CN106993149B - Lvds输出保护与防止带电插拔电路和lvds传输模块 - Google Patents

Lvds输出保护与防止带电插拔电路和lvds传输模块 Download PDF

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Abstract

一种LVDS输出保护与防止带电插拔电路，用于接入LVDS信号至显示屏，包括：数据保护电路，其构造为用于传输LVDS数据信号，并对该LVDS数据信号进行防止ESD和降低EMI保护；电源选择电路，其构造为用于传输LVDS电源信号，并将LVDS电源信号分成两路输出以供所述显示屏选择匹配的电源电压供电；防热插拔电路，其构造一检测插入到显示屏状态的检测引脚，根据该检测引脚的电压大小控制所述数据保护电路的供电以及所述电源选择电路输出到显示屏的幅度。为需要输出LVDS信号的板卡在输出信号时提供信号与电源的保护，防止热插拔或者线材反插造成的元器件，芯片的损害。

Description

LVDS输出保护与防止带电插拔电路和LVDS传输模块
技术领域
本发明属于数据接口领域，尤其涉及一种LVDS(Low-Voltage DifferentialSignaling，低电压差分信号)输出保护与防止带电插拔底电路和模块。
背景技术
以电视机板卡行业为例，电视机板卡所测试采用的平台是21.5寸高清屏。屏的TCON(逻辑板卡)输入电压是5V，在板卡的实际生产中会有5V、12V两种屏电压选择。在使用12V的屏电压时意外插入屏电压为5V的高清屏，会烧毁屏的背光电路，根据屏的方案不同，可能会导致白屏的现象。屏线反插会造成屏电压直接烧进接收LVDS数据信号的芯片，根据屏的方案不同，可能会导致黑屏的现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LVDS输出保护与防止带电插拔电路和接口，旨在解决传统的输出LVDS信号的板卡在输出信号时无提供信号与电源的保护，热插拔或者线材反插造成的元器件、芯片的损害的问题。
一方面，本发明提供了一种LVDS输出保护与防止带电插拔电路，用于接入LVDS信号至显示屏，包括：
数据保护电路，其构造为用于传输LVDS数据信号，并对LVDS数据信号进行防止ESD和降低EMI保护；
电源选择电路，其构造为用于传输LVDS电源信号，并将LVDS电源信号分成两路输出以供所述显示屏选择匹配的电源电压供电；
防热插拔电路，其构造一检测插入到显示屏状态的检测引脚，根据该检测引脚的电压大小控制所述数据保护电路的供电以及控制所述电源选择电路输出到显示屏的幅度。
另一方面，本发明提供了一种LVDS传输模块，包括用于接入LVDS数据信号和电源信号的LVDS输入接口、用于与显示屏对接的LVDS输出接口和上述的LVDS输出保护与防止带电插拔电路，该LVDS输出保护与防止带电插拔电路设置在所述LVDS输入接口和LVDS输出接口之间。
上述LVDS输出保护与防止带电插拔电路和LVDS传输模块为需要输出LVDS信号的板卡在输出信号时提供信号与电源的保护，防止热插拔或者线材反插造成的元器件，芯片的损害；在热插拔过程检测相应信号，在确定线材安装完毕的情况下开启电源，防止LVDS信号的电压输入、线材反插等错误导致的芯片烧毁的问题。
附图说明
图1是本发明较佳实施例中提供的LVDS输出保护与防止带电插拔电路的模块框图；
图2是图1电路模块中防护输出模块的电路原理图；
图3是图1电路模块中转换输出模块的电路原理图；
图4是图1电路模块中第一二极管的电路原理图；
图5是图1电路模块中输出选择端口的电路原理图；
图6是图1电路模块中防热插拔电路的电路原理图；
图7是图1电路模块中电压转换电路的电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：
