顯示器DVI接口深入研究

　　就今年的情況而言，液晶顯示器的銷售額已經超過了傳統的CRT顯示器，不過由於液晶顯示器的單價較高，具體的銷售數量(臺)還沒有超過CRT。目前人們選擇液晶顯示器一方面是看重該產品的節能性，一方面看重其體積小、佔地少。目前銷售的液晶顯示器具有兩種接口，DVI(數字視頻接口)和模擬接口(D型15針)。

　　由於液晶采用的是一種純數字的設備，那麼直接通過DVI接口輸入數字信號當然會更好，而通過D型15針接口就顯得有些不明智了(RAMDAC將數字信號轉為模擬信號，再將模擬信號傳入液晶顯示器，最後通過液晶顯示器內部再次轉為數字信號)。在CRT佔據天下時模擬接口自然沒有什麼問題，不過在液晶大行其道的今天就顯得有些不合時宜了。

　　實際上，筆記本電腦在很久以前就開始通過LVDS(低電壓微分信號)傳送器、接收器實現全數字顯示了。而目前使用越來越多的數字接口(DVI)是由DDWG開發的。

　　對於模擬接口的顯示器，我們都知道它和PC連接時需要進行手動調節纔能得到好的圖象；而對於采用DVI接口的顯示器，盡管其承諾無需調節就可以達到有效的顯示效果，不過這種情況只能在傳送器和接收器都兼容DVI標准的前提下，同時還需要轉換的信號符合標准，這個要求目前還很少由產品可以達到。數碼接口芯片的供應商Silicon Image在購進7塊GeForceFX 5200顯卡進行測試後，發現其中沒有一塊符合DVI標准。僅僅擁有DVI接口並不意味著可以實現純數字顯示。

　　DVI標准

　　DVI是一種連接顯卡系統和顯示設備的標准，特別是純數碼顯示設備，比如LCD等。一個DVI顯示系統包括一個傳送器和一個接收器。傳送器是信號的來源，可以內建在顯卡芯片中，也可以以附加芯片的形式出現在顯卡PCB上；而接收器則是顯示器上的一塊電路，它可以接受數字信號，將其解碼並傳遞到數字顯示電路中，通過這兩者，顯卡發出的信號成為顯示器上的圖象。如果用戶希望得到一個完美顯示的畫面，那麼傳送器就需要將乾淨的信號傳給接收器，而接收器自己也需要將信號解碼並乾淨的傳給顯示器。

　　為了實現符合DVI標准，顯卡在硬件上必須支持最低25.175MHz的帶寬，這是實現最低的640×480@60Hz分辨率畫面的條件。目前的DVI">為了實現符合DVI標准，顯卡在硬件上必須支持最低25.175MHz的帶寬，這是實現最低的640×480@60Hz分辨率畫面的條件。目前的DVI 1.0標准規定的最大單通道帶寬為165MHz，也就是在大多數情況下實現1600×1200的分辨率。

　　消隱期是指顯示器准備開始顯示另一幅畫面或區域所需要的時間。CRT因為需要將電子槍重新定位到屏幕的一角，所以需要的消隱期相當的高；而LCD所需要的消隱期則相對短的多，不過並不是所有的產品都是這樣。DVI標准要求LCD顯示器的消隱期小於5%，如果消隱期大於這個標准，那麼就需要顯示器具有更大的帶寬。舉個例子：從理論上來講，1600×1200分辨率下需要142MHz的帶寬，如果計算上5%的消隱期，那麼142MHz的帶寬就顯得有些緊張了。

　　DVI是基於TMDS電子協議設立的。TMDS是一種微分信號機制，可以將象素數據編碼，並通過串行連接傳遞，傳遞的信號具有3-6個數據通道對以及一個頻率信號對。在兩個DVI通道的情況下，標准則允許更大的帶寬。雙連接的DVI顯卡可以支持最大330MHz的帶寬，這樣可以輕松實現每個象素8bit數據，2048×1536分辨率。一塊帶有兩個DVI通道的顯卡具有2個TMDS傳送器和2個DVI接口，這兩個接口可以用來驅動兩個不同的數字顯示器。當然，用戶也可以選擇只驅動一個顯示器，這樣就可以獲得更高的單通道帶寬驅動高分辨率的畫面(比如優派的VP2290b)。

　　測試DVI

　　上面我們提到，顯示一個高分辨率畫面需要一個高帶寬信號，不過將數據以高帶寬傳輸並不是一個簡單的工作，需要用心設計傳送器和接收器，甚至是顯卡的PCB線路(這也是成功的關鍵)。一個高質量的傳送器必須可以產生乾淨的信號，不過信號可以因為電路板設計的拙劣而『變形』和『扭曲』。

