掃描卡的製作方法
2023-11-04 04:59:12 1
本發明涉及顯示技術領域，尤其涉及LED顯示屏控制系統中的組件。
背景技術：
現有的LED顯示屏控制系統主要包括發送卡、掃描卡以及LED顯示屏，其中掃描卡配置於每個LED箱體中，多個LED箱體拼接成一個LED顯示屏。LED顯示屏的顯示效果直接由每個LED箱體中配置的掃描卡(或稱LED顯示屏控制板)決定。在LED箱體規格確定的情況下，LED顯示屏的性能參數基本確定，尤其在通用型驅動晶片LED顯示屏中。
隨著小間距的發展，需要掃描卡帶載的像素點增多，而掃描卡帶寬有限導致無法使大帶載下圖像仍舊能完美的顯示；掃描卡體積尺寸的限制也導致其無法在更小間距的LED顯示屏上應用。
如圖1所示，現有的LED顯示屏控制系統中的掃描卡與LED燈板模組以及需要級聯的LED燈板模組與LED燈板模組之間傳輸的信號多為TTL的單端信號，傳輸介質多為多芯排線，排線與LED燈板模組的接口多為雙列直插接插件。
相關技術中的掃描卡方案核心部分是FPGA，在FPGA內部完成所有的數據接收及分發、圖像數據的處理、灰度數據的抽取，並根據不同LED箱體規格、不同驅動晶片輸出不同的顯示數據以及控制信號，並通過信號增強輸出模塊輸出到LED箱體的LED燈板模組上。
現有掃描卡中，FPGA以及其配套的相關器件、輸出的驅動增強等，導致體積比較大，並且需要屏體廠家提供HUB板(轉接板)，增加了產品的厚度，不利於高密度LED顯示屏的設計。掃描卡的帶寬有限無法支持很大的帶載。通用型驅動晶片由於其價格低廉，雖然使用的時間較長，仍舊受到客戶的青睞；對於採用通用型驅動晶片的LED箱體來說，由於其驅動特性，需要不停的輸出灰度數據，然而FPGA輸出的RGB數據組有限，無法滿足顯示效果要求比較高的場合。此外，掃描卡與LED箱體的LED燈板模組之間通過排線連接，現有的信號傳輸方式和連接方式存在以下問題：1)每個單端信號需要佔用一根線芯，造成排線的線芯數量較多，以一個常規8掃LED燈板模組為例，若需要兩組RGB數據，加上時鐘信號(CLK)、鎖存信號(LAT)、使能信號(OE)、行選擇信號(A，B，C)等信號一共有12個單端信號，再加上至少一個地信號，至少需要13芯的排線，然而LED顯示屏行業中經常存在有些應用LED燈板模組對接入排線的線芯數量有限制，多芯排線不方便；2)由於排線線芯較多，排線與LED燈板模組之間的接插件的接觸點也較多，單個線芯不通或接觸不良就會導致顯示異常，這種原因帶來的故障在LED顯示屏應用故障佔很大比例；3)TTL信號因為信號衰減傳輸距離有限，通常不超過2米，有些應用場合需要更長的傳輸距離，因而TTL信號難以勝任；以及4)排線傳輸TTL信號導致信號輻射較大，這給LED顯示屏通過EMC測試帶來困難。
技術實現要素：
因此，為克服現有技術中的缺陷和不足，本發明提出一種掃描卡。
具體地，本發明實施例提出的一種掃描卡，適於應用於LED顯示屏控制系統以與LED燈板模組連接。所述掃描卡包括：設置在電路板上的第一晶片和第二晶片。所述第一晶片用於接收並解包圖像數據包及命令包、根據解包所述命令包後得到的參數數據對解包所述圖像數據包後得到的圖像數據進行處理、以及對處理後的圖像數據重新組包得到處理後圖像數據包輸出至所述第二晶片。所述第二晶片用於接收並解包來自所述第一晶片的處理後圖像數據包以及根據解包所述處理後圖像數據包得到的圖像數據產生控制信號和顯示數據組給所述LED燈板模組執行圖像顯示之用。
