Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Mobile Pixel Link1 Mobile Pixel Link (MPL) Strombasierte, serielle Datenübertragung für mobile Geräte Stoyan Todorov WS 2004/2005 Universität Mannheim.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Mobile Pixel Link1 Mobile Pixel Link (MPL) Strombasierte, serielle Datenübertragung für mobile Geräte Stoyan Todorov WS 2004/2005 Universität Mannheim."—  Präsentation transkript:

1 Mobile Pixel Link1 Mobile Pixel Link (MPL) Strombasierte, serielle Datenübertragung für mobile Geräte Stoyan Todorov WS 2004/2005 Universität Mannheim

2 Mobile Pixel Link2 Inhalt 1. Problemstellung 2. Mobile Pixel Link 2.1. Grundlagen: WhisperBus 2.2. Physical Layer Warum MPL? Aufbau Datenübertragung How Far / How Fast? 2.3. Geplante Produkte 3. Alternativen 3.1. LVDS & RSDS 3.2. CMADS 3.3. MSDL 3.4. Mobile Video Interface 4. Vergleich 5. Fazit

3 Mobile Pixel Link3 Problemstellung (1) Handys und PDAs werden immer kleiner und leichter Displays und Kameras gewinnen an Auflösung, Farbtiefe und Grösse Dadurch neue Designlösungen notwendig

4 Mobile Pixel Link4 Problemstellung (2) m

5 Mobile Pixel Link5 Problemstellung (3) Neue Designs fordern neues Interconnect zwischen Hauptplatine und Display, bzw. Kamera Anforderungen: –niedriger Stromverbrauch –weniger Leitungen –niedriges Electromagnetic Interference (EMI) Mögliche Lösung: Mobile Pixel Link (MPL)

6 Mobile Pixel Link6 MPL basiert auf der WhisperBus Technologie von National Semiconductor WhisperBus wurde als Replacement für den Low- Voltage Differential Signaling (LVDS) entwickelt WhisperBus ist eine Point-To-Point Verbindung zum Display in mobilen Geräten Ziel von WhisperBus ist es grosse Displays (1200 x 1600 Pixel und mehr) bei niedrigem Stromverbrauch und niedrigen EMI, mit weniger Leitungen als LVDS, zu versorgen. Grundlagen: WhisperBus(1)

7 Mobile Pixel Link7 Grundlagen: WhisperBus(2) WhisperBus ist strombasiert - die Daten werden mit Strom übertragen Der Sender kann, je nach Zustand des CMOS logic Eingangs,ein Signal mit einer von zwei verschiedenen Stromstärken auf die Leitung legen Typischerweise sind die Werte 50µA und 150µA, d.h. zu I data (50µA) werden noch 2x I data zugeschaltet (insg. 150µA) CMOS logik 2 x I data I data

8 Mobile Pixel Link8 Grundlagen: WhisperBus(3) Der Empfänger konvertiert das Stromsignal in Spannung, die von der CMOS Logik benötigt wird Der Strom I data kann nicht in der OP fließen, daher fließt er in R G ein R G >>R Z0 Am Ausgang entsteht der Spannungsabfall V out R Z0 RGRG V out =R G. I data V out I data

9 Mobile Pixel Link9 Grundlagen: WhisperBus(4) Vereinfachter Sender. V pulse Quellen simulieren den CMOS logik Eingang Strom wird auf der Leitung gemessen. R1 ist der Abschlusswiderstand Am Ausgang des OPs wird V out gemessen V BUS V IN I DATA V OUT ~V IN

10 Mobile Pixel Link10 Grundlagen: WhisperBus(5) Strom fällt beim Umschalten ab Grosses Signal am Ausgang V IN I DATA ~V IN V BUS V OUT Spannung am Bus ändert sich nicht 1.7V 0V 1.7V 0V 2.996V 150µA 0A 3.0V 2.997V 3.8V

11 Mobile Pixel Link11 Grundlagen: WhisperBus(6) SenderEmpfänger Die Anzahl von Leitungen hängt nur von der benötigten Breite der Point- To-Point Verbindung ab Es gibt nur eine gemeinsame Masse Leitung WhisperBus

