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MEDICIÓN DE SEÑALES LVDS PARTE 2
LAS SEÑALES LVDS DE ENTRADA Y DE SALIDA

por PICERNO




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2.1 INTRODUCCIÓN

Me han llegado muchos correos a mi pagina con felicitaciones por encarar este tema, que parece ser tabú para todos los autores. Pero en casi todos me piden que explique el tema comenzando por lo más elemental, que es donde se aplican las comunicaciones LVDS en un TV LCD, desde los viejos TVS con iluminación a tubos (lamparas) CCFL hasta los modernos monoplaquetas.

Y me piden si puedo agregar diagramas en bloques, circuitos, sistemas de medición, etc. Es decir que el tema pegó justo donde más le duele a los reparadores: no saben cómo seguir las señales dentro de las plaquetas main y T-com si la hubiera y se ven forzados a cambiar plaquetas, aunque saben que tal vez la placa que desechan tiene un resistor cortado. Qué lindo serí­a poder encontrarlo. Siga el cursillo y lo encontrará.

Voy seguir explicando el tema, relatando cual es el recorrido de la señal en una main, pero no les voy a dar un diagrama en bloques. Vamos a innovar en el proceso de enseñanza. 

El diagrama lo van a formar Uds. dentro de su cabeza, mientras yo les cuento como progresa la señal. Uds. lean unos párrafos, luego cierren los ojos y construyan "in mente" el diagrama en bloques de lo que leyeron y así­ terminarán construyendo el diagrama completo. Si no pueden vuelvan a leer y luego tratan de dibujar el diagrama. Luego si quieren dibujarlo me lo mandan y yo lo público con el nombre del alumno. Usen papel y lápiz o el más moderno programa de dibujo, no importa.     

2.2 LAS SEÑALES DE ENTRADA

Hasta los usuarios saben cuáles son las diferentes señales que pueden ingresar a un TV. Tal vez las más común es el ingreso de señales HDMI que vienen desde un decodificador de un sistema de cable. Dejemos de lado como ingresan las señales al decodificador, porque pueden hacerlo como una señal de aire, un cable coaxial o un cable de fibra óptica. Es decir por una señal multiplexada en frecuencia, de una sola ví­a, que trae todos los canales y la señal de la red Ethernet (vulgarmente conocida como señal de Internet).

El decodificador de la compañí­a que nos da el servicio, se conecta al TV por un cable HDMI y allí­ tenemos el primer ejemplo de una conexión LVDS (Low Voltage Diferencial Signal = señal diferencial de baja tensión). Agarre en una mano el cable de la compañí­a que le da servicio y en la otra el cable HDMI del decodificador. En una mano, tiene toda la información pasando por una sola ví­a y en la otra un conector de 21 patas que luego vamos a analizar. Aquí­ se produjo una "desmultiplexación" de una ví­a a múltiples ví­as. Atención que las 21 ví­as no son de señal hay fuente, señales de control, clok y además para una sola ví­a se utilizan dos cables (uno de ida y otro de regreso).
 
En los TV LED mas viejos, el microprocesador tení­a solo una entrada HDMI. Para tener por lo menos dos entradas se utilizaba un circuito integrado llave digital de dos secciones de entrada; una para el video HDMI y la otra para el sonido digital. Esta llave estaba operada desde el microprocesador con una señal de control 0 o 1 para el caso de dos conectores HDMI, o más dí­gitos para mas conectores.

Las otras entradas se enviaban directamente al microprocesador como por ejemplo las entradas de audio y video analógicas y las entradas USB. Piense en todo lo que le acabo de decir y dibújelo; considere que para ingresar el video HDMI necesita un par para el rojo otro para el verde y otro para el azul. Y como se trata de una comunicación digital se requiere un clock de video. Este clock de video se aprovecha para enviar la información de sonido, con una modulación que no afecte su función de clock. La separación de sonido y clock la realiza internamente el microprocesador.

Ahora vamos a tratar los TV modernos, que como sabemos son monoplaquetas. En la sección de entrada hay un solo e importante cambio. El microprocesador ya está preparado para por lo menos 2, o a veces tres entradas HDMI por lo que no es necesario utilizar un circuito integrado especial de entrada HDMI.