在本發明的一個實施例中，所述第一晶片具體包括：第一數據輸入輸出轉換模塊、第二數據輸入輸出轉換模塊、埠切換模塊、圖像數據解包模塊、存儲器控制模塊、命令組包解包模塊、參數分發模塊、圖像數據處理模塊、第一組包解包模塊以及多路第一數據輸入輸出模塊。所述第一和第二數據輸入輸出轉換模塊分別用於對各自所接收圖像數據包及命令包進行格式轉換；所述埠切換模塊連接第一和第二數據輸入輸出轉換模塊以識別上下行數據鏈路來完成輸入輸出切換；所述圖像數據解包模塊連接所述埠切換模塊以對所接收圖像數據包進行解包並通過所述存儲器控制模塊對解包後的圖像數據進行存儲；所述命令組包解包模塊連接在所述埠切換模塊和所述參數分發模塊之間以對所接收命令包進行解包；所述參數分發模塊連接所述圖像數據處理模塊和所述第一組包解包模塊以將來自所述命令組包解包模塊的解包後參數數據下發給所述圖像數據處理模塊和/或所述第一組包解包模塊；所述圖像數據處理模連接所述參數分發模塊和所述存儲器控制模塊以通過所述存儲器控制模塊讀取解包後的圖像數據進行處理並將處理後的圖像數據再通過所述存儲器控制模塊進行存儲；所述第一組包解包模塊連接所述參數分發模塊和所述存儲器控制模塊以通過所述存儲器控制模塊讀取處理後的圖像數據進行組包得到處理後圖像數據包從所述多路第一數據輸入輸出模塊輸出以及將來自所述參數分發模塊的參數數據組包後從所述多路第一數據輸入輸出模塊輸出。
在本發明的一個實施例中，所述第二晶片具體包括第二數據輸入輸出模塊、第二組包解包模塊以及圖像顯示驅動模塊。所述第二組包解包模塊連接所述第一數據輸入輸出模塊和所述圖像顯示驅動模塊以通過所述第一數據輸入輸出模塊接收從所述第一晶片的所述多路第一數據輸入輸出模塊之一輸出的處理後圖像數據包和組包後參數數據並進行解包操作以及將其解包所述處理後圖像數據包後得到的圖像數據傳送給所述圖像顯示驅動模塊，所述圖像顯示驅動模塊用於根據所述第二組包解包模塊傳送來的圖像數據產生所述控制信號和所述顯示數據組。
在本發明的一個實施例中，所述第一晶片還包括第一Phy晶片核和第二Phy晶片核，分別連接所述第一數據輸入輸出轉換模塊和所述第二數據輸入輸出轉換模塊；所述掃描卡還包括設置在所述電路板上的第一網絡變壓器和第二網絡變壓器，分別連接所述第一Phy晶片核和所述第二Phy晶片核。
在本發明的一個實施例中，所述掃描卡還包括存儲器，且所述存儲器設置在所述電路板上或集成在所述第一晶片內部。
在本發明的一個實施例中，所述第二晶片還包括第三數據輸入輸出模塊和監控信息獲取模塊；所述第三數據輸入輸出模塊連接所述第二數據輸入輸出模塊並用於級聯下一級第二晶片；所述監控信息獲取模塊連接所述第二組包解包模塊以獲取所述LED燈板模組的監控信息並送至所述第二組包解包模塊進行組包後經由所述第二數據輸入輸出模塊傳送至所述第一晶片。
此外，本發明另一實施例提供的一種掃描卡，適於連接在前端控制器和LED燈板模組之間。所述掃描卡包括：設置在電路板上的晶片；所述晶片用於接收並解包來自所述前端控制器的圖像數據包及命令包、根據解包所述命令包後得到的參數數據對解包所述圖像數據包後得到的圖像數據進行處理、以及對處理後的圖像數據重新組包得到處理後圖像數據包以差分信號方式輸出至所述LED燈板模組，以供所述LED燈板模組根據所述處理後圖像數據包產生控制信號和顯示數據組進行顯示驅動進而實現圖像顯示。
