自數(shù)位電視問世以來， HDMI 標準憑藉為大螢?zāi)籋D顯示器服務(wù)的本領(lǐng)，在該領(lǐng)域牢牢扎根。如今，藍光技術(shù)、電漿、 LCD 和 LED 電視，還有新推出的 3D 顯示再一次推動了多媒體消費技術(shù)的進展。
現(xiàn)在市場中大多數(shù)可攜設(shè)備還不能針對大螢?zāi)惶幚砗筒シ鸥呓馕鰞?nèi)容。但超級智慧手機、搭載最新應(yīng)用處理器的平板裝置(Tablet)和各種高解析多媒體應(yīng)用等新型手持設(shè)備的推出，卻帶動了新的多媒體消費性產(chǎn)品模式。如今的終端用戶已經(jīng)習(xí)慣在大螢?zāi)簧嫌^看高解析內(nèi)容，故在可攜式設(shè)備中整合高解析處理功能，使消費者能夠享受在大螢?zāi)簧嫌^賞高解析內(nèi)容成為‘必備’而不是‘可有可無’的一項功能。
但實現(xiàn)這一功能需要三個必要條件：支援高解析的可攜設(shè)備、播放高解析內(nèi)容的應(yīng)用程式，以及將可攜設(shè)備與大螢?zāi)幌噙B的選項。而在可攜設(shè)備中添加諸多新功能的過程複雜而且昂貴，就算在複雜的技術(shù)方面實現(xiàn)突破，新功能對手持設(shè)備的電能消耗會也成為很大問題。通常可攜設(shè)備的重量和其他因素會限制電池的體積，而更佳的觀看效果只能在犧牲電池續(xù)航時間的情況下實現(xiàn)。
什麼是CoolHD技術(shù)？
隨著新型消費性電子設(shè)備的不斷增多，我們對能源的需求也在日益增加。很多國家開始對設(shè)備能源消耗做出規(guī)定，而能源的回收和利用也成為一個現(xiàn)實而獨特的解決方案。 CoolHD是由Analogix半導(dǎo)體公司研發(fā)的一種技術(shù)，它能夠回收被浪費的電能，使其被重新利用來為晶片供電。這意味著 CoolHD 技術(shù)在將高解析多媒體內(nèi)容顯示到數(shù)位電視時，不需要從可攜設(shè)備電池中攝取電能，即實現(xiàn)了零功耗。在這一過程中，這一獨特技術(shù)能夠延長可攜設(shè)備電池壽命，成長設(shè)備續(xù)航時間，減少充電次數(shù)，因此提高設(shè)備了使用效率，為終端用戶帶來更長時間和更好的使用效果。
要完全瞭解 CoolHD 技術(shù)與其優(yōu)勢，我們需要先明白兩個音視訊設(shè)備之間的基本電子連接原理。除了無線設(shè)備，任何兩個音視訊設(shè)備之間的連接需要透過纜線來傳輸多媒體數(shù)據(jù)，這個纜線連接被稱為‘DC Couple’(直流耦合)或‘AC Couple’(交流耦合)。對多媒體連接來說，音視訊設(shè)備負責(zé)輸出數(shù)據(jù)的是‘源端’或‘發(fā)送端’，而接收數(shù)據(jù)設(shè)備則是‘終端’或‘接收端’。
圖 1 每 源端與終端之間的直流耦合連接
在直流耦合連接中(見圖1)，源端與終端音視訊設(shè)備的纜線連接中沒有被動元件阻擋DC電流。圖中的電晶體直流耦合連接未顯示半導(dǎo)體設(shè)備兩端其他的驅(qū)動電晶體。接收端的終端電阻提供兩端所需的上拉電壓。源端設(shè)備在連接中與終端設(shè)備溝通需要其自己的電源。同樣，終端設(shè)備接收源端設(shè)備出來的數(shù)據(jù)也需要其自己的電源。這樣，電流在纜線中直接流通使得兩個音視訊設(shè)備傳輸所需數(shù)據(jù)。最重要的是在直流耦合連接兩端的電晶體需要能夠承受並轉(zhuǎn)換到同樣的電壓。
