專利名稱：用于數(shù)字顯示器的光纖連接的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)字圖形連接。
背景技術：
當今的大多數(shù)計算機都處理數(shù)字視頻，但是包括將數(shù)字視頻轉(zhuǎn)換為適合于模擬顯示的模擬信號的視頻卡或類似設備。然而，諸如數(shù)字平板監(jiān)視器的數(shù)字顯示器可以直接使用數(shù)字數(shù)據(jù)，從而不必要進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。為了利用數(shù)字顯示能力，已提出了多種數(shù)字圖形連接標準，其允許在合理的線纜(cable)長度上傳輸高帶寬的視頻數(shù)據(jù)。例如，數(shù)字顯示工作組(DDWG)引入了一種稱為DVI(數(shù)字視頻接口)的標準以用于數(shù)字圖形連接。
圖1的框示了具有從視頻源120到數(shù)字顯示器130的傳統(tǒng)DVI連接110的系統(tǒng)100。視頻源120一般是計算機，而數(shù)字顯示器130可以是平板顯示器或類似的數(shù)字顯示器。DVI連接110包括具有合適的連接器116和118的多線線纜112，連接器116和118分別連接到視頻源120和數(shù)字顯示器130上的連接器126和138。DVI標準規(guī)定了連接器116和118的形狀和管腳數(shù)。為了容易說明，圖1示意性地示出線纜112傳送四個信號RED(紅)、GREEN(綠)、BLUE(藍)和CLOCK(時鐘)。圖1中的信號CLOCK代表時鐘信號，信號RED、GREEN和BLUE分別代表紅色、綠色和藍色像素值的數(shù)字比特流。然而，DVI線纜一般包括24條或更多的導線和具有24根或更多管腳的連接器(DVI-I或DVI-D)。
數(shù)字顯示器130通常利用時鐘信號CLOCK來同步于提供像素值的紅色、綠色和藍色分量的分離數(shù)據(jù)通道。DVI將每個通道RED、GREEN和BLUE的最大字節(jié)速率限制為大約165MHz，該速率與“銅勢壘(CopperBarrier)”匹配，銅勢壘源于物理上對數(shù)據(jù)在銅線上傳輸?shù)南拗?。單鏈路DVI連接可提供代表高達每秒165百萬像素的數(shù)據(jù)，這足以在60Hz刷新速率的情況下，顯示1600×1200的圖像。對于更大的顯示器，DVI提供了雙鏈路配置，雙鏈路配置通過使用三個額外的像素數(shù)據(jù)通道，使數(shù)據(jù)率加倍。
傳統(tǒng)上，DVI連接的每條數(shù)據(jù)通道采用被稱為最小化傳輸差分信令(TMDS)的數(shù)據(jù)傳輸技術。TMDS通常要求每條數(shù)據(jù)通道有銅雙絞線。即使利用該技術，線纜電感/電阻也通常將高帶寬傳輸限制在小于10m的距離內(nèi)。另外，DVI連接所需要的線纜需要大量的銅線。由于線路數(shù)目多，可能使得DVI線纜笨重且昂貴。
考慮到當前數(shù)字圖形連接的限制，人們尋求允許在更大距離上不采用笨重或昂貴的線纜而進行低功耗連接的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，諸如DVI連接的數(shù)字圖形連接使用光纖用于代表時鐘信號和多條數(shù)據(jù)通道的高帶寬傳輸。單根光纖可為DVI的單鏈路或雙鏈路版本中所有的數(shù)據(jù)提供足夠的帶寬。因而可避免笨重的線纜，并且對于光纖上的光傳輸，可以將數(shù)據(jù)傳送更長的距離。為了實現(xiàn)光信號化，DVI線纜可以包括有源電路(例如，在所需的連接器中)。具體地說，視頻源連接器可以包括交織電子數(shù)據(jù)和時鐘信息的復用器以及控制激光器在光纖上發(fā)送光信號的驅(qū)動器電路。顯示器連接器可包括光電二極管、時鐘和數(shù)據(jù)恢復電路以及重構(gòu)電信號的解復用器。
本發(fā)明的一個具體實施例是用于將視頻源連接到數(shù)字顯示器的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括將數(shù)字像素數(shù)據(jù)從并行電信號編碼為串行光信號的第一電路；對串行光信號解碼并重建并行電信號的第二電路；以及耦合來將來自第一電路的光信號傳送到第二電路的光纖。第一電路可以連接到或者并入到第一DVI連接器，第二電路可以連接到或者并入到第二DVI連接器。