在本發明的一個實施例中，所述晶片具體包括：第一數據輸入輸出轉換模塊、第二數據輸入輸出轉換模塊、埠切換模塊、圖像數據解包模塊、存儲器控制模塊、命令組包解包模塊、參數分發模塊、圖像數據處理模塊、組包解包模塊以及多路數據輸入輸出模塊；所述第一和第二數據輸入輸出轉換模塊分別用於對各自所接收圖像數據包及命令包進行格式轉換；所述埠切換模塊連接第一和第二數據輸入輸出轉換模塊以識別上下行數據鏈路來完成輸入輸出切換；所述圖像數據解包模塊連接所述埠切換模塊以對所接收圖像數據包進行解包並通過所述存儲器控制模塊對解包後的圖像數據進行存儲；所述命令組包解包模塊連接在所述埠切換模塊和所述參數分發模塊之間以對所接收命令包進行解包；所述參數分發模塊連接所述圖像數據處理模塊和所述組包解包模塊以將來自所述命令組包解包模塊的解包後參數數據下發給所述圖像數據處理模塊和/或所述組包解包模塊；所述圖像數據處理模連接所述參數分發模塊和所述存儲器控制模塊以通過所述存儲器控制模塊讀取解包後的圖像數據進行處理並將處理後的圖像數據再通過所述存儲器控制模塊進行存儲；所述組包解包模塊連接所述參數分發模塊和所述存儲器控制模塊以通過所述存儲器控制模塊讀取處理後的圖像數據進行組包得到處理後圖像數據包從所述多路數據輸入輸出模塊輸出以及將來自所述參數分發模塊的參數數據組包後從所述多路數據輸入輸出模塊輸出。
在本發明的一個實施例中，所述多路數據輸入輸出模塊為百兆網接口模塊、千兆網接口模塊或LVDS接口模塊。
在本發明的一個實施例中，所述晶片還包括第一Phy晶片核和第二Phy晶片核，分別連接所述第一數據輸入輸出轉換模塊和所述第二數據輸入輸出轉換模塊；所述掃描卡還包括設置在所述電路板上的第一網絡變壓器和第二網絡變壓器，分別連接所述第一Phy晶片核和所述第二Phy晶片核。
由上可知，本發明實施例通過提出這種新的LED顯示屏控制系統中的掃描卡方案，減小了掃描卡的體積，將現有掃描卡上FPGA的顯示驅動部分分成並行的小模塊單獨運行，有助於減少圖像處理部分的帶寬，支持大帶載，支持高密小間距屏體；並能輸出更多的顯示數據組，解決現有掃描卡在通用型驅動晶片LED顯示屏中顯示效果不好的問題，提高刷新率和灰度，達到提高LED顯示屏顯示效果的目的；並通過使用新的傳輸方式，與以前的掃描卡與LED燈板模組排線連接方式相比，現在第一晶片和處於LED燈板模組中的第二晶片之間採用差分的接口，可以達到減少排線個數，提高傳輸的穩定性和可靠性，減少EMI，更輕易的滿足EMC的要求。
通過以下參考附圖的詳細說明，本發明的其它方面和特徵變得明顯。但是應當知道，該附圖僅僅為解釋的目的設計，而不是作為本發明的範圍的限定。還應當知道，除非另外指出，不必要依比例繪製附圖，它們僅僅力圖概念地說明此處描述的結構和流程。
附圖說明
下面將結合附圖，對本發明的具體實施方式進行詳細的說明。
圖1為相關技術中的掃描卡與LED燈板模組的結構及連接關係示意圖。
圖2為相關於本發明實施例的一種掃描卡的結構示意圖。
圖3為圖2所示第一晶片的內部結構示意圖。
圖4為圖2所示第二晶片的內部結構示意圖。
圖5為相關於本發明實施例的一種LED顯示屏控制系統架構示意圖。
具體實施方式
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。
具體地，本發明下述實施例提出一種新的掃描卡方案，以解決現有LED顯示屏控制系統中存在的問題，減小掃描卡的體積、支持大帶載、支持高密小間距屏體；同時解決現有掃描卡在通用型驅動晶片LED顯示屏中顯示效果不好的問題，提高屏體的顯示效果；並通過使用新的傳輸方式，達到減少排線個數，提高傳輸的穩定性和可靠性，減少EMI，更輕易的達到EMC的要求。