圖 2 每 源端與終端之間的交流耦合連接
在交流耦合連接中(如圖2)，兩個音視訊設(shè)備之間使用的是電容器耦合。電容器阻擋直流電流通過兩個設(shè)備，只允許交流電流通過。這樣，設(shè)備一端的變動率傳到另外一端，同時阻礙電流直接通過。不像直流耦合連接，交流耦合連接兩端的電晶體不需要有同樣的電壓。
因此，交流耦合能夠使積體電路設(shè)備在不同電壓下工作，有助推進積體電路設(shè)備向深次微米技術(shù)發(fā)展的趨勢。另外，深次微米技術(shù)中為減少功耗而降低了積體電路設(shè)備電壓。電子設(shè)備業(yè)界為能夠提高功能的相容性和整合度同時降低成本，通常會研發(fā)SoC。所以，深次微米技術(shù)在提高整合度的同時也降低功耗。與此同時，積體電路設(shè)備是不同的製程生產(chǎn)的，因此，互相之間會有電壓差異。交流耦合連接能夠驅(qū)動數(shù)據(jù)在不同電壓的兩個積體電路設(shè)備中傳輸。兩端可以互相溝通其電壓變動率定義。但不管是直流耦合還是交流耦合，音視訊設(shè)備在互相溝通傳輸數(shù)據(jù)的過程中，終端和源端都在不停的消耗電能。
高解析互連互通的需求日益增大 HDMI主要是為能夠直接插到牆上電源上取電的消費性電子設(shè)備而設(shè)計。雖然晶片製造商們一直想提高SoC的功能整合度，而降低功耗對他們來說並不重要。在過去幾年裡可攜式多媒體設(shè)備和超智慧手機陸續(xù)問世，它們的處理能力接近普通電腦，但它們的小體積和小螢?zāi)怀蔀樘峁└糜脩趔w驗的路障。自高解析電視的推出，消費者已經(jīng)非常適應(yīng)在大螢?zāi)簧闲蕾p高解析內(nèi)容。可攜式產(chǎn)品整合高解析內(nèi)容處理能力帶動了將這些小型設(shè)備與大型高解析顯示器連接的需求。
Analogix開發(fā)了一種電能回收利用執(zhí)行構(gòu)架。HDMI技術(shù)在兩個音視訊設(shè)備的直流耦合連接這一原理上執(zhí)行。也就是說，源端或發(fā)送器負責(zé)輸出高解析內(nèi)容至終端或接收器。Analogix成功研發(fā)了一種創(chuàng)新的直流耦合連接執(zhí)行方式，該技術(shù)能夠回收源端中浪費掉的電能，然後重新加以利用，使得源端無需外接電源。這一技術(shù)被稱為CoolHD技術(shù)。
CoolHD技術(shù)實現(xiàn)電能的回收和利用 往往複雜的技術(shù)實施方式可以用很簡單的語言來描述，而在下一代積體電路計設(shè)計模式中，這些簡單的描述方式可幫助我們改變其設(shè)計規(guī)格。為了不過於複雜化本文，我們無需完全瞭解HDMI技術(shù)，只需要探討一個系統(tǒng)中兩積體電路設(shè)備透過一條纜線連接的直流耦合連接。
CoolHD技術(shù)的實現(xiàn)過程如圖3所示，該技術(shù)正申請專利。在直流耦合連接中，源端(發(fā)送器)和終端(接收器)透過纜線連接，連接中到終端的電能大多變成熱量在終端和連接中散失，並最終透過連接到地被浪費掉。
圖 3 每 CoolHD?技術(shù)實施構(gòu)架框圖
在圖3中，CoolHD發(fā)送器透過纜線與標準接收器以直流耦合方式連接。圖中紅線區(qū)域中顯示源驅(qū)動器到地連接中加入了CoolHD電路。這些CoolHD電路負責(zé)在發(fā)送器中回收和重新利用電能。啟動電路使用非常小的電流來產(chǎn)生偏壓(見圖3中的G1與G2)。低壓降電壓調(diào)節(jié)器負責(zé)提供不同電壓至源端或終端IC設(shè)備。因此只要纜線連接著接收器，這種電能的回收和重新利用就會繼續(xù)。