并行電信號可以代表像素數(shù)據(jù)的多條數(shù)據(jù)通道(例如，紅色、綠色和藍色像素值)，并且附帶地可代表時鐘信號。更具體地說，并行電信號可包括三條并行電子數(shù)據(jù)通道，其中每條數(shù)據(jù)通道代表指示像素的對應顏色分量值的獨立比特流。對于DVI連接，電信號是TMDS信號。
第一電路可由以下組分實現(xiàn)輸入信號為并行電信號的復用電路；耦合到復用電路的輸出端的驅(qū)動器電路；以及在驅(qū)動器電路的控制下生成光信號的光發(fā)射源，如垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)和法布里-帕羅(FP)激光二極管。第二電路可由以下組分實現(xiàn)與光源類型相匹配的、耦合來接收來自光纖的光信號的光電二極管；連接來由從光電二極管輸出的信號生成二進制信號的量化器；連接來從二進制信號生成時鐘信號的時鐘恢復電路；以及連接來接收來自時鐘恢復電路的時鐘信號和來自量化器的二進制信號的解復用電路。解復用電路具有多條線，用于輸出重建后的并行電信號。
本發(fā)明的另一個實施例是DVI線纜。DVI線纜包括合適的連接器、第一電路、第二電路和光纖。第一電路運行來將經(jīng)由第一連接器接收的多個TMDS信號轉(zhuǎn)換為光信號。第二電路運行來從光信號中重建TMDS信號，并經(jīng)由第二連接器發(fā)送TMDS信號。單根光纖將來自第一電路的光信號傳送到第二電路。TMDS信號可代表時鐘信號和像素數(shù)據(jù)的并行通道。
本發(fā)明的另一個實施例是用于將數(shù)字數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)字顯示器的方法。該方法通過線纜的第一連接器接收多個并行電信號，其中并行電信號以數(shù)字形式表示像素的各個顏色分量。利用集成在線纜中的第一電路，將并行電信號轉(zhuǎn)換為比特流，該比特流以代表其的光信號為形式在光纖上傳輸。第二電路從光信號中重建并行電信號，并通過線纜的第二連接器發(fā)送重建后的并行電信號。


圖1示出了具有傳統(tǒng)DVI連接的系統(tǒng)的框圖。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例具有帶光鏈路的DVI連接的系統(tǒng)框圖。
圖3A和3B分別示出了傳統(tǒng)DVI-I和DVI-D連接器的管腳布圖。
圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明實施例具有有源電路的DVI線纜。
在不同的圖中相同的標號指代類似或相同的項。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，低功耗數(shù)字圖形連接可采用單根光纖、將來自視頻源的多個電信號轉(zhuǎn)換為單個高帶寬光信號以在光纖上傳輸?shù)挠性摧斎腚娐泛蛯⒏邘捁庑盘栟D(zhuǎn)換為分離的電信號以數(shù)字顯示的有源輸出電路。數(shù)字圖形連接可遵從于諸如DVI的已有標準，但另外允許長的線纜長度而不增加所需的傳輸功率。另外，由于單光纜攜帶了多個高頻像素數(shù)據(jù)和時鐘信號，因此線纜直徑和復雜性都被最小化。
圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明實施例的數(shù)字圖形連接200，其中，線纜210包含光纖212，光纖212提供了視頻源120和數(shù)字顯示器130之間的連接。視頻源120可以是任意數(shù)字視頻源，包括但不限于計算機、DVD播放機或HD-TV調(diào)諧器。數(shù)字顯示器130可以是任意類型的數(shù)字視頻顯示器，包括但不限于平板顯示器、數(shù)字CRT顯示器、投影機或HDTV。下面的描述將集中于本發(fā)明的示例性實施例，其中，視頻源120和數(shù)字顯示器130具有遵從DVI標準的連接器和電路。然而，本發(fā)明的原理可應用到具有多個高帶寬數(shù)據(jù)通道或時鐘信號的其他類型的數(shù)字圖形連接中。
除了光纖212以外，線纜210的圖示實施例還包括連接器116和118以及相關的有源電路216和218。有源電路216和218可連接到連接器116和118，或者可以并入連接器116和118中。如下面所述的，有源電路216包括復用電路、激光器驅(qū)動電路和激光器，有源電路218包括光電二極管和解復用電路。連接器116和118的形狀和管腳適于分別連接到視頻源120和數(shù)字顯示器130上的連接器126和138。