请参阅图1，本实施例中，将LVDS输出保护与防止带电插拔电路设置在独立的LVDS传输模块(未图示)上为例，LVDS传输模块串接在主板的LVDS信号输出接口和显示屏(未图示)的LVDS信号输入接口之间，LVDS传输模块上设有接入LVDS数据信号和电源信号的LVDS输入接口LVDS_IN和用于与显示屏对接的LVDS输出接口LVDS_OUT，该LVDS输出保护与防止带电插拔电路设置在所述LVDS输入接口LVDS_IN和LVDS输出接口LVDS_OUT之间，用于接入LVDS信号至显示屏。
LVDS输出保护与防止带电插拔电路包括数据保护电路11、电源选择电路12、防热插拔电路13和电压转换电路14。
数据保护电路11构造为用于传输LVDS数据信号(LVDS DATA)，并对该LVDS数据信号进行防止ESD(Electro-Static discharge，静电释放)和降低EMI(ElectromagneticInterference，电磁干扰)保护。数据保护电路11串联连接在LVDS输入接口LVDS_IN的LVDS数据输入接口和LVDS输出接口LVDS_OUT的LVDS数据输出接口之间。
具体地，数据保护电路11包括串联连接在LVDS数据输入和输出接口之间的静电抑制器112和EMI单元114。本实施例中，静电抑制器112的部分选用的是PESD2510AQ12芯片，PESD2510AQ12芯片是一款四通道的静电抑制器112，可以有效防止ESD。降低EMI的部分(EMI单元114)选用的是DTC34LF86L和DTC34LM85AML芯片。DTC34LF86L芯片可以把LVDS数据信号转成28位CMOS/TTL数据信号，而DTC34LM85AML芯片可以把DTC34LF86L芯片转成的28位CMOS/TTL数据信号还原成LVDS数据信号。这两种芯片结合使用可以有效降低LVDS信号的EMI。
电源选择电路12构造为用于传输LVDS电源信号(LVDS POWER)，并将LVDS电源信号分成两路输出以供显示屏选择匹配的电源电压供电。
本框架中，LVDS电源信号(简称屏电压)有两种电压值，以5V和12V为例。在用户使用屏电压为5V的屏时，主板的屏电压供电也必须为5V。主板的屏电压供电误使用12V时，会导致显示屏的背光电路烧毁。
LVDS电源信号选择电路中有两路输出，一路对输入电压进行处理，保证无论输入5V，还是12V电压，输出都会转成5V，适用于屏电压为5V的显示屏。一路对输入电压不做处理，输出电压等于输入电压，适用于屏电压为12V的显示屏，这两路输出由用户自行选择。
具体地，电源选择电路12包括防护输出模块122、转换输出模块124、第一二极管126和输出选择端口128。
请结合图1和图2，防护输出模块122与LVDS电源接口VCC_IN连接，接入LVDS电源信号并延缓输出第一电压(5V)。防护输出模块122运用不同阻值的电阻串联分压的原理，5V、12V对应不同的分压值来控制电路自身是否开启。5V输入时电路开启，正常输出5V。12V输入时电路关闭，没有输出。为了防止电路中上电时间不一致造成的12V输入会有短暂的时间电路开启，需要在适当的地方增加电容减缓上电时间。
具体实现方式例如：防护输出模块122包括第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3。
第一开关管Q1的控制端通过第一电阻R22接LVDS电源接口VCC_IN，且通过第二电阻R23接地，第一开关管Q1的输入端通过第三电阻R24接LVDS电源接口VCC_IN，第一开关管Q1的输出端接地；第二开关管Q2的控制端接第一开关管Q1的输入端，并通过第一缓冲电容C36接地，第二开关管Q2的输入端通过第四电阻R25接LVDS电源接口VCC_IN，第二开关管Q2的输出端接地；第三开关管Q3的控制端通过第五电阻R26接第二开关管Q2的输入端，且通过第二缓冲电容C35接LVDS电源接口VCC_IN，第三开关管Q3的输入端接LVDS电源接口VCC_IN，第三开关管Q3输出端作为防护输出模块122的输出端VCC_5V。