12 Mobile Pixel Link12 Grundlagen: WhisperBus(7) Vorteile von WhisperBus : Sehr hoher Datendurchsatz möglich Deutlich weniger Leitungen als beim differentiellen Verfahren benötigt Ein 18-Kanal Link braucht 36 Leitungen in differentieller Ausführung, aber nur 19 Leitungen in WhisperBus Ausführung - 18 Datenleitungen und Masse

13 Mobile Pixel Link13 Grundlagen: WhisperBus(8) Niedriger Leistungsverbrauch 5 bis 10 mal niedrigerer Leistungsverbrauch als ein TTL Bus (laut National Semiconductor). Ist jedoch datenabhängig Kleinere Ströme benötigt 100µA bias Strom gegenüber 2000µA typischen Wert bei der verbesserten Version von LVDS- Reduced Swing Differential Signaling (RSDS) Mit vielen Herstellungstechnologien kompatibel

14 Mobile Pixel Link14 Grundlagen: WhisperBus(9) Sehr niedrige EMI Spikes im Diagramm wurden vom Clock, nicht vom WhisperBus verursacht WhisperBus: An Advanced Interconnect Link for TFT column Driver Date / dB dB MHz

15 Mobile Pixel Link15 Physical Layer Warum MPL? (1) MPL stellt eine optimierte Verbindung zwischen Hauptplatine und Display, bzw. Kamera bei mobilen Geräten zur Verfügung Als Basis für MPL dient WhisperBus MPL übernimmt die Grundmerkmale von WhisperBus, bereichert jedoch das Konzept um weitere Merkmale: –power-sleep Mode –bi-direktionale Datenübertragung –ein eigenes, an mobilen Geräten angepasstes Protokoll

16 Mobile Pixel Link16 Physical Layer Warum MPL? (2) Um niedrige EMI, sowie Low Power zu ermöglichen, ist MPL auch strombasiert Typischerweise werden 150µA und 450 µA für die zwei Werte benutzt Der höhere Wert von 450µA entspricht dann dem logischen LOW, der niedrigere Wert von 150µA ist dementsprechend logisches HIGH Niedrige Strom (typ. 300µA) und swing Spannung (typ. 20mV) sichern Low Power Eigenschaften von MPL, sowie wenig Rauschen

17 Mobile Pixel Link17 Physical Layer Warum MPL? (3) Die strombasierte Datenübertragung, die niedrige Stromstärke und das kleine Loop Area bestimmen niedrige EMI MPL PHY Layer Overview / MPL ist seriell, dadurch wird nur 1 Datenleitung gebraucht (MD). Hinzu kommt noch die clock Leitung (MC) und Masse (MG)

18 Mobile Pixel Link18 Physical Layer Aufbau (1) Line Driver funktioniert wie bei WhisperBus Neu ist die Möglichkeit, Line Driver komplett auszuschalten Ausser dem D IN Eingang, ist ein DEnable Eingang hinzugekommen MC und MD Line Driver sind gleich DEnableD IN MD LOW 3xIdata LOWHIGHIdata HIGHLOWoff HIGH off MPL PHY Layer Overview /

19 Mobile Pixel Link19 Physical Layer Aufbau (2) Receiver ist auch in der Lage festzustellen und anschließend den Slave zu informieren wenn auf der Leitung Strom fließt Receiver stellt fest wie stark der Strom auf der Leitung ist und konvertiert ihn zu Spannung, die dann verstärkt wird, um die nachfolgende Logik steuern zu können Da Receiver den Leitungsabschluss gewährleistet, braucht MPL keinen externen Widerstand MPL PHY Layer Overview / V REF V COMP S OUT MPL IN

20 Mobile Pixel Link20 Physical Layer Aufbau (3) Der MPL Bus besteht aus mind. zwei aktiven Leitungen und Masse MC (Clock) ist single directed und wird nur vom Master Device getrieben MD (Data) ist halb-duplex, bi-direktionale Leitung. Die Richtung, in welche die Daten fließen, kann sich ändern Leitungen können sowohl PCB Traces als auch sog. Flex Cables oder (annähernd) beliebige kurze Kabel sein