圖3A和3B分別示出了傳統(tǒng)DVI-D連接器300和DVI-I連接器350的管腳。DVI-D連接器300是只用于數(shù)字的連接器，DVI-I連接器350是既可用于數(shù)字，又可用于模擬信號的集成連接器。DVI-D連接器300與DVI-I連接器350的不同點在于在連接器300中未使用交叉管腳C1到C5，因為這些管腳與模擬信號相關聯(lián)，而數(shù)字顯示器中是不需要模擬信號的。表1列出了與圖3A和3B中所示的每個管腳相關聯(lián)的信號。
表1DVI-I管腳分配

DVI-D連接器300或DVI-I連接器350對于雙鏈路配置中的像素數(shù)據(jù)使用六條高帶寬數(shù)據(jù)通道DATA 0-DATA 5，對于單鏈路配置中的像素數(shù)據(jù)使用三條數(shù)據(jù)通道DATA 0-DATA 2。數(shù)據(jù)通道DATA 0-DATA 5中的每一條都使用最小化傳輸差分信令(TMDS)將像素數(shù)據(jù)從源側(cè)的連接器116傳輸?shù)斤@示器側(cè)的連接器118，并且對應于差分信號對DATA 0-/DATA 0+到DATA 5-/DATA 5+中的對應一對。另外，每對數(shù)據(jù)通道0/5、1/3或2/4具有相關的屏蔽。用來與數(shù)據(jù)通道同步的高頻時鐘信號類似地使用TMDS來傳輸，并且對應于具有相關屏蔽的差分信號對CLOCK+和CLCOK-。
DVI標準還為低頻信號提供了顯示數(shù)據(jù)通道(DDC)、DDC時鐘和熱插拔檢測信號。DVI還提供了電源和地信號。
在圖2的數(shù)字圖形連接200中，有源電路216將多條高帶寬電子數(shù)據(jù)通道(例如，對于單鏈路DVI連接是三條數(shù)據(jù)通道DATA 0-DATA 2，對于雙鏈路DVI連接是六條數(shù)據(jù)通道DATA 0-DATA 5)和高頻時鐘信號(例如，TMDS時鐘信號)轉(zhuǎn)換為比特流。經(jīng)由光纖212傳輸?shù)墓庑盘柎碓摫忍亓?。有源電?18利用光信號來重構(gòu)分離的數(shù)據(jù)通道和時鐘信號。
圖4的框示了有源電路216和218的具體實施例。在圖示實施例中，有源電路216包括復用電路410、驅(qū)動電路420和激光二極管430或其他光源。取決于希望采用單鏈路還是雙鏈路DVI連接，輸入到復用電路410中的每個電子像素數(shù)據(jù)通道RED、GREEN和BLUE代表一條或兩條對應的數(shù)據(jù)通道DATA 0-DATA 5。信號CLOCK對應于在DVI連接中使用的TMDS時鐘信號，并且也被輸入到復用器410中。在一個具體實現(xiàn)中，用于單鏈路DVI連接的復用電路410接收表1的信號DATA 0+、DATA 1+、DATA 2+和CLOCK+。
復用電路410中的輸出選擇的運行頻率高于像素數(shù)據(jù)的比特率。例如，復用電路410的時鐘頻率可以是信號DATA 0+、DATA 1+或DATA2+的比特率的多倍(例如四倍)，從而使得復用電路410輸出的比特流順序地代表信號DATA 0+、DATA 1+、DATA 2+和CLOCK+的值。例如，在顯示分辨率為1600×1200像素的UXGA顯示尺寸的情況下，每個像素數(shù)據(jù)信號DATA 0+、DATA 1+或DATA 2+的比特率為1.6Gbps。如果三種(紅色、綠色和藍色)信號被組合，則像素數(shù)據(jù)的總比特率為4.8Gbps(即，1.6Gbps×3)，并且復用電路410的工作頻率應當大于4.8GHz，以對所有的像素數(shù)據(jù)和時鐘信號串行地編碼。DVI連接的時鐘信號CLOCK+的頻率通常低于各個數(shù)據(jù)信號的比特率，從而使得對于每個像素數(shù)據(jù)比特的表示，可以多次重復時鐘信號值。更一般地，復用電路410可使用任何希望的串行化像素數(shù)據(jù)和時鐘信息的方法來創(chuàng)建高頻比特流。
驅(qū)動器電路420驅(qū)動激光二極管430(一般是VCSEL或FP激光器)，以將來自復用電路410的比特流表示為單個光信號。由于雙鏈路DVI的最大數(shù)據(jù)速率約為9.6Gbps，這在光通信網(wǎng)絡中很容易達到，因此光信號可以容納DVI連接的整個帶寬。因而，驅(qū)動器420和激光器430可以是當前用在光計算機網(wǎng)絡中的那些器件類型。類似地，接著使用公知的光耦合器可以將來自激光器430的光信號耦合到傳統(tǒng)的光纖212中。例如，可以使用商業(yè)上可獲得的產(chǎn)品，如吉比特以太網(wǎng)或10Gbit以太網(wǎng)產(chǎn)品來實現(xiàn)驅(qū)動器420、激光器430和關聯(lián)的光耦合器。
