一种驱动LVDS接口显示器的设计技术

S3C2440A为三星公司推出的基于ARM9内核的嵌入式处理器，功耗低、价格便宜、性价比高，广泛应用干便携式、手持式等测试仪器和设备中，可以直接外接TTL电平接口的显示器。随着显示技术的快速发展，半导体技术的日新月异，TTL接口的显示器已经不能满足新的应用，其诸多缺点日益明显，存在着传输距离不够远，数据线多，连接可靠性差等缺点。LVDS接口显示器正好可以弥补TTL接口显示器的不足，抗干扰性强，传输距离远，得以快速发展，且种类较多，价格优势也随着市场出货量的快速增长而得到认可。

电路原理

在本案中，为了满足总体电路设计需要，采用LVDS接口显示器，由于存在显示兼容性问题，S3C2440A处理器不能直接驱动，必须通过外接TTLlvds转换电路，才能实现正常工作。在图1中给出了S3C2440A处理器驱动TTL接口和LVDS接口显示器的电路原理框图。S3C2440A处理器内部集成LCD控制器，可以直接驱动TTL接口显示器，直接将LCD控制器输出的水平同步信号、垂直同步信号、数据使能、像素时钟、像素数据连接到TTL接口显示器的相应引脚端即可实现。在驱动LVDS接口的显示器时，需要通过转换电路将LCD控制器输出的像素时钟、像素数据进行并串转换，转换后的差分时钟和多路差分数据连接到LVDS接口显示器相应引脚，才能满足电气特性要求。

LCD控制器由传送逻辑构成，这种逻辑是把位于系统内存显示缓冲区中LCD视频数据传到外部的LCD驱动器。LCD控制器有一个专用DMA，它不断从位于系统内存中的显示缓冲区获取视频数据。控制寄存器组可以根据用户设置的不同，产生相应的像素时钟频率和同步控制信号。其工作过程为当FIFO为空或半空时，DMA控制器向系统总线发出请求，每次请求连续取16字节，期间不允许总线控制权的转变。像素时钟连续从FIFO读取数据，经过同步锁存输出，当FIFO为空时，像素时钟保持当前电平，同时控制信号和数据总线保持当前状态，直到FIFO不为空，将继续传输数据。

设计与调试

1 转换电路设计

转换电路的主要功能是将输入的TTL电平的并行数据转换成LVDS电平的差分数据，驱动LVDS接口显示器。其核心是转换电路，转换电路原理框图如图2所示，该电路主要应用在平板显示连接电路中，为平板显示电平转换提供了一个合适的解决方案，支持16位色和24位色显示，内部集成锁相环路，不需要外接时钟电路。在本案中显示为16b色，输入为2lb，输出为3对差分数据线，外加一对时钟线。其工作机理是锁相环路电路将输入像素时钟进行倍频和占空比调整，倍频时钟输出到内部的并串转换电路，倍频时钟为输入时钟的3.5倍，将输入的2lb数据进行并串转换，差分输出数据和时钟相位关系如图3所示，占空比调整后的时钟直接输出到LVDS接口显示器的显示电路。

2 电路测试

当电源电压正常，系统启动正常时，开机过程中的屏幕马赛克非常严重。当进入正常显示界面的时候，屏幕显示有轻微的马赛克；如果对系统进行操作，特别是用USB鼠标进行操作的时候，马赛克很严重，整个LVDS接口显示器不能正常工作。

采用测试探头直接测试S3C2440A输出显示时钟速率，测试结果如图4所示，时钟有短暂停顿的情况，测试转换电路输出的LVDS时钟，无停顿的情况，基本稳定。外接USB鼠标，并快速移动，测试S3C2440A输出像素时钟，有长时间停顿，如图5上部分波形所示。测试转换电路输出的LVDS时钟，时钟输出频率不对，有长时间锁存不稳定过程，如图5下部分波形所示。伴随着鼠标的快速移动，显示器马赛克现象十分严重。

3 测试结果分析

通过上述测试，经过比较TTL接口显示器和LVDS接口显示器的工作原理，对测试结果进行下述分析：

TTL接口显示器不需转换电路，由S3C2440A直接驱动，在时钟不连续的情况下，TTL接口显示器可以正常工作。由于LCD控制器输出驱动的数据总线和控制总线都是经过同步产生，当LCD控制器的FIFO缓存为空时，时钟将保持当前状态不变化，这时数据总线和控制线同样保持当前状态不变，而显示器屏幕的刷新是以时钟个数为准的，所以当时钟电平不变化时屏幕不会被刷新，维持现状，不会出现马赛克。

在时钟不连续的情况下，LVDS接口显示器不可以正常工作。LVDS显示器的工作机理和TTL接口显示器不同：时钟方面，LVDS接口显示器对时钟有严格的要求，要求时钟占空比为4：3，TTL接口显示器没有这方面的要求；数据方面，LVDS接口显示器的数据总线有严格的要求，必须按照一定的要求进行排列，才能够正常工作，TTL接口显示器只要求数据总线和控制总线与时钟同步即可。

在本案中，转换电路为了满足LVDS接口显示器的工作要求，需要对输入数据总线和像素时钟进行二次处理才能够满足要求，在转换电路内部有锁相环路电路，当输入时钟不连续的情况下，锁相环路电路不能正常工作，则转换电路输出的数据格式和时钟格式不能够满足LVDS接口显示器的要求，导致显示不正常，出现马赛克。

结论

根据上述测试、分析和详细论证，总结LCD控制器的工作原理，出现显示马赛克的原因是由于S3C2440A处理器内部AHB总线资源紧张，造成LCD控制器输出像素时钟停顿，停顿的时钟经过TTLLVDS转换电路的锁相环路处理后，与数据不匹配，出现显示不正常的问题。通过提高系统时钟速率到133MHz，并降低像素时钟速率到22.17MHz，可以提高AHB总线运行速率，解决总线竞争问题，使得LCD控制器每次请求都能够得到快速响应，不会出现FIFO空现象，像素时钟就不会出现停顿现象，转换锁相环路电路就不会出现失锁再重新锁定过程，显示器即可稳定可靠运行，不再出现马赛克现象。