21 Mobile Pixel Link21 Physical Layer Aufbau (4) Master Slave Grundzustand/Write Read Line Driver und Receiver bei der MD Line

22 Mobile Pixel Link22 Physical Layer Aufbau (5) Die maximale Übertragungsrate beträgt 160Mbps in Master-to-Slave Richtung. Clock ist 80MHz. Beide Flanken werden benutzt und dadurch wird EMI niedrig gehalten In Slave-to-Master Richtung werden Daten mit 80Mbps übertragen. Nur die steigende Flanke von MC wird benutzt. Der Slave hat mehr Zeit für Data Sampling MPL PHY Layer Overview /

23 Mobile Pixel Link23 Physical Layer Datenübertragung (1) Der MPL Bus hat 4 Phasen, die vom Zustand der MC und MD Lines bestimmt werden NameMC State MD State Beschreibungkommt nach... kommt vor... Link-Off (O)00Bus ist ausgeschaltetA,I,LULU Idle (I)ALKeine Daten, Bus ist einA,LUA,O Active (A) CommandAXDatenübertragungLU,A,IA,I,O Turn Around AL0LÜbergang Read/Write Data InAXRead Data OutAXWrite Link-Up (LU) MasterLHL00LGefordert von MasterOA,I,O SlaveLHLL0LGefordert von Slave DualLHLL0LGefordert von beiden Bem: 0=off; L=Logik Low; H=Logik High; A=Active Clock; X=Low oder High

24 Mobile Pixel Link24 Physical Layer Datenübertragung (2) Während des Power Save Modes sind sowohl der Line Driver, als auch der Receiver ausgeschaltet. Und zwar auf allen Leitungen (MD und MC) Wenn der Master eine Verbindung aufbauen soll, schaltet er die MC-Leitung für 12 Clocks auf LOW und dann für 12 Clocks auf HIGH Danach werden MC und MD zusammen für noch 12 Clocks auf LOW geschaltet MPL PHY Layer Overview /

25 Mobile Pixel Link25 Physical Layer Datenübertragung (3) Link-Up Dauer: ca. 36 Takte, oder ca. 450ns Master schaltet MC low Slave schaltet MD low Slave schaltet MD aus Slave schaltet MD aus Slave schaltet MD low Master Link-Up Master Link-Up Slave fordert Link-Up Master und Slave fordern Link-Up gleichzeitig Master stellt das fest, legt MC low Slave stellt fest, dass Master Line-Up fordert

26 Mobile Pixel Link26 Physical Layer Datenübertragung (4) Ein Beispiel für Read und Write Transaction (LM2502) Write ist hier Datenübertragung von Master zu Slave, Read, dementsprechend von Slave zu Master Write Transaktion besteht aus 2 MC Flanken für Steuerungssignale und 8 MC Flanken für Daten (bei 16 bit Daten) Eine Transaktion dauert somit 5 Takte lang LM2502 Display Interface Serializer and Deserializer MD0 und MD1 übertragen jeweils 2 Kontrolbits und 8 Datenbits

27 Mobile Pixel Link27 Physical Layer Datenübertragung (5) LM2502 Display Interface Serializer and Deserializer Master sendet READ Befehl an Slave (2x2bit) Turn Around (TA – ca. 14 Takte) READ Turn Around (TA – ca. 5 Takte)

28 Mobile Pixel Link28 Physical Layer How Fast / How Far (1) Mögliche Geschwindigkeit Master to Slave: –Bis max. 160Mbps, 320 Mbps sind geplant, Simulationen zeigen, dass Gbps möglich sind Geschwindigkeit Slave to Master: –immer halb so schnell wie in Master-to-Slave Richtung, also bis max. 80 Mbps Maximale Länge: –5 bis 15 cm sind üblich für MPL. Möglich sind Leitungen bis 30 cm, mit Anpassungen (z.B. Idata) auch mehr