光纖212將來自激光器430的光信號傳送到線纜400的顯示器側(cè)上的有源電路218。光纖212可以是傳統(tǒng)的多?；騿文９饫w，其具有諸如在光數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中通常采用的屏蔽層或保護層。
有源電路218接收來自光纖212的光信號，并將光信號轉(zhuǎn)換為DVI連接所需的并行數(shù)據(jù)和時鐘信號。為了執(zhí)行這一功能，圖4中所示的有源電路218的實施例包括光電二極管440、跨阻放大器(TIA)450、量化器(quantizer)460、時鐘數(shù)據(jù)恢復電路470和解復用電路480。光電二極管440經(jīng)由光耦合器(未示出)接收來自光纖212的光信號，并生成電信號。TIA 450和量化器460將來自光電二極管440的信號轉(zhuǎn)換為具有對應于邏輯高和低狀態(tài)的電壓電平的二進制信號。
時鐘數(shù)據(jù)恢復電路470分析來自量化器460的二進制信號以生成時鐘信號。解復用電路480使用該時鐘信號，該時鐘信號的頻率優(yōu)選地與有源電路216的復用電路410中所用的頻率相同。解復用電路480對來自量化器460的二進制信號取樣，以生成并行信號RED、GREEN、BLUE和CLOCK，這些信號分別代表紅色像素數(shù)據(jù)、綠色像素數(shù)據(jù)、藍色像素數(shù)據(jù)和時鐘信號。然后將信號RED、GREEN、BLUE和CLOCK轉(zhuǎn)換為TMDS信號，以在DVI連接器的合適管腳上輸出。
如上所述的單根光纖212可以將來自視頻源120的所有高帶寬信號傳送到數(shù)字顯示器130。用DVI標準實現(xiàn)的剩余信號要么可以被忽略，要么可以被提供。例如，在顯示器側(cè)，電壓適配器可提供電源電壓和地，以經(jīng)由顯示器側(cè)的DVI連接器輸出并用于有源電路218(有源電路216可使用經(jīng)由視頻源側(cè)的DVI連接器提供的電源和地來運行)。顯示數(shù)據(jù)信號和相關的DDS時鐘通常在視頻源和顯示器之間往返發(fā)送，并且如果在顯示器側(cè)加上光發(fā)射器(未示出)，在視頻源側(cè)加上光接收器(未示出)，也可以在光纜212上傳輸。或者，顯示數(shù)據(jù)信號和相關的DDS時鐘信號是低頻信號，其可以使用與光纖212平行的銅線(未示出)傳輸相當長的距離。類似地，熱插拔檢測信號要么可以被忽略、模擬、經(jīng)由光纖212傳輸，要么可以經(jīng)由伴隨導線電傳輸。
盡管已參考具體實施例描述了本發(fā)明，但是該描述只是本發(fā)明應用的一個示例，并且不應當被認為是限制。對所公開實施例特征的各種改動和組合都落在由所附權利要求定義的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種用于將視頻源連接到數(shù)字顯示器的系統(tǒng)，包括將數(shù)字像素數(shù)據(jù)從多個并行電信號編碼到串行光信號中的第一電路；解碼所述光信號并重建所述并行電信號的第二電路；以及耦合來將來自所述第一電路的光信號傳送到第二電路的光纖。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一電路被連接到第一數(shù)字視頻接口連接器，所述第一電路通過所述第一數(shù)字視頻接口連接器接收所述并行電信號；以及所述第二電路被連接到第二數(shù)字視頻接口連接器，所述第二電路通過所述第二數(shù)字視頻接口連接器發(fā)送所述并行電信號。
3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述多個并行電信號代表第一數(shù)據(jù)通道、第二數(shù)據(jù)通道和第三數(shù)據(jù)通道，并且每條數(shù)據(jù)通道都使用最小化傳輸差分信令來編碼。
4.如權利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述多個并行電信號還代表第四數(shù)據(jù)通道、第五數(shù)據(jù)通道和第六數(shù)據(jù)通道，并且所述第四、第五和第六數(shù)據(jù)通道中的每一條通道都使用最小化傳輸差分信令來編碼。