2.3 LAS ENTRADAS Y SALIDAS LVDS

En el caso de TVs multiplaquetas, con una plaqueta T-COM; hay muchas variantes. Los más antigua, tení­a un microprocesador con  8 patas de salida digital, que formaban el puerto de salida y pegado al micro se agregaba un circuito integrado generador de señales LVDS con ocho patas de entrada de datos y 16 patas de salida de datos por pares, que luego vamos a analizar. Estas 16 patas u ocho pares se comunican con la plaqueta T-COM en formato LVDS por medio de un flex especial con pistas dobles que simulan un par telefónico. 

Por el mismo flex se enví­a una pista más ancha que lleva 12 V para que en la plaqueta T-COM se generen localmente todas las tensiones de la pantalla, mediante un integrado de fuentes múltiples, especial para pantallas LCD TFT.
 
En el caso de TV monoplaquetas, el circuito integrado generador de señales LVDS está integrado en el microprocesador y por lo tanto el flex toma las señales de los pares desde el mismo micro. Las tensiones para la pantalla se generan en la monoplaqueta y se enví­an por el flex separadamente.

Como no hay plaqueta T-COM, el circuito integrado que recibe los pares de LVDS está instalado sobre una larga plaqueta que está colocada en la parte de arriba o en la parte de abajo de la pantalla y que se conecta por un lado a la plaqueta única y por el otro con una serie de flexs muy especiales llamados COF (Chip On Flex = Chip en el Flex) a la pantalla.
 
Por aquí­ es donde los reparadores tienen más lagunas por falta de buena información. El hecho es que el microprocesador de la monoplaqueta solo puede disponer unas pocas patas de salida (tal vez 16 o 32) pero la pantalla tiene como mí­nimo 1920 columnas en los TV HD y 3840 en los SHD.

La conversión de columnas se realiza primero en uno o varios circuitos integrados digitales, existentes en la plaqueta larga que tienen entre 2 y 8 puertos de salida, que se conectan con los COF a la pantalla. Entre todos los COF se produce la división de la señal a 1920 o 3840 columnas.

Como reparadores no podemos hacer nada luego que la señal entró a los COF pero si hay mucho trabajo para realizar sobre la plaqueta única o las plaquetas largas, para estar seguro de que la pantalla y los COF reciban todas las tensiones de alimentación.

Ahora vamos a mostrarles como es el circuito que alimenta a un solo par LVDS de un modo simplificado, pero recuerden que este circuito esta multiplicado por 8 o por mas, dentro del microprocesador, o el integrado generador de LVDS. 

   
Fig.2.3.1 Circuito LVDS simplificado

A la izquierda observamos el circuito que está dentro del generador LVDS, o del microprocesador en los monoplaquetas. Es un puente de llaves electrónicas que se mueven sincronizádamente. Las marcadas + se cierran al mismo tiempo cuando se trasmite un 1. Las marcadas - se cierran al mismo tiempo cuando se transmite un 0.
Cualquiera dos llaves que se cierren, hacen circular una corriente por el par. 

Cuando se cierran las (+) la corriente recorre el siguiente camino:

fuente indicada como emisor ----> 
llave (+) de la derecha ----> 
pista superior del par ---->
resistor ----> 
pista inferior del par ----> 
llave (+) de la izquierda ---->
Masa.

Cuando se cierran las llaves (-) el camino de la corriente es:

Masa ---->
Llave (-) de la derecha ---->
Pista superior del par ---->
Resistor---->
Pista inferior del par ---->
Llave (-) de la izquierda ---->
Fuente indicada como emisor.

Es decir que la corriente baja por el resistor cuando transmitimos un 1 y sube cuando transmitimos un 0. El sentido convencional de circulación de la corriente, es de positivo a negativo; por lo tanto cuando la corriente baja la entrada está bien polarizada y el comparador tiene un 1 en su salida. Y cuando la corriente sube, esta polarizado en inversa y tiene un cero en su salida.

Como conclusión, un 1 en el transmisor significa un 1 en el receptor y un 0 en el transmisor significa un 0 en el receptor. Esto significa que se cumple a la perfección lo que querí­amos concretar.