优选地，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3分别为NPN三极管、NPN三极管和P型MOS管；在其他实施方式中，三极管可以使用同开关属性MOS管替换，MOS管可以使用同开关属性三极管替换。如此，LVDS电源接口VCC_IN输出的为5V电压时，第一开关管Q1关闭，第二开关管Q2导通，第三开关管Q3导通则输出5V电压；LVDS电源接口VCC_IN输出的为12V电压时，第一开关管Q1导通，第二开关管Q2关闭，第三开关管Q3关闭，无输出。可见，该防护输出模块122是用于防止LVDS电源接口VCC_IN输出电压大于显示屏的匹配电压时对显示屏造成电压冲击，导致器件损坏。为了防止电路中上电时间不一致造成的12V输入会有短暂的时间电路开启，需要在适当的地方增加电容(第一缓冲电容)减缓上电时间。
请结合图1和图3，转换输出模块124与LVDS电源接口VCC_IN连接，接入LVDS电源信号并转换输出第一电压(5V)。转换输出模块124是用于将LVDS电源接口VCC_IN输出电压转换成显示屏的匹配电压的。本实施例中，采用的降压芯片的输入范围在4.6V-12V之间，输出由电阻分压调节。输出设定为5V时，12V输出可以正常输出5V。5V输入的输出要小于5V。
具体实现方式例如：转换输出模块124包括第一DC-DC芯片UD1，第一DC-DC芯片UD1的IN(输入)端口和LX(输出)端口分别与LVDS电源接口VCC_IN和第一输出端电感L1的一端连接，输出电感L1的另一端作为转换输出模块124的输出端VCC-5V。且模块的输入/输出端口并联有用作启动、滤波的电容C37、C38，C40、C41、C56。
请结合图1和图4，第一二极管126其阳极接转换输出模块124的输出端VCC-5V，阴极接防护输出模块122的输出端VCC_5V。保证LVDS电源接口VCC_IN输入12V时，防护输出模块122不工作，转换输出模块124输出5V。LVDS电源接口VCC_IN输入5V时防护输出模块122正常输出5V，转换输出模块124输出小于5V。
请结合图1和图5，输出选择端口128与LVDS电源接口VCC_IN以及第一二极管126的阴极连接，输出选择端口128的输出端VCC_OUT供显示屏选择匹配的电源电压供电。输出选择端口128为排针跳帽JPAL2，用户自行进行跳选选择5V还是12V为显示屏供电。
请结合图1和图6，防热插拔电路13构造一检测插入到显示屏状态的检测引脚15，防热插拔电路13根据该检测引脚15的电压大小控制数据保护电路11的供电以及电源选择电路12输出到显示屏的幅度。
LVDS信号热插拔导致烧屏的原因是因为插屏线时后端负载不确定，大电流大电压造成的冲击烧毁。同时与地电压不同也有关系。针对带电插拔会导致烧屏的问题，本设计针对LVDS输出接口LVDS_OUT的一个信号地进行单独处理。当屏线(LVDS输出接口LVDS_OUT)完全插入显示屏的LVDS插座时，此信号的状态的改变会开启热防热插拔电路13和电压转换电路14。防热插拔电路13的电压输入端控制输入电压的幅度，避免大电压的冲击。
具体实现方式例如：防热插拔电路13包括一TVS管TVS2(Transient VoltageSuppressor，瞬态抑制二极管)、第四开关管Q4、第五开关管Q5和第六开关管Q6，其中：
TVS管TVS2的阳极接地，阴极接电源选择电路12输出端VCC_OUT输出的电源电压；TVS管TVS2控制输入电压的幅度，避免大电压的冲击。第四开关管Q4的控制端接检测引脚15，第四开关管Q4的输入端通过第六电阻R34接电源选择电路12输出端VCC_OUT输出的电源电压，第四开关管Q4的输出端接地。第五开关管Q5的控制端接第四开关管Q4的输入端，第五开关管Q5的输入端通过第七电阻R32接电源选择电路12输出端VCC_OUT输出的电源电压，第五开关管Q5的输出端接地。第六开关管Q6的控制端通过第八电阻R33接第五开关管Q5的输入端，并通过第二缓冲电容C47接电源选择电路12输出端VCC_OUT输出的电源电压，第六开关管Q6的输入端接电源选择电路12输出的电源电压，第六开关管Q6的输出端作为防热插拔电路13的输出端VCC-OUT用于与显示屏的LVDS电源端口连接。
