筆記本電腦的LVDS圖形切換

摘要：與能夠方便升級視頻處理能力的臺式機(jī)不同，筆記本電腦則無法進(jìn)行這樣的升級。理想狀況下，筆記本電腦設(shè)計允許形卡增加功能。為了達(dá)到這一目的，簡單的解決方案是在設(shè)計中增加一個開關(guān)，使其能夠選擇內(nèi)部圖形卡或附加顯卡的LVDS輸出。而MAX4889可以在兩個LVDS源之間進(jìn)行選擇，提供單一輸出，是筆記本電腦設(shè)計的理想選擇。

多年以來，視頻已經(jīng)成為消費(fèi)者對臺式電腦進(jìn)行任意升級的一大特色。早期的IBM電腦配置有一個MGA (單色圖形適配器)或一個CGA (彩色圖形適配器)。消費(fèi)者可以選擇相同型號的計算機(jī)，而根據(jù)所選的顯示器自己挑選圖形卡。這些早期的適配器演變成了VGA (視頻圖形列陣)標(biāo)準(zhǔn)，可以驅(qū)動具有多種顏色或者灰階的單色或彩色圖形。

視頻顯卡發(fā)展得如此迅速以至于GPU (圖形處理器)已經(jīng)成為臺式電腦的關(guān)鍵處理器之一。這些處理器已經(jīng)演化為小型完善系統(tǒng)，可具備高達(dá)512MB內(nèi)存和非常高級的浮點(diǎn)運(yùn)算能力，并可驅(qū)動不同顯示器的多路輸出。

近年來，筆記本電腦的銷售量已經(jīng)超過了臺式機(jī)。筆記本電腦的成本已大幅下降，許多消費(fèi)者把筆記本電腦看作是臺式機(jī)的替代品。一臺具有全尺寸鍵盤的17英寸筆記本電腦是臺式機(jī)非常合適的替代品。通過家中配備的無線局域網(wǎng)(WiFi)，消費(fèi)者只需插上交流電源保持設(shè)備供電，而所有電纜、鍵盤、鼠標(biāo)和揚(yáng)聲器均被淘汰。然而，游戲玩家和在家辦公/遠(yuǎn)程辦公人員需要使用高端筆記本電腦，因?yàn)樗麄冃枰笃聊伙@示器和全尺寸鍵盤。

直到2007年，幾乎所有的筆記本電腦仍然采用內(nèi)置圖形卡。電腦生產(chǎn)商既生產(chǎn)帶有內(nèi)置圖形卡的低成本設(shè)備，也生產(chǎn)主板帶有第三方圖形卡的高端設(shè)備。采用第三方圖形卡往往使系統(tǒng)的成本大幅升高。2004年，NVIDIA?與業(yè)界領(lǐng)先的筆記本電腦生產(chǎn)商一起開發(fā)了相互一致的圖形接口，稱為MXM1，使得制造商的筆記本設(shè)計能夠與來自任何廠家的任何圖形解決方案相兼容。這樣就能夠通過單一的系統(tǒng)設(shè)計實(shí)現(xiàn)多種配置并且可以升級，如同臺式電腦多年前就已具備的功能。

圖1所示為一款實(shí)際的MXM GPU，在其一側(cè)裝有一排標(biāo)準(zhǔn)的MXM連接器。通過簡單切換，筆記本電腦生產(chǎn)商就可以設(shè)計一種既包含內(nèi)置芯片組廠家圖形卡又包括MXM插槽的母版，從而能夠升級至更強(qiáng)大的第三方圖形卡。


圖1. MXM GPU，底邊為標(biāo)準(zhǔn)MXM連接器引腳。

升級筆記本電腦設(shè)計時，增加圖形卡模塊要比簡單地增大內(nèi)存困難一些，因?yàn)楸仨毥鉀Q模塊的冷卻問題。然而，筆記本電腦生產(chǎn)商可以減少對不同主板的設(shè)計和庫存管理?？梢栽谧罱K組裝時解決消費(fèi)者對特定圖形卡的要求。多數(shù)情況下，零售商和分銷商可以在將筆記本電腦交付給用戶之前加入所需模塊，從而縮短交付周期，降低由于設(shè)備圖形處理能力與消費(fèi)者要求不符而導(dǎo)致的丟單幾率。