Ahora deberí­amos explicar un poco más, él porque usamos un circuito tan complicado y no simplemente una pista que fluctúe de 0 a fuente de 3,3V. Es decir ¿que ganamos con toda esta complicación?.
  
2.4 TENSIONES, CORRIENTES Y FRECUENCIAS LVDS

Comencemos por las caracterí­stica fundamental de la señal de datos: la frecuencia equivalente. Si transmitimos una sucesión de 1s y 0s los datos serí­an una señal cuadrada de unos 80 MHz para un TV HD y mayor para un SHD. Como vemos es una frecuencia alta, de la gama de la banda baja de los canales de aire.

Una pista de circuito impreso rí­gido o flexible de 20 cm ya la debemos considerar como una antena de bajo rendimiento. Es decir que, esa pista emite señales y recibe señales que se comportarí­an como una interferencia. ¿Y cuanto emite? depende de la tensión de la señal que tiene aplicada. Si el valor es de 3,3V pap (pico a pico) que serí­a lo lógico, puede estar seguro que serí­a inadmisible para todos los circuitos del interior del TV.

¿Y qué valores de tensión tendrí­amos en una conexión LVDS?. Si medimos desde los terminales de salida del generador LVDS y masa o los de entrada del comparador y masa; o los de cada pista del par y masa, ese es justamente, el valor que vamos a medir es decir 3,3V. Pero las corrientes que circulan por la pistas del par son inversas; una va hacia el comparador y la otra vuelve y como los pares están muy cerca uno del otro, sus campos electromagnéticos emitidos se anulan entre si y por lo tanto la emisión es prácticamente nula, aunque la tensión entre cada par y masa pueda llegar a ser de 3,3V (que es un lí­mite al que nunca se llega).

LVDS, las iniciales nos indican todo. El secreto de la limitación de la irradiación está en el uso de una fuente de corriente para alimentar al sistema de transmisión de datos. Y que me importa todo esto estarán pensando muchos reparadores si esto es un problema de diseño. Y sin embargo es también un problema de reparación.
 
Le doy un ejemplo relatando una reparación que hicimos en nuestro taller. Nos llegó un hermoso TV de 55" que el cliente trajo porque aparecí­a un ruido (nieve) de color rojo azulado. Al destaparlo observamos que tení­a un cable que compensaba una pista cortada en el flex de Main a T-COM. El técnico que lo reparo no quizo arreglar una fisura en la pista y puso un cable que eléctricamente conectaba los puntos correctos (desde el principio al fin de la pista) pero al no ir pegado a la otra pista del par captaba un ruido diferente a su compañero y entonces el ruido no era anulado por el comparador. 

En efecto si un par no irradia es seguro que tampoco capta es decir que se comporta como un cable blindado a pesar de que está totalmente descubierto. Como el flex no se conseguí­a, buscamos la fisura, la reparamos con un alambrecito y la nieve roja desapareció ante los ojos asombrados del técnico que me estaba ayudando. 
   
¿Que corriente circula por el loops LVDS? No hay un valor especí­fico. Lo tí­pico es utilizar corrientes del orden de los 3,3 a 33 mA para transmitir un 1 o un 0. Y como sabe el comparador si es un 1 o un 0. Por el sentido de la corriente por el resistor. En un 1 baja y en un 0 sube.

Pero medir corrientes no es fácil y sobre todo si son de 80 MHz. Y entonces ¿qué vamos a medir? Vamos a medir tensión, suponiendo que tengo con que medir 80 MHz. Podrí­a ser un osciloscopio digital de 150 MHz (no se asuste que luego vamos a utilizar algo mucho más económico, que tienen todos los reparadores tirado en su taller).
 
El circuito de la figura 2.3.1 tiene un resistor. ¿De qué valor es ese resistor? Aquí­ por suerte los fabricantes se pusieron de acuerdo y como todos utilizan la misma separación de pistas en el Flex, ese resistor tiene que ser de 100 Ohms que es la impedancia caracterí­stica del par impreso.
 
Ahora sabemos que corriente circula (entre 3,3 y 33 mA) y sabemos por qué valor de resistencia circula esa corriente (100 Ohms) por lo tanto podemos aplicar la ley de Ohms para calcular la tensión desarrollada sobre el resistor.