這一技術(shù)的創(chuàng)新之處在於源端無需上游供電來工作，源端設(shè)備與終端相連接就可以為自己供電。只要源端從上游得到內(nèi)容就會傳輸給其下游的終端，這樣源端與終端之間的數(shù)據(jù)傳輸就總在繼續(xù)。當終端斷電時，也就是終端不需要從上游得到有效載荷，源端將還原到初始狀態(tài)。
CoolHD在可攜式設(shè)備的應(yīng)用
在Analogix的實驗室中，工程師們測量了一款市場中熱賣的一流高解析可攜設(shè)備的功耗。這一款可攜設(shè)備中整合了應(yīng)用處理器，能夠處理並輸出從VGA到Full-HD(1,080p)的解析度。我們在測試中將一個同樣的應(yīng)用處理器中整合了普通HDMI發(fā)送器，並在另外一個相同的應(yīng)用處理器中整合了Analogix的CoolHD HDMI發(fā)送器。
一個螢?zāi)坏娘@示功能被定義為一定的垂直列和水平行數(shù)量在一定的刷新率刷新。例如，發(fā)送器在60Hz發(fā)送VGA解析度。VGA要求有640個直行和480個水準行。為達到60Hz的刷新率，每畫面每秒要刷新60次。640個垂直列和480個水平行縱橫在一起就成為640 x 480的矩陣，矩陣上每個組成元素就是一個螢?zāi)簧系漠嬎亍Ｃ總�畫素最基本的色深是紅、綠和藍色。每個畫素的基本色彩被一系列的數(shù)位位元驅(qū)動，呈現(xiàn)為螢?zāi)簧纤@現(xiàn)的畫素顏色。畫素時脈負責(zé)控制電晶體電路組的開和關(guān)，因而控制畫素在螢?zāi)簧系娘@示。因此更高的解析度意味著更高的畫素。也就是說為達到更高的解析度有更多的畫素要被畫素時脈控制。
圖 4 每 手持設(shè)備應(yīng)用處理器中普通HDMI和CoolHD? HDMI源端功耗對比
圖4中顯示了不同解析度的畫素時脈頻率，從VGA到Full-HD。工程師們測試了應(yīng)用處理器本身的功耗，應(yīng)用處理器整合普通HDMI發(fā)送器後的功耗，和應(yīng)用處理器整合CoolHD HDMI發(fā)送器後的功耗。應(yīng)用處理器自身功耗是在輸出最低解析度(如VGA)時記錄的，在測試中成為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其他功耗數(shù)據(jù)除以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)得到了最終圖中使用的‘功耗指數(shù)’。
從圖4中可見功耗與視訊畫素時脈頻率有直接關(guān)係。當顯示的解析度增加，畫素也自然需要增加來支援，同樣，在不斷顯示畫面時，畫素時脈頻率必須增加來處理一個時間段中更高的畫素。這樣提高解析度自然就增加了應(yīng)用處理器的功耗。高解析多媒體內(nèi)容需要透過HDMI連接來傳輸，而普通HDMI發(fā)送器會增加應(yīng)用處理器的功耗。一般情況下，HDMI畫素時脈頻率是原始視訊畫素時脈頻率的10倍。我們的測試顯示應(yīng)用處理器整合了HDMI後的功耗，是應(yīng)用處理器單獨工作功耗的1.45倍。但整合了Analogix CoolHD HDMI發(fā)送器的應(yīng)用處理器的功耗與應(yīng)用處理器單獨工作功耗一致，並未添加更多的功耗。因此清楚可見CoolHD HDMI發(fā)送器在輸出高解析數(shù)據(jù)時沒有使用外接電源。 |