如圖2所示，本實施例的掃描卡30包括：電路板31以及設置在電路板31上的網絡變壓器33a,33b、第一晶片35、存儲器36和第二晶片37。其中，第一晶片35連接在網絡變壓器33a,33b和第二晶片37之間，存儲器36連接第一晶片35；而且第二晶片37甚至還可以級聯另一個第二晶片。此處需要說明的是，第一晶片和第二晶片的命名中的「第一」和「第二」僅為描述方便之目的，並非用來限制本發明；存儲器36可以是SDRAM等動態隨機存儲器。再者，網絡變壓器33a,33b也可以替換成其他具有信號整形、增強及隔離等功能的電路。
圖3示出本實施例的第一晶片35的內部結構示意圖。如圖3所示，第一晶片35主要完成數據(例如圖像數據、命令數據等)的接收、轉發、圖像數據及參數數據的處理等，其包括：兩路Phy((Physical Layer，物理層))晶片核350a,350b、兩路數據輸入輸出轉換模塊351a,351b、埠切換模塊352、圖像數據解包模塊353、存儲器控制模塊354、命令組包解包模塊355、參數分發模塊356、圖像數據處理模塊357、組包解包模塊358以及至少一路(例如三路)數據輸入輸出模塊359。
其中，兩路Phy晶片核350a,350b分別通過網絡變壓器33a,33b主要與前端控制器連接，完成差分信號例如千兆網數據的接收和發送。兩路數據輸入輸出轉換模塊351a,351b分別連接Phy晶片核350a,350b，其主要完成將Phy晶片核350a,350b的輸入輸出數據轉換為內部需要數據格式，也即進行數據格式轉換。埠切換模塊352連接兩路數據輸入輸出轉換模塊351a,351b，其主要為了識別上下行數據鏈路，完成網線埠的輸入輸出切換。圖像數據解包模塊353連接埠切換模塊352和存儲器控制模塊354，主要完成對圖像數據包(典型地包括場同步信號數據和顯示數據例如RGB數據)的解析以及通過存儲器控制模塊354將解析後的圖像數據存儲至外部存儲器例如存儲器36。存儲器控制模塊354主要完成總線仲裁以及數據分發功能，用於實現對存儲器36的數據存取。命令組包解包模塊355連接埠切換模塊352和參數分發模塊356，主要完成前端控制器下發的命令包的解包得到參數數據並送至參數分發模塊356以及將前端控制器需要的數據組包以備發送。參數分發模塊356主要用於下發各種參數數據例如至圖像數據處理模塊357和組包解包模塊358以控制LED燈板模塊的顯示，具體而言，參數分發模塊356下方的各種參數數據例如包含圖像數據處理模塊357所需的LED燈板模組上的驅動晶片類型(PWM型驅動晶片或通用型驅動晶片)、帶載的顯示區域大小、輸出顯示數據(例如RGB數據)總組數和LED燈板模組的掃描方式(例如8掃、16掃、32掃等)以及後端LED燈板模組所需的參數數據像LED燈板模組的像素寬高、掃描數、掃描解碼方式、驅動方式、數據組數和走線信息等。圖像數據處理模塊357連接參數分發模塊356和存儲器控制模塊354，主要完成圖像數據的重排、校正、灰度抽取等處理以及通過存儲器控制模塊354對圖像數據的讀取及處理後圖像數據的存儲，其中圖像數據的重排通常是指根據LED燈板模組上的驅動晶片類型為PWM型驅動晶片還是通用型驅動晶片來對圖像數據進行調整，且典型地數據重排是按照後端LED燈板模組上列驅動晶片(例如通用型驅動晶片或PWM型驅動晶片)所需數據格式及LED燈板走線信息等進行灰度數據位置重新排列並進行拼接組合等操作；校正例如是反伽馬校正、亮度校正或其他校正比如色度校正；灰度抽取例如是對圖像數據進行Bit分離甚至Bit優化，且典型地灰度抽取是校正處理後的灰度數據按照每一Bit進行分離操作，以將灰度數據轉變成按照不同Bit採用不同實現權重的方式。組包解包模塊358連接參數分發模塊356、存儲器控制模塊354和數據輸入輸出模塊359，主要完成根據配置參數將處理後圖像數據從存儲器36中讀取出來並按照相應的格式組包並通過數據輸入輸出模塊359發送出去，以及完成回包的接包以及轉發。各個數據輸入輸出模塊359用來與後級的第二晶片37進行連接。需要說明的是，也可以將存儲器36集成到第一晶片35的內部，以減少晶片的管腳。