Con 33 mA tendremos 0,033 x 100 = 3,3V . Pero nunca se llega a esos valores de corriente de loop LVDS, porque no son necesarios. Por lo general se utilizan en el orden de 3,3 mA generando sobre el resistor solo 330 mV (0,33V) o a veces menos. o sea 10 veces menos que si realizamos una conexión directa por una sola pista.
      
Aun nos falta explicar algo importante que es una variante del circuito 2.3.1. imprescindible para que el circuito funcione bien. 

2.4 LA POLARIZACIÓN DE CONTINUA DE LOS COMPARADORES

Un comparador es una compuerta lógica que mientras tenga el terminal de entrada + por arriba del terminal de entrada - entrega un 1 en su salida. Y si y el terminal (+) está por debajo del (-) entrega un cero.

Pero eso lo hace dentro de una ventana de tensiones de entrada que por lo general se encuentra entre 200 mV respecto de masa y la tensión de fuente menos 200 mV. Como la mayorí­a de los circuitos integrados usan una fuente de 3,3V la tensión de polarización deberí­a estar situada en 1,5V aproximadamente como podemos observar en la figura 2.4.1 para una corriente de 2,5 mA aproximadamente que corresponde con el oscilograma de la parte 1 de esta serie de artí­culos.


Fig.2.4.1 Polarización y señal LVDS

Es decir que los 0s están en la tensión de polarización (en este caso 1.1V) y llegan hasta 1,35V. Para lograr esto el circuito debe sufrir un pequeño cambio que vemos en la figura 2.4.2.

 
Fig.2.4.2 El circuito LVDS con polarización


Esta tensión parecerí­a ser nuestra tabla de salvación siguiendola con el tester cuando estamos reparando, porque nos permitirí­a saber si uno de los pares está cortado. Pero no es así­ a pesar que en los "videitos" se utiliza este método como "el preferido".

Imagí­nese que está cortado el par inferior. Desde la izquierda llega tensión a la pista y toda ella tiene tensión hasta el corte de pista. Luego del corte no habrí­a tensión. Mentira. El par superior aporta tensión por el resistor, la tensión baja y alimenta la pista cortada. Y este método queda invalidado.

Por otro lado nosotros queremos saber si la señal de datos llega a los terminales (+) y (-) del comparador. Si la señal no sale del microprocesador pero el generador de LVDS funciona correctamente, la tensión continua saldrá del mismo, aunque no esté acompañada por los datos y esto confunde el diagnóstico.

2.5 CONCLUSIONES

Recién estamos ingresando en la parte que más le interesa al reparador, que es la prueba de hasta dónde llegan las señales en el TV. Vemos que el método general de reparación es siempre el mismo, independientemente del equipo. Este método general es el seguimiento de las señales dentro del mismo, con el fin de determinar la etapa fallada.

Eso es lo que hacemos en esta serie de artí­culos y lo que hacemos en todos los tomos de "La Biblia del TVLED". Y observe que siempre damos explicaciones que sirven para todas las marcas y modelos, porque para poder decir que Ud. es un buen técnico, tiene que arreglar cualquier equipo y no especí­ficamente el que le enseñaron a arreglar en un videito.

Ya en la segunda entrega, algunos lectores se quejaron porque en lugar de pensar "yo" los hago pensar a ellos. ¿Ud. conoce a alguien que haya aprendido a andar en bicicleta sin pedalear? O que haya sacado musculatura sin hacer ejercicio. Si no hace su propio esfuerzo, no puede pretender hacer un aprendizaje real.






SALIR

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El Ing. Alberto Picerno, conocido en toda latinoamerica por sus cursos de Tv y LCD, es el autor mas prolífico sobre Electrónica, con mas de 40 libros tecnicos y cientos de articulos publicados. 

Se inicio en el mundo de la electronica de niño ayudando a su padre que era hobbysta y aficionado a la radio.

Su experiencia temprana le permitio recibirse con medalla de oro al mejor promedio de "Tecnico Nacional el Telecomunicaciones" y posteriormente volvio a obtener la medalla de oro al mejor promedio como "Ingeniero en electronica en UTN"

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