，需要用心設(shè)計(jì)傳送器和接收器，甚至是顯卡的PCB線(xiàn)路（這也是成功的關(guān)鍵）。一個(gè)高質(zhì)量的傳送器必須可以產(chǎn)生干凈的信號(hào)，不過(guò)信號(hào)可以因?yàn)殡娐钒逶O(shè)計(jì)的拙劣而“變形”和“扭曲”。為了實(shí)現(xiàn)高分辨率畫(huà)面，我們就需要對(duì)傳送器進(jìn)行測(cè)試，來(lái)確保它可以產(chǎn)生干凈的信號(hào)；同時(shí)也需要對(duì)顯示器的接收器做測(cè)試，來(lái)保證它可以干凈的對(duì)信號(hào)解碼并顯示出盡可能完美的畫(huà)面。

通常對(duì)顯卡的測(cè)試方法是將液晶顯示器、投影儀等DVI接受設(shè)備也顯卡連接，測(cè)試人員查看不同設(shè)備上顯示出的圖案是否準(zhǔn)確；對(duì)于接收器的測(cè)試則是將將其和不同的DVI傳送器（通常是顯卡）連接，查看測(cè)試圖案是否符合原圖。實(shí)際上，這兩項(xiàng)測(cè)試均依賴(lài)與測(cè)試人員的觀察，這可以相當(dāng)主觀而不易掌握的技巧。

科學(xué)的測(cè)試應(yīng)該是在示波器下查看、分析傳送器發(fā)送出的信號(hào)，通過(guò)觀察示波器屏幕上的圖案可以得到更客觀、準(zhǔn)確的判斷。信號(hào)會(huì)在示波器上形成一個(gè)眼型的圖案（Data Eye）。

在162MHz通過(guò)的眼型圖案

這里是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的眼型圖案測(cè)試畫(huà)面，我們給出的是在162MHz帶寬上的圖樣。示波器通過(guò)自身的軟件增加了一個(gè)黑色覆蓋區(qū)，符合要求的數(shù)據(jù)區(qū)（橙、黃色區(qū)域）不會(huì)和藍(lán)色區(qū)域混合，也就是說(shuō)如果眼型圖案保持在黑色區(qū)域內(nèi)部，那么我們就可以認(rèn)為信號(hào)是合格的。不過(guò)這種方法需要測(cè)試人員自行計(jì)算圖象的抖動(dòng)、上沖、下行值，并判斷信號(hào)圖象是否符合。

不過(guò)Silicon Image和Tektronix合作為T(mén)ek TDS 7404示波器開(kāi)發(fā)了一款軟件來(lái)自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，為測(cè)試人員提供了一種更好的方式。TDS 7404的結(jié)構(gòu)類(lèi)似與PC，采用的也是Windows操作系統(tǒng)，編寫(xiě)軟件自然不是什么太困難的事。該軟件在上面的圖表上自動(dòng)生成黑色和藍(lán)色的區(qū)域，并會(huì)對(duì)信號(hào)的正確性發(fā)出“Pass”（通過(guò)）或是“Fail”（失?。┑男畔?。不過(guò)這款產(chǎn)品可不便宜，一臺(tái)全配置的TDS 7404，售價(jià)70000美元，上面提到的軟件售價(jià)為2000美元。

TekTDS 7404

測(cè)試DVI接收器要相對(duì)麻煩一些，因?yàn)樵谶@里測(cè)試人員必須自行生成測(cè)試圖案，在其中還要包括足夠的干擾和抖動(dòng)來(lái)測(cè)試接收器的極限。對(duì)接收器的測(cè)試是為了讓數(shù)字顯示設(shè)備可以呈現(xiàn)出盡可能干凈的畫(huà)面。

有干擾的DVI畫(huà)面

提醒大家注意實(shí)際的顯示質(zhì)量和DVI是無(wú)關(guān)的。

實(shí)際測(cè)試

目前越來(lái)越多的顯卡芯片都設(shè)計(jì)了內(nèi)建的TMDS傳送器。這對(duì)于顯卡設(shè)計(jì)而言是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，它意味這模擬和數(shù)字混合信號(hào)電路需要通過(guò)制造技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足純數(shù)字信號(hào)的需要。集成TMDS傳送器的質(zhì)量需要最好的，目前大約有7家顯卡廠商采用了Silicon Image的傳送器芯片。實(shí)際上，我們選擇了一款帶有兩個(gè)DVI接口的顯卡來(lái)進(jìn)行測(cè)試，該顯卡內(nèi)建了一個(gè)TMDS傳送器，同時(shí)也采用的Silcon Image的SiI164芯片提供另一個(gè)DVI接口。

下面的圖樣為Sil164芯片對(duì)應(yīng)的接口：

Eye Diagram - 使用SiI 164芯片

大家可以發(fā)現(xiàn)，這款芯片沒(méi)有通過(guò)測(cè)試。軟件繪制的藍(lán)色區(qū)域超過(guò)了信號(hào)的邊界。

根據(jù)Silicon Image的Mark Williams的說(shuō)法，在PCB上更合理的設(shè)計(jì)SiI164芯片可以解決這個(gè)問(wèn)題；同時(shí)在實(shí)際使用中，一般用戶(hù)也不會(huì)察覺(jué)到這個(gè)問(wèn)題。

當(dāng)我們切換到顯卡內(nèi)建的TMDS傳送器接口時(shí)，情況變得更糟糕了。首先，我們將一個(gè)使用邊際DVI接收器的液晶顯示器與其連接，產(chǎn)生的畫(huà)面可以用“糟糕”來(lái)形容，Tek示波器甚至無(wú)法生成眼型圖案。

出現(xiàn)這樣的情況主要時(shí)因?yàn)榧傻腡MDS傳送器只有142MHz的工作頻率，為了提供1600×1200的畫(huà)面而不得不減少了信號(hào)消隱期。這種做法在一些顯示器上不會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題，不過(guò)在更多其他產(chǎn)品上則會(huì)引起圖象抖動(dòng)、象素點(diǎn)偏移等情況。

不過(guò)在我們的測(cè)試中，即使使用了減少了消隱期（142MHz）還是無(wú)法得到正確的畫(huà)面（如上圖所示）。

對(duì)于DVI展望

顯卡集成的TMDS傳送器出現(xiàn)的問(wèn)題并不是不能克服的，我們相信已經(jīng)有一些顯卡芯片廠商可以拿出合適的產(chǎn)品，不過(guò)一切都需要在測(cè)試過(guò)后才可以下結(jié)論。

通常的畫(huà)質(zhì)研究集中在顯卡如何通過(guò)特殊的渲染功能產(chǎn)生漂亮的畫(huà)面，不過(guò)現(xiàn)在我們應(yīng)該加入一項(xiàng)新的測(cè)試內(nèi)容：DVI信號(hào)一致性。我們會(huì)在今后對(duì)DVI信號(hào)的質(zhì)量做更深入的探討，并希望它成為今后顯卡測(cè)試的一部分。