29 Mobile Pixel Link29 Physical Layer How Fast / How Far (2) Extrem niedriges EMI –kleines Current Loop zwischen Signalleitung und Masse –nur ca. 10mV Spannung, Signale mit 150/450 µA Low Power –Sehr kleine Ströme (In der Größenordnung von 100µA ) –niedrige Spannung - weniger Ladung muss umgeladen werden –Power-Save Modus (Link-Off) –Clock wird mitgeschickt (MC Line), somit brauchen Transmitter und Receiver keine PLL Blocks oder Encoders, die zusätzlich Leistung verbrauchen würden

30 Mobile Pixel Link30 Geplante Produkte (1)

31 Mobile Pixel Link31 Geplante Produkte (2) LM250* sind die Spezifikationen für die ersten echten Cores auf Basis von MPL LM2500 ist der Test Chip von National Semiconductor LM2501 ist ein Serializer/Deserializer, der existierende Video Busses mit MPL kompatibel macht Präsentiert im Juni 2004 LM2502 ist ein Dual Link Display Interface für mobile Geräte Präsentiert im September 2004

32 Mobile Pixel Link32 Geplante Produkte (3) LM2501 soll das übliche Low Voltage TTL Interface zwischen Kamera und CPU bei mobilen Geräten ersetzen Enthält eine Daten- und zwei Clockleitungen (es wären 12 bei der TTL Ausführung) LM2501 Camera Interface Serializer and Deserializer

33 Mobile Pixel Link33 Geplante Produkte (4) LM2502 ist eine stromsparende Datenverbindung zwischen CPU und Display bzw. Sub Display Eine Clock- und zwei Datenleitungen (22 bei TTL) Bidirektional (z. B. für Touchscreens) LM2502 Display Interface Serializer and Deserializer

34 Mobile Pixel Link34 Alternativen LVDS & RSDS (1) LVDS steht für Low-Voltage Differential Signaling Das gängige Verfahren zur Anbindung von Displays mit dem Hauptteil bei mobilen Geräten (z.B. Notebooks) Differentieller Bus - benötigt zwei Leitungen pro Kanal

35 Mobile Pixel Link35 Alternativen LVDS & RSDS (2) Sender besteht aus zwei komplementären Ausgängen, die mit R t terminieren Strom in R t ist auf ca. 3mA limitiert Bei R t =100Ω, hat man max. eine Spannung von 300mV Sender Empfänger RtRt Abschluss- widerstand Kleines Loop Area => Niedrige EMI

36 Mobile Pixel Link36 Alternativen LVDS & RSDS (3) Vorteile von LVDS: –In fast allen Technologien verfügbar CMOS, BiCMOS und sogar GaAs –Niedriger Preis Nur Standardbausteine und -prozesse notwendig –Schnell in Gbps Bereich –Kompatibel mit vielen Versorgungsspanungen z.B. 5V, 3.3V, 2.5V

37 Mobile Pixel Link37 Alternativen LVDS & RSDS (4) RSDS steht für Reduced Swing Differential Signaling Weiterentwicklung von LVDS, somit auch ein differentielles Verfahren Arbeitet bei niedrigeren Spannungen als LVDS Niedrigere EMI als LVDS Sonst teilt sich dieses Verfahren die Vor- und Nachteile mit LVDS

38 Mobile Pixel Link38 Alternativen CMADS (1) Erstes marktreifes Produkt Seit August 2004 in Produktion uPD161833M (für QVGA Displays) und uPD161605M (für QCIF+ Displays) Preis: 6 $ pro Unit CMADS steht für Current Mode Advanced Differential Signaling Es ist eine Entwicklung von NEC Electronics Corporation Current Mode Ein differentielles Paar pro Kanal

39 Mobile Pixel Link39 Alternativen CMADS (2) Features: –Bis max. 50Mbps Datendurchsatz –Unterstützen 18bit Farbauflösung ( Farben) –2 (1 Paar) oder 4 (2 Paare) Leitungen notwendig –Funktioniert bei niedriger Versorgungsspannung (typ. 1.5V) –In Standardtechnologien realisierbar – dadurch relativ günstig –Niedrigere EMI als LVDS Die Graphikkontroller für mobile Geräte (GoForce Serie) von NVIDIA unterstützen CMADS