當(dāng)消費(fèi)者或供貨商在臺式電腦上添加圖形卡時，消費(fèi)者只需簡單地將顯示器插入顯卡的VGA或DVI連接器即可。而筆記本電腦需要驅(qū)動的是LCD屏幕。實(shí)際上，LCD屏幕是消費(fèi)者使用的主監(jiān)視器，如果只是為了外接顯示器，購買一款高端顯卡的意義就不大。

筆記本電腦顯示屏傳統(tǒng)上采用扁平電纜接收來自圖形卡的數(shù)據(jù)。在MXM應(yīng)用中，數(shù)據(jù)以4對或8對LVDS信號的形式進(jìn)行傳輸，模塊輸入為帶有多達(dá)16路通道的PCI Express? (PCIe?)接口，輸出包括VGA、TMDS? (用于DVI?/HDMI?)、DisplayPort?和LVDS。

如果筆記本電腦生產(chǎn)商希望采用內(nèi)部圖形卡設(shè)計，以獲得最低成本，并且可以升級到高端設(shè)計的第三方圖形卡，則必須切換幾組信號，本文僅討論LVDS信號的切換。低成本筆記本電腦采用單鏈路LVDS，而高端系統(tǒng)則采用雙鏈路LVDS。每對數(shù)據(jù)速率預(yù)計高達(dá)800Mbps。LVDS信號為直流耦合，所以長期直流平衡沒有問題。這些信號的直流分量大約為1.25V，擺幅為±250mVP-P (最小值)。接收靈敏度為100mVP-P，因此在發(fā)送和接收信號之間允許有8dB的損耗。

為了切換LVDS信號，開關(guān)總損耗不能高于1dB。此外，開關(guān)應(yīng)具備低電容特性，以避免增加引起反射和不匹配的無功功率。MAX4889 PCIe無源開關(guān)可滿足上述要求，非常適合LVDS應(yīng)用。工作于+3.3V時，可以輕松處理整個LVDS信號范圍(0.67V至1.8V)的信號，輸入電容< 2pF。對于≤ 800Mbps的LVDS數(shù)據(jù)率，插入損耗< 0.5dB。

MAX4889在2:1應(yīng)用中能夠切換4對信號，其中有2個可能的輸入源(內(nèi)部圖形卡或MXM圖形卡)和1路輸出。對于18位圖形卡，只需要一個MAX4889開關(guān)；對于24位圖形卡，必須采用兩個MAX4889開關(guān)。MAX4889用于在內(nèi)部圖形卡或MXM模塊兩個源之間選擇—檢測是否存在MXM模塊，如果存在，則允許選擇MXM作為視頻源。

圖2所示MA4889在24位圖形系統(tǒng)中用于切換4對LVDS信號。盡管LVDS開關(guān)用于高位和低位數(shù)據(jù)組合，但為清晰起見，該圖只畫出了R、G、B (高位)和時鐘信號2。24位圖形應(yīng)用中需采用第二個MAX4889開關(guān)(未顯示)處理低位數(shù)據(jù)。


圖2. MAX4889在24位圖形應(yīng)用中切換4對LVDS信號，需要注意的是圖中僅給出了高位數(shù)據(jù)和時鐘信號，第二個MAX4889用于處理低位數(shù)據(jù)。

結(jié)論

利用MXM，筆記本電腦生產(chǎn)商可以設(shè)計一種主板既可以在低成本應(yīng)用中采用內(nèi)部圖形卡，又可以采用獨(dú)立的MXM GPU，以提高圖形性能，滿足消費(fèi)者的需求。為了使MXM模塊和內(nèi)部圖形卡都可以輸出到筆記本電腦的LCD屏幕上，必須進(jìn)行一定形式的切換。理想開關(guān)為電氣開關(guān)，所以不但系統(tǒng)可以方便地檢測到MXM模塊，而且用戶還可以手動選擇內(nèi)部顯卡或MXM顯卡。無論哪種情況，均通過集成開關(guān)完成切換以滿足穩(wěn)定性和最小尺寸/功率比的要求。MAX4889是滿足上述LVDS應(yīng)用需求的理想開關(guān)。工作在3.3V時，可輕松處理高達(dá)800Mbps的LVDS信號，任何工作條件下，確保消耗電流≤ 120μA，插入損耗< 0.5dB，并且電容< 2pF。