圖4示出本實施例的第二晶片37的內部結構示意圖。如圖4所示，第二晶片37主要完成接收第一個晶片35輸出的圖像數據包並進行驅動顯示，另外還可以用來收集LED燈板模組上的一些監控信息並回傳給第一個晶片35。在第二晶片37與第一晶片35之間，可以使用百兆網接口、千兆網接口、LVDS接口或者其他傳輸接口，也即第一晶片35中的數據輸入輸出模塊359可以是百兆網接口模塊、千兆網接口模塊、LVDS接口模塊或其他傳輸接口模塊。更具體地，在圖4中，第二個晶片37包括：數據輸入輸出模塊371、組包解包模塊373、圖像顯示驅動模塊375、監控信息獲取模塊377以及數據輸入輸出模塊379。數據輸入輸出模塊371用來與第一晶片35進行連接，數據輸入輸出模塊379連接數據輸入輸出模塊379，用來與其他第二晶片37進行級聯。數據輸入輸出模塊371,379典型地是與第一晶片35中的數據輸入輸出模塊359具有相同的結構。組包解包模塊373連接數據輸入輸出模塊371，主要通過數據輸入輸出模塊371完成與第一個晶片35的通信以及完成對從第一個晶片35輸入的數據包的解包以及完成發送給第一個晶片35的數據的組包功能。圖像顯示驅動模塊375連接組包解包模塊373，主要完成將需要顯示的圖像數據按照LED燈板模組的設計要求(包括走線方式、驅動晶片類型等的不同)進行不同的驅動，也即輸出所需顯示數據組和控制信號至LED顯示屏中的目標LED燈板模組以完成圖像顯示，此處的顯示數據組例如是多個RGB數據組，控制信號例如是時鐘信號(CLK)、鎖存信號(LAT)、使能信號(OE)、行選擇信號(A，B，C)等。監控信息獲取模塊379連接組包解包模塊373，其主要提供一些控制接口，完成對LED燈板模組的監控功能，包括LED燈板模組的溫度、電壓、運行時間等監控以及LED燈板模組校正數據的存儲和回讀。
下面將結合圖2至圖4對本實施例的掃描卡30的工作過程進行描述：
數據包(圖像數據包和/或命令包等數據包)由某一路Phy晶片核350a(或350b)進入後，首先通過數據輸入輸出轉換模塊351a(或351b)轉換為內部所需的數據格式，經過埠切換模塊352後：1)對於圖像數據包，則由圖像數據解包模塊353完成解包功能並通過存儲器控制模塊354存儲到外部存儲器例如存儲器36中，圖像數據處理模塊357通過存儲器控制模塊354從存儲器36中讀取圖像數據完成處理後再存儲到存儲器36中，最後通過組包解包模塊358對處理後圖像數據組包後通過數據輸入輸出模塊359輸出進行格式轉換後輸出到第二晶片37；2)對於命令包，則經命令組包解包模塊355解包後得到參數數據通過參數分發模塊356下發到各個模塊例如圖像數據處理模塊357供各個模塊使用，相關的參數數據也通過組包解包模塊358並經由數據輸入輸出模塊359下發給第二晶片37。
第二晶片37接收到來自第一晶片35的數據包後，對其進行解包並送至圖像顯示驅動模塊375。圖像顯示驅動模塊375根據不同的包類型(圖像數據包、命令包等)採用不同的處理方式，對於命令包(例如包含參數數據)，解包後直接輸出LED燈板模組使用，對於圖像數據包，則按照LED燈板模組上驅動晶片的型號、LED燈板模組的走線方式等輸出控制信號和顯示數據組給LED燈板模組以實現圖像顯示。
參見圖5，其為本發明實施例採用圖3和圖4所示第一晶片35和第二晶片37的LED顯示屏控制系統的結構示意圖。如圖5所示，LED顯示屏控制系統60：前端控制器61、掃描卡63和LED燈板模組65。
其中，前端控制器61可以是同步LED顯示屏控制系統的發送卡、異步LED顯示屏控制系統的異步卡。
掃描卡63包括設置在同一塊電路板上的兩路網絡變壓器33a,33b、第一晶片35和存儲器36；網絡變壓器33a,33b和存儲器36分別連接第一晶片35，其中一路網絡變壓器33a連接前端控制器61，另一路網絡變壓器33b用於級聯下一級掃描卡。再者，由於第一晶片35(如圖3所示)中配置有多路數據輸入輸出模塊359，因而其相當於提供有HUB板(轉接板)的接口擴展功能。或者說，圖5所示的掃描卡63在一定程度上也可以稱之為增設有第一晶片35、存儲器36和網絡變壓器33a,33b的HUB板。
LED燈板模組65包括設置在同一塊電路板上的第二晶片37、信號增強模塊651、LED驅動電路653和監控電路655。其中，第二晶片37連接掃描卡63上的第一晶片35以及級聯下一級的第二晶片；信號增強模塊651連接在第二晶片37與LED驅動電路653之間，其例如是74HC245系列晶片；LED驅動電路653包括行選擇晶片和列驅動晶片(例如眾所周知的通用型驅動晶片)，其與設置在同一電路板上的LED燈(作為顯示像素)連接，以控制LED燈的亮暗狀態進而實現圖像顯示；監控電路655連接LED驅動電路653和第二晶片37的監控信息獲取模塊377(參見圖4)，其例如包括MCU，其可以獲得LED燈板模組65的各種監控信息比如排線檢測結果、點檢數據、溫度、電壓等。
此外，在圖5中，前端控制器61和掃描卡63通過千兆網進行通信，掃描卡63與LED燈板模組65之間通過百兆網或者其他信號接口進行通信，LED燈板模組65與LED燈板模組之間也可以進行級聯。或者第一晶片35和第二晶片37這兩個晶片都放在LED燈板模組65上，通過LVDS或者其他差分信號通信。
需要說明的是，在前述實施例中，與前端控制器(例如發送卡)通信可以為千兆PHY，但不僅限於千兆PHY，也可以是SerDes接口，還可以是其他高速串行接口，也即Phy晶片核350a,350b可以為其他差分信號接口模塊而不限於網絡差分信號。此外，對於第一晶片35，也可以將Phy晶片核350a,350b不集成進來；對於第二晶片37，也可以將信號增強模塊651集成進來，這樣LED燈板模組65的電路將更加簡單，又或者在第二晶片37中去掉監控信息獲取模塊377來簡化第二晶片37。
綜上所述，本發明實施例通過提出這種新的LED顯示屏控制系統中的掃描卡方案，減小了掃描卡的體積，將現有掃描卡上FPGA的顯示驅動部分分成並行的小模塊單獨運行(對應第一晶片可連接多個第二晶片)，有助於減少圖像處理部分的帶寬，支持大帶載，支持高密小間距屏體；並能輸出更多的顯示數據組(例如多個RGB數據組)，解決現有掃描卡在通用型驅動晶片LED顯示屏中顯示效果不好的問題，提高刷新率和灰度，達到提高LED顯示屏顯示效果的目的；並通過使用新的傳輸方式，與以前的掃描卡與LED燈板模組排線連接方式相比，現在第一晶片35和處於LED燈板模組中的第二晶片37之間採用差分的接口，可以達到減少排線個數，提高傳輸的穩定性和可靠性，減少EMI，更輕易的滿足EMC的要求。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內,當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。