优选地，第四开关管Q4、第五开关管Q5和第六开关管Q6分别为NPN三极管、NPN三极管和P型MOS管；在其他实施方式中，三极管可以使用同开关属性MOS管替换，MOS管可以使用同开关属性三极管替换。假设，LVDS输出接口LVDS_OUT未与显示屏的LVDS插座插接时，检测引脚15被置于高电平，那么第四开关管Q4导通，第五开关管Q5关闭，第六开关管Q6关闭，防热插拔电路13的输出端VCC-OUT无输出。LVDS输出接口LVDS_OUT与显示屏的LVDS插座插接时，检测引脚15的电平被拉低到地，第四开关管Q4关闭，第五开关管Q5导通，第六开关管Q6导通。则防热插拔电路13的输出端VCC-OUT输出电压到LVDS插座的LVDS电源端口。如此实现防热插拔，避免大电流大电压造成的后端负载的冲击烧毁。另外，为了防止电路中上电时间不一致造成的不匹配的大电压输入会有短暂的时间电路开启，需要在适当的地方增加电容(第二缓冲电容)减缓上电时间。
请结合图1和图7，电压转换电路14与检测引脚15、电源选择电路12的输出端和数据保护电路11连接，电压转换电路14受检测引脚15的电压大小控制是否工作，以给数据保护电路11供电。针对不同屏对LVDS数据信号和LVDS电源信号的时序要求，适当调整两处电路输入端的电容参数，可以满足其要求。
具体实现方式例如：电压转换电路14包括第七开关管Q7和第二DC-DC芯片UD2，第二DC-DC芯片UD2的IN(输入)引脚、EN(使能)引脚和LX(输出)引脚分别和电源选择电路12的输出端VCC_OUT、第七开关管Q7的输入端、第二输出电感L2的一端连接；第七开关管Q7的控制端接检测引脚15，第七开关管Q7的输出端接地，第二输出电感L2的另一端作为电压转换电路14的输出端VCC_3.3V接数据保护电路11。具体是芯片DTC34LF86L和DTC34LM85AML芯片需要3.3V的电压供电，在供电时控制电压的输出时间就可以控制LVDS数据信号的输出时间以满足相应时序。
优选地，第七开关管Q7为NPN三极管。检测引脚15被置于高电平时，EN引脚电压被拉低，第二DC-DC芯片UD2不工作，芯片DTC34LF86L和DTC34LM85AML芯片就不工作无法传输LVDS数据信号；检测引脚15被置于低电平时，EN引脚电压被拉高，第二DC-DC芯片UD2工作输出电压，芯片DTC34LF86L和DTC34LM85AML芯片就工作。
LVDS传输模块中的LVDS输入接口LVDS_IN和LVDS输出接口LVDS_OUT设有防反接机构。接口和插接座中，一处物料选用排针，另一处物料选用带卡位的连接座。选用排针的物料必须空一个地PIN，选用连接座的物料可以考虑空一个地PIN。在制作线材是针对这两处物料制作专门的线材。若物料空一个地PIN，则线材需要堵住对应的孔以免造成反插。
上述LVDS输出保护与防止带电插拔电路和LVDS传输模块为需要输出LVDS信号的板卡在输出信号时提供信号与电源的保护，防止热插拔或者线材反插造成的元器件，芯片的损害；在热插拔过程检测相应信号，在确定线材安装完毕的情况下开启电源，防止LVDS信号的电压输入、线材反插等错误导致的芯片烧毁的问题。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种LVDS输出保护与防止带电插拔电路，用于接入LVDS信号至显示屏，其特征在于，包括：
数据保护电路，其构造为用于传输LVDS数据信号，并对LVDS数据信号进行防止ESD和降低EMI保护；
电源选择电路，其构造为用于传输LVDS电源信号，并将LVDS电源信号分成两路输出以供所述显示屏选择匹配的电源电压供电；
防热插拔电路，其构造一检测插入到显示屏状态的检测引脚，根据该检测引脚的电压大小控制所述数据保护电路的供电以及控制所述电源选择电路输出到显示屏的幅度；