5.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一電路還將時鐘信號編碼到所述光信號中，并且所述第二電路從所述光信號中恢復所述時鐘信號。
6.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述電信號和所述時鐘信號中的每一個都使用最小化傳輸差分信令來編碼。
7.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一電路包括輸入信號為所述并行電信號的復用電路；耦合到所述復用電路的輸出端的驅(qū)動器電路；以及在所述驅(qū)動器電路的控制下，生成所述光信號的光源。
8.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第二電路包括耦合來接收來自所述光纖的光信號的光電二極管；連接來由從所述光電二極管輸出的信號生成二進制信號的量化器；連接來由所述二進制信號生成時鐘信號的時鐘恢復電路；以及連接來接收來自所述時鐘恢復電路的時鐘信號和來自所述量化器的二進制信號的解復用電路，所述解復用電路具有多個用于重建的并行電信號的輸出端口。
9.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一電路、所述第二電路和所述光纖被并入到數(shù)字視頻接口線纜中。
10.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述并行電信號包括第一電信號，代表了指示像素的第一顏色分量值的第一比特流；第二電信號，代表了指示所述像素的第二顏色分量值的第二比特流；以及第三電信號，代表了指示所述像素的第三顏色分量值的第三比特流。
11.一種數(shù)字視頻接口線纜，包括第一連接器；第二連接器；連接到所述第一連接器的第一電路，其中，所述第一電路運行來將通過所述第一連接器接收的多個最小化傳輸差分信令轉(zhuǎn)換為光信號；連接到所述第二連接器的第二電路，其中，所述第二電路運行來由所述光信號重建所述最小化傳輸差分信令，并經(jīng)由所述第二連接器發(fā)送所述最小化傳輸差分信令；以及耦合來將來自所述第一電路的光信號傳送到所述第二電路的光纖。
12.如權利要求11所述的數(shù)字視頻接口線纜，其中，所述最小化傳輸差分信令包括代表像素數(shù)據(jù)的并行通道的多個信號。
13.如權利要求12所述的數(shù)字視頻接口線纜，其中，所述最小化傳輸差分信令還包括時鐘信號。
14.一種用于將數(shù)字數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)字顯示器的方法，包括通過線纜的第一連接器接收多個并行電信號，所述多個并行電信號以數(shù)字形式表示像素的各個顏色分量；利用集成在所述線纜中的第一電路將所述并行電信號轉(zhuǎn)換為串行比特流；經(jīng)由光纖發(fā)送代表所述串行比特流的光信號，所述光纖在所述線纜中，并且將所述第一電路連接到集成在所述線纜中的第二電路；利用第二電路從所述光信號中重建所述并行電信號；以及通過所述線纜的第二連接器發(fā)送重建后的并行電信號。
15.如權利要求14所述的方法，其中，所述第一連接器包括數(shù)字視頻接口連接器，并且所述并行電信號包括代表像素數(shù)據(jù)的多條并行數(shù)據(jù)通道的最小化傳輸差分信令。
16.如權利要求14所述的方法，還包括通過所述第一連接器接收時鐘信號；利用所述第一電路將所述時鐘信號編碼到所述比特流中；以及利用所述第二電路從所述光信號中重建所述時鐘信號。
全文摘要
諸如DVI連接的數(shù)字圖形連接使用光纖用于代表時鐘信號和并行像素數(shù)據(jù)通道的傳輸。在一個實施例中，DVI線纜包括源側(cè)連接器，該源側(cè)連接器包含有源電路，例如用于交織像素數(shù)據(jù)和時鐘信息的復用器以及用于控制激光器在光纖上發(fā)送光信號的驅(qū)動器電路。顯示器連接器可包括光電二極管、時鐘和數(shù)據(jù)恢復電路以及重構(gòu)并行電信號的解復用器。
文檔編號H01R9/03GK1761321SQ20051008737
公開日2006年4月19日 申請日期2005年7月28日 優(yōu)先權日2004年10月14日
發(fā)明者芒恩吉·李, 羅納德·T·坎納施羅 申請人:安捷倫科技有限公司