40 Mobile Pixel Link40 Alternativen MSDL Features: –Outputstrom: -70µA und 70µA –Bis max. 100Mbps –Typ. Konfiguration mit 8 Data- und 2 Kontrolleitungen –Bei -55 bis 125°C einsetzbar MSDL steht für Mobile Shrink Data Link Eine Entwicklung von ROHM CO. LTD. Massenproduktion soll Anfang 2005 anfangen Erstes Produkt: BU7280GLU

41 Mobile Pixel Link41 Alternativen Mobile Video Interface (MVI) Open Standard von Seiko Epson und Renesas Wird noch entwickelt Features: –strombasiert, differentiell –Clock wird mitgeschickt –ca. 200Mbps Datendurchsatz –half-duplex oder full-duplex Konfiguration möglich –8 Leitungen (4 Pairs) bei full-duplex bzw. 6 Leitungen (3 Pairs) bei half-duplex –power-off Modus

42 Mobile Pixel Link42 Vergleich(1) Gemeinsame Punkte: –Mögliche Leitungslänge Alle Verfahren erlauben eine Leitungslänge bis ca. 30cm ohne Anpassungen des Übertragungsstroms bzw. der Spannung –EMI Liegt bei allen Verfahren 10 bis 20 dB niedriger als bei üblichen TTL Verbindungen –Serielle Verfahren somit weniger Leitungen - erlaubt flexibles Design von Endgeräten

43 Mobile Pixel Link43 Vergleich(2) HerstellerNEC Electronics RohmSeiko Epson and Renesas Tecnologies National Semiconductor InterfaceCMADSMSDLMVIMPL Transfer Rate max. 50Mbps100Mbpsca. 200Mbps160Mbps Power1,6mWca. 6mW bis max. 5mW Leitungen2 oder 4Typ. 10Typ. 8Typ. 3 und GND Display Auflösung QVGA, QCIF+ QVGAk.A.VGA ist möglich Power Offnein ja Besonder- heiten Kom. Produkt, schon verfügbar Kom. Produkt, kurz vor der Markteinführ- ung Noch in Entwicklung, Open Standard, sobald fertig Open Standard, Cores verfügbar (LM2501/02) Bem: QVGA=320x240, VGA=640x480, QCIF+=176x240 Pixel

44 Mobile Pixel Link44 Fazit (1) Ein Blick in die Zukunft –MPL 1 Standard ist in Vorbereitung (National Semiconductor, Wavecom, Philips, SonyEricsson) –mit bis zu 1 Gbps –auch mit spezifiziertem Soft-Layer The Global Players –NEC, Sharp, NVIDIA und Samsung setzen auf das schon fertige CMADS von NEC –Samsung entwickeln auch an dem von Epson/Renesas vorgestellten MVI mit –Motorola und Nokia (Weltweit Nr.2 und 1) halten sich noch bedeckt

45 Mobile Pixel Link45 Fazit (2) Zusammenfassung der Eigenschaften von MPL: –Wenig Leitungen –Low Power –Low EMI –Einfaches Protokol –Für Videosignal gedacht –Bi-directional, Point-To-Point Link –Open Standard Milliwatts

46 Mobile Pixel Link46 Quellen Application Note 1311 MPL PHY Layer Overview / National Semiconductor / J. Goldie / January 2004 Mobile Pixel Link Level-0 / National Semiconductor / 2004 LM2501 Mobile Pixel Link (MPL) Camera Interface Serializer and Deserializer / National Semiconductor / June 2004 LM2502 Mobile Pixel Link (MPL) Display Interface Serializer and Deserializer / National Semiconductor / September 2004 WhisperBus : An Advanced Interconnect Link For TFT Column Driver Data / Richard McCartney; James Kozisek; Marshall Bell / National Semiconductor NEC News Release / February 2004; September Mobile Video Interface / Seiko Epson; Renesas / February 2004 Low-Voltage Differential Signaling /The International Engineering Consortium RSDS Intra-panel Interface Specification Revision 1.0 / National Semiconductor / May 2003

47 Mobile Pixel Link47 Ende


Herunterladen ppt "Mobile Pixel Link1 Mobile Pixel Link (MPL) Strombasierte, serielle Datenübertragung für mobile Geräte Stoyan Todorov WS 2004/2005 Universität Mannheim."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen