10億色LCD TV影像訊號傳輸技術大挑戰
大面板時代來臨　RSDS即將被淘汰？
三星電子Wisebus TM強力搶佔訊號傳輸標準龍頭


　伴著數位電視的大幅成長，市場對於平面顯示尺寸的要求也隨之增大，特別是目前最被期待的LCD TV，同時也有愈來愈多的產業對這項熱門產品產生期待與投入的興趣，原因在於，以今天LCD TV的能力，都還不足以應付未來的高品質顯示，這些都是目前LCD TV缺點，包括了，可視角度、影像品質、顏色效能、快速顯示能力、亮度、對比、耗功率，及最要命仍舊是相當高的成本……等等。當然這些都只是消費者目前的要求。

　不過，隨著製程以及技術專利的大幅度進步，當這些基本缺陷問題逐漸地被一一解決之後，就需要面臨因為大尺寸化所帶來的困擾，由於 LCD 面板大尺寸化，相對的所傳輸的影像資料量也相對的增加，LCD TV的顯示顏色能力，過去最多只能達到1677萬色，這與PDP的30∼50億色有著相當大的差距。

　為了達到更高階的顯示能力，傳統的 RSDS影像訊號傳輸技術已漸漸地無法滿足像WXGA（1366×768）或WUXGA（1920×1080）等高解析度應用在40吋以上HD LCD TV的需求，所以，為了解決因為更大的面板尺寸，及更高影像解析度這樣的困擾，業界也就陸續發表新訊號傳輸技術。

　曾經有業者嘗試將傳統的增強到10位元控制後，也能達到10億色顯示效果，不過因為在RSDS的技術下，必須為每個驅動IC提供12對差動資料訊號線，作為Timing Controller的輸出線。

　同時，還必須提供18條電壓參考線作為調整Gamma Curve。因為這樣，增加了相當多的成本，例如在PCB上就需要使用4層板，所以，就成本與複雜度考量，顯然這並不是一個好的設計想法，雖然達到目的了，但因為成本考量，仍舊無法大量商品化。

　所以，LCD用高速數據傳輸的需求正推動著介面技術朝向高速、串列、差動、低功耗，及點對點的方式發展。

　另外，LCD顯示器和電視尺寸不斷加大、高解析畫面增加、資料量的持續擴大及由資料匯流排數量急劇增加，使得電磁干擾（EMI）正成為LCD日趨嚴重的問題。

　■有了標準　繼之而來就是掌握市場

　當然，讓LCD TV達到10億色的顯示能力，是每個業者所期望完成的理想，但是因為這些困難的商品化因素考量，使得業者難以積極投入。

　另一方面，面對LCD尺寸的增大化所帶來的電路設計與佈局困擾，業界從2年前開始也陸陸續續發表了新一代的訊號傳輸技術與連接介面，為的就是期望能夠在即將面臨大尺寸LCD TV市場，爭得技術領先地位。

　
　　其實，換一個角度來觀察，當某一企業或國家的產品超過世界佔有率50％背後就存在著相當多的涵義。因為當市場佔有率超過50％，就會出現絕對的影響力，影響力將包括能夠自行決定產品價格和規格，及對客戶採購的要求。

　這也是三星電子（Samsung Electronic），為何汲汲於這2年陸續且積極發表大尺寸LCD用訊號傳輸技術，在掌握了全球最大LCD面板產能，下一步便是利用這項優勢齊力推動數位介面標準，就像Intel一樣，擁有最大CPU的市場佔有後，緊接著再推動PCI介面是一樣的。

　■大量資料線佈局是大尺寸面板的困擾

　雖然點對點的傳送方式，就中尺寸而言，因為驅動IC數量不多，或許還是可以被接受的。但是利用匯流排的方式應用在大尺寸面板上，就會出現一些問題，如何解決匯流排資料線的數量就是一個困擾的工作，以解析度為WXGA、10位元灰階顯色能力、再加上414ch的驅動IC，如果是在RSDS技術系統架構下，那麼資料線的數量就高達15條（或是15對），這麼多的資料線對於PCB來說就不的不增加面積來滿足大量資料線佈局的需求，如此一來成本也就沒辦法有效的降低生產成本。

　但是，假設利用減少資料線的方式來達到降低成本，卻又需要因為資料線的減少，必須提高Clock，再加上畫素數的增加，相對的比需使用較多的Source Driver，也是需要提高Clock，而利用提高Clock這個方式來增加資料傳輸的頻率，這對於期許降低耗電量的目標來說，都是一大困難。

　■國家半導體發揮類比功力開發PPDS

　2004 年的SID會場上，國家半導體（National Semiconductor）發表改良RSDS架構之後的新影像訊號傳輸技術－PPDS（point-to-point differential signaling；點對點差動訊號），對於LCD TV支援尺寸、解析度和顯示顏色數量最大分別可達到90吋、1920×1080和10億色。

　NS 開發 PPDS 技術時，已儘量保留目前原有RSDS技術的優點，尤其是低功率作業與低電磁干擾差動信號傳輸的特點，然後將這種傳輸技術改為點對點傳輸，並採用較高級的協定，以便可以提供目前消費者需要的先進功能，但這種技術同時又要有足夠的發展空間及設計上的靈活性，以便能夠支援未來一代的新功能。PPDS 的設計可以支援高達90英吋的顯示螢幕、高達1920×1080以至更高的清晰度，及10位元的色階，並有足夠的空間可供擴展，以支援未來一代的新功能。

　NS 技術是，利用Timing Controller來處理RGB三色訊號，這樣，每個Driver IC只需設計1對差動數據線、6條電壓參考線。另外，因為每個Driver IC配置獨立的數據總線，一對一連接，可將數據線由12對減少到1對。線少了，印刷電路板也只需2層。

　PPDS的傳輸物理層主要採用RSDS的信號傳輸層。兩種信號傳輸層的差動擺幅同樣是±200mV，而且兩者都採用標準的50W傳輸線傳送信號，共模電壓也大致相同，RSDS的共模電壓為1.3V，而PPDS的共模電壓則為0.8V。

　除此之外便有很大差別。PPDS結構可大幅減低Source Driver的輸入信號數量。以色階為8位元的RSDS來說，每一列Source Driver必須接收12對資料線及一對Clock。但是，PPDS每一列Source Driver只接收一對資料及一對Clock，RSDS系統的輸入信號高達26個，但PPDS的輸入信號則少至只有4個，這樣就可以減低Source Driver的Clock及資料的數量。

　■CiCC三星電子金雞初啼

　在SID 2004，三星電子便發表了大螢幕LCD驅動器介面新標準－CICC（Current mode Interface Cascade COG/COF），資料匯流排可以從原來的18條分成9條，這將使EMI及耗功率降低20％，以更低的掃描動作，利用連續串聯資料傳輸方式，使資料訊號可以快速在驅動器IC間傳輸，來解決擾人的EMI問題。

　此外，不僅Timing Controller的尺寸大幅減少，面板驅動電路部分也由於週邊設備減少了50％得以節省相當多的空間。在封裝應用的部分，CICC還可用於 COG和COF，比起只能用於TCP和COF的RSDS和TTL等傳統介面，可以在設計上更具彈性。

　■再接再厲推出WiseBus架構　一舉拿下主流標準

　韓國三星電子在2005 Symposium on VLSI Circuits會議上，發表了針對大尺寸液晶面板的介面技術WiseBus。與現有技術相比，能夠降低耗電量和EMI。三星在會議上曾表示，因為LCD TV面板的尺寸不斷大型化、加上在面板上畫素數量不斷增加，所以耗電量與EMI的增大已經變成業界的課題，並越來越期望能有更新的技術來取代RSDS。

　在這個新的技術中，三星巧妙地將點對點串聯匯流排（Point to Point Cascade Bus）與虛擬差動電流訊號（Pseudo-Differential Current Signaling）合併利用，而開發出這個新的訊號傳輸技術。

　根據三星利用1366×768、10位元灰階面板所做的測試結果，與RSDS相較，WiseBus的耗電電流降低了53.3％，EMI也比RSDS減少了約5dBμV。

　WiseBus 是利用串聯的方式讓相鄰驅動IC轉發資料信號。Timing Controller僅與第一個Driver IC相連，將資料透過第一個Driver IC轉發給後續Driver IC的，留下本身的訊號之後，將其他的訊號再轉傳給下一個Driver IC，然後再除去自身資料信號以外的資料信號轉發給相鄰IC。反復如此，向所有Driver IC提供資料信號。

　■讓每一個Source Driver成為相互串聯

　圖一是說明WiseBus架構應用於WXGA面板，從圖中可以看到，包括從Timing Controller的資料、時脈，及參考訊號是傳送到背面的第一個Source Driver（CD6），而其他CD7-CD10的訊號是與前面的CD相連接，這代表訊號是透過每一個CD成為串聯方式。

　


▲圖一：三星電子Wisebus架構。（資料來源：SID 05 DIGEST、三星電子）


　這個匯流排的架構有五組雙資料線（D1[1:0]、D2[1:0]、D3[1:0]、D4[1:0]、D5[1:0]）、一個Timing Controller、 一條參考信號、以及DIO線所組成，每一組的雙資料線可以直接由Timing Controller透過某些CDs連到每一個CD，但是也有沒有的情況，例如直接和Timing Controller相連的CD（CD5、CD6），是資料傳輸的第一站，就不用透過其他CD。

　這樣做除了不須增加資料線之外，還有一個好處是效率可以相對可以提高，進而做到低耗功率的目標，根據三星的測試，與RSDS相較可以提高1.5倍的效能，由於在匯流排的部分，對於每個驅動IC 來說只有兩條傳輸線，那麼頻率應該會比串聯匯流排架構增加到15/2倍。並且有5個CD有點對點的架構，這個意思是，頻率可以被降低至1/5，第一項為 15/2倍，乘以1/5，結果就是能比傳統的RSDS提高1.5倍（圖二）。

　


▲圖二：Wisebus時脈圖與串聯訊號（Cascade Signals）。（資料來源：SID 05 DIGEST、三星電子）


　■減少傳輸線　帶來約40％的耗功率降低

　而在耗功率方面，這個新技術也發揮了相當的功力，相同的與RSDS相較，耗功率部分可降低約40％以上，根據三星所發表的架構是從Timing Controller到 CD6之間，資料線數是10條，CD6的消耗電流是1乘以I CD，而接下來的CD7則是只有8條資料線連到CD6，所以消耗電流是8/10乘以I CD，而直到CD10，因為接下來每個Source Driver的消耗電流會比先前的Source Driver減少2/10，5個CD的消耗電流是3乘以I CD（10/10+8/10+6/10+4/10+2/10），所以總耗功率，可以減少約40％以上。

　■繼WiseBus的架構之後的下一步

　擁有全球最大面板供應的三星電子推出這樣的介面後，是不是會對產業帶來一些影響，是相當值得觀察的，再仔細研究WiseBus的架構後，可以發現，這個技術從Timing Controller開始的設計觀念，走的就是獨特的方式，也就是說，很難有與其他訊號傳輸技術的Protocol相容。整體而言，就必須從面板端的電路設計開始作一些改變。

　當然，對於未來的變化都是假設的性質。

　假設，第一，三星電子在電子訊號傳輸的這一方面與LG Philips LCD達成策略協議，那麼可以預見的是，全球有超過50％的大型LCD面板將採用WiseBus的架構，而是不是會對於其他面板廠及驅動IC設計公司帶來一些衝擊。

　不過，這兩家以外的面板廠也是有機會發展出獨特的電子訊號傳輸技術，這麼一來，在面板發展上是不是會出現一些瓶頸，而對於驅動IC設計業者而言，由於在驅動IC的開發上是緊密的與面板合作，在面對技術壁壘分明的面板，要如何為往後長期發展做一個佈局，這是相當值得觀察的。

　這是假設在，其他面板廠本身也開發一些電子訊號傳輸技術而言，如果，有更多面板廠選擇採用這個技術，那麼權利金將又會是另一項新增加的成本，或許是面板廠的選擇，在權利金的部分，所配合驅動IC設計業者不需負擔，完全由面板廠承擔，但是，如此一來，市場就會出現更多的面板支援此一架構技術，而「一黨獨大」的現象是不是會更加明顯。

　第二、無論是三星電子或LG Philips LCD，除了擁有面板及電子零件的產線外，本身都還擁有成品及品牌的力量。就在數位介面與顯示控制IC這一端，目前市場上有相當多的技術包括LVDS、 LMDS、GVIF、P&D、DVI及DFP等等，有被整合成同一架構規格的可能性，而下一階段，是不是有可能再往顯示控制的介面做進一步發展，也是相當值得觀察的。

　■追求的目標　永難滿足市場需要

　就現階段的設計來看，三星所提出的Cascade Bus想法似乎是相當符合目前的需求，可以被正面的肯定。但是，未來液晶電視市場不斷飛躍發展，很難預測液晶電視在3∼5年後需要具備什麼功能特色及優點才可滿足市場的要求。

　不過，總體來說，還是避免不了幾個被追求的目標，包括了，更小、更少的匯流排線，更低的訊號電流來達到低耗功率的目標，排除更多的雜訊及EMI，及最重要的降低成本等等的課題。