所述电源选择电路包括：
防护输出模块，与所述LVDS电源接口连接，接入LVDS电源信号并延缓输出第一电压；
转换输出模块，与所述LVDS电源接口连接，接入LVDS电源信号并转换输出所述第一电压；
第一二极管，其阳极接所述转换输出模块的输出端，阴极接所述防护输出模块输出端；
输出选择端口，与所述LVDS电源接口以及所述第一二极管的阴极连接，输出端供所述显示屏选择匹配的电源电压供电。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述数据保护电路包括串联连接在LVDS数据输入和输出接口之间的静电抑制器和EMI单元。
3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述防护输出模块包括第一开关管、第二开关管和第三开关管；
所述第一开关管的控制端通过第一电阻接所述LVDS电源接口，且通过第二电阻接地，所述第一开关管的输入端通过第三电阻接所述LVDS电源接口，所述第一开关管的输出端接地；
所述第二开关管的控制端接所述第一开关管的输入端，并通过第一缓冲电容接地，所述第二开关管的输入端通过第四电阻接所述LVDS电源接口，所述第二开关管的输出端接地；
所述第三开关管的控制端通过第五电阻接所述第二开关管的输入端，且通过第二缓冲电容接所述LVDS电源接口，所述第三开关管的输入端接所述LVDS电源接口，所述第三开关管输出端作为所述防护输出模块输出端。
4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述转换输出模块包括第一DC-DC芯片，所述第一DC-DC芯片的IN端口和LX端口分别与所述LVDS电源接口和第一输出端电感的一端连接，所述输出电感的另一端作为所述转换输出模块的输出端。
5.如权利要求1至4任一项所述的电路，其特征在于，所述防热插拔电路包括一TVS管、第四开关管、第五开关管和第六开关管，其中：
所述TVS管的阳极接地，阴极接所述电源选择电路输出的电源电压；
所述第四开关管的控制端接所述检测引脚，所述第四开关管的输入端通过第六电阻接所述电源选择电路输出的电源电压，所述第四开关管的输出端接地；
所述第五开关管的控制端接所述第四开关管的输入端，所述第五开关管的输入端通过第七电阻接所述电源选择电路输出的电源电压，所述第五开关管的输出端接地；
所述第六开关管的控制端通过第八电阻接所述第五开关管的输入端，并通过第二缓冲电容接所述电源选择电路输出的电源电压，所述第六开关管的输入端接所述电源选择电路输出的电源电压，所述第六开关管的输出端作为防热插拔电路的输出端用于与显示屏的LVDS电源端口连接。
6.如权利要求1至4任一项所述的电路，其特征在于，还包括电压转换电路，所述电压转换电路与所述检测引脚、所述电源选择电路的输出端和所述数据保护电路连接，所述电压转换电路受所述检测引脚的电压大小控制是否工作，以给所述数据保护电路供电。
7.如权利要求6所述的电路，其特征在于，所述电压转换电路包括第七开关管和第二DC-DC芯片，所述第二DC-DC芯片的IN引脚、EN引脚和LX引脚分别和所述电源选择电路的输出端、第七开关管的输入端、第二输出电感的一端连接；所述第七开关管的控制端接所述检测引脚，输出端接地，所述第二输出电感的另一端作为所述电压转换电路的输出端接所述数据保护电路。
8.一种LVDS传输模块，其特征在于，包括用于接入LVDS数据信号和电源信号的LVDS输入接口、用于与显示屏对接的LVDS输出接口和权利要求1至7任一项所述的LVDS输出保护与防止带电插拔电路，该LVDS输出保护与防止带电插拔电路设置在所述LVDS输入接口和LVDS输出接口之间。
9.如权利要求8所述的LVDS传输模块，其特征在于，所述LVDS输入接口和LVDS输出接口设有防反接机构。
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