　　為了實現高分辨率畫面，我們就需要對傳送器進行測試，來確保它可以產生乾淨的信號；同時也需要對顯示器的接收器做測試，來保證它可以乾淨的對信號解碼並顯示出盡可能完美的畫面。

　　通常對顯卡的測試方法是將液晶顯示器、投影儀等DVI接受設備也顯卡連接，測試人員查看不同設備上顯示出的圖案是否准確；對於接收器的測試則是將將其和不同的DVI傳送器(通常是顯卡)連接，查看測試圖案是否符合原圖。實際上，這兩項測試均依賴與測試人員的觀察，這可以相當主觀而不易掌握的技巧。

　　科學的測試應該是在示波器下查看、分析傳送器發送出的信號，通過觀察示波器屏幕上的圖案可以得到更客觀、准確的判斷。信號會在示波器上形成一個眼型的圖案(Data Eye)。

在162MHz通過的眼型圖案

　　這裡是一個標准的眼型圖案測試畫面，我們給出的是在162MHz帶寬上的圖樣。示波器通過自身的軟件增加了一個黑色覆蓋區，符合要求的數據區(橙、黃色區域)不會和藍色區域混合，也就是說如果眼型圖案保持在黑色區域內部，那麼我們就可以認為信號是合格的。不過這種方法需要測試人員自行計算圖象的抖動、上衝、下行值，並判斷信號圖象是否符合。

　　不過Silicon Image和Tektronix合作為Tek TDS 7404示波器開發了一款軟件來自動進行計算，為測試人員提供了一種更好的方式。TDS 7404的結構類似與PC，采用的也是Windows操作系統，編寫軟件自然不是什麼太困難的事。該軟件在上面的圖表上自動生成黑色和藍色的區域，並會對信號的正確性發出『Pass』(通過)或是『Fail』(失敗)的信息。不過這款產品可不便宜，一臺全配置的TDS 7404，售價70000美元，上面提到的軟件售價為2000美元。

TekTDS 7404

　　測試DVI接收器要相對麻煩一些，因為在這裡測試人員必須自行生成測試圖案，在其中還要包括足夠的乾擾和抖動來測試接收器的極限。對接收器的測試是為了讓數字顯示設備可以呈現出盡可能乾淨的畫面。

有乾擾的DVI畫面

　　提醒大家注意實際的顯示質量和DVI是無關的。

　　實際測試

　　目前越來越多的顯卡芯片都設計了內建的TMDS傳送器。這對於顯卡設計而言是一項挑戰，它意味這模擬和數字混合信號電路需要通過制造技術來滿足純數字信號的需要。集成TMDS傳送器的質量需要最好的，目前大約有7家顯卡廠商采用了Silicon Image的傳送器芯片。

　　實際上，我們選擇了一款帶有兩個DVI接口的顯卡來進行測試，該顯卡內建了一個TMDS傳送器，同時也采用的Silcon Image的SiI164芯片提供另一個DVI接口。

　　下面的圖樣為SiI164芯片對應的接口：

　　Eye Diagram - Port with SiI 164 chip

　　大家可以發現，這款芯片沒有通過測試。軟件繪制的藍色區域超過了信號的邊界。

　　根據Silicon Image的Mark Williams的說法，在PCB上更合理的設計SiI164芯片可以解決這個問題；同時在實際使用中，一般用戶也不會察覺到這個問題。

　　當我們切換到顯卡內建的TMDS傳送器接口時，情況變得更糟糕了。首先，我們將一個使用邊際DVI接收器的液晶顯示器與其連接，產生的畫面可以用『糟糕』來形容，Tek示波器甚至無法生成眼型圖案。

　　出現這樣的情況主要時因為集成的TMDS傳送器只有142MHz的工作頻率，為了提供1600×1200的畫面而不得不減少了信號消隱期。這種做法在一些顯示器上不會出現什麼問題，不過在更多其他產品上則會引起圖象抖動、象素點偏移等情況。

　　不過在我們的測試中，即使使用了減少了消隱期(142MHz)還是無法得到正確的畫面(如上圖所示)。

　　展望

　　顯卡集成的TMDS傳送器出現的問題並不是不能克服的，我們相信已經有一些顯卡芯片廠商可以拿出合適的產品，不過一切都需要在測試過後纔可以下結論。

　　通常的畫質研究集中在顯卡如何通過特殊的渲染功能產生漂亮的畫面，不過現在我們應該加入一項新的測試內容：DVI信號一致性。我們會在今後對DVI信號的質量做更深入的探討，並希望它成為今後顯卡測試的一部分。