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永不黑屏、双电源双信号、环路双备份的显示屏是怎样实现的?

詹智翔 · 2018-12-12
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LED显示屛过去已经从户外走进室内,不只是舞台屛或是租赁屛,并且使用屛幕刷新高达1920-3840Hz,让人可以留下美好回忆,同时画面无缝拼接色彩饱和度佳,令人如同彷佛身临其境。不仅如此,室内小间距对应各类视频源和适宜人眼观赏的16:9画面比例,并且可达1920x1080、3840x2160的分辨率以上,应用场景广范包含有商显电视台(如图一)、重要视频会议、监控指挥中心等民企、政府机构之公、检、法、广、电、及教育单位。特别是对于直播的使用环境,更是要保证在实时转播的过程中,除了画质优美可提供高速CCTV摄像机拍摄外,得使显示屛幕不掉电源、不失信号以避免错失重要信息,保证能够在现场直播的过程当中不会发生意外插曲。 

LED显示屏过去已经从户外走进室内,不只是舞台屏或是租赁屏,并且使用屏幕刷新高达1920-3840Hz,让人可以留下美好回忆,同时画面无缝拼接色彩饱和度佳,令人如同彷佛身临其境。不仅如此,室内小间距对应各类视频源和适宜人眼观赏的16:9画面比例,并且可达1920x1080、3840x2160的分辨率以上,应用场景广范包含有商显电视台(如图一)、重要视频会议、监控指挥中心等民企、政府机构之公、检、法、广、电、及教育单位。特别是对于直播的使用环境,更是要保证在实时转播的过程中,除了画质优美可提供高速CCTV摄像机拍摄外,得使显示屏幕不掉电源、不失信号以避免错失重要信息,保证能够在现场直播的过程当中不会发生意外插曲。 


图一、人民日报社演播厅 照片由AET独家提供

过去从户外显示屏走进室内的门头屏、条屏、舞台屏、租赁屏,包含现在正红火的广告机,常使用的Hub系统板,使用牛角、扁平的排线接插方式,一般线材的压线制造后,缺少检测的机制,往往不一定能够保证提供电信讯号的正常,并且往往在人工往复接插时容易拉扯,更是导致信号掉失画面不正常显示的主因,加上时间的长久使用线材容易老化,信号更是容易发生异常的显示。 

在这日新月易技术迭换的3~5年,许多系统卡厂家已经改用DDR2接收卡的金手指插件方式,可以對大数据量写入和硬件架构上跟上时代的进步,已随处可见并与主机、计算机设备等周边配备形成普遍的工艺技术,这样的接收卡的方式,提供了无需排线以及快速安装、抽换的便利性,已经取代了传统Hub板PCB的旧式设计,并且与新世代的人才、技术做无缝接轨。

目前的工艺技术取代接收卡方式,是实现了直接集成在系统上,如同灯板贴片IC的方式,直接使用IC的方式,不仅除去了线材老化、掉线等风险,同时再减低了人工插件的一道工艺风险,直接集成的技术,是一次到位的系统检测程序做为验收,大幅提升便利性和产品的稳定性,同时IC的开放式通讯协议,对于系统也增添便利性和多元化,未来只需要表贴上IC即可一样实现系统信号接收的功能,并且整体的体积空间缩小了,因此提供了双备份的冗余空间,增加了产品可进行更多的设计利用空间(如图二)。


图二、信号集成示意图

对于显示屏驱动电源的设计,不同以往的电源规格,做为提供电力的负载,要求设计不仅要考虑箱体上的LED带载,同时也要考虑整体尺寸的兼容设计,并且国际性的需求都已经是可提供90~264V的宽压电源规格。

不仅是大间距的室内、户外LED显示屏,一般P2以下的小间距单一箱体LED颗数包含R、G、B芯片的封装,表面LED数量也至少约有30K~2KK颗数,对于显示白色(R、G、B全亮)画面或提供测试老化状态时的功耗,以及对应室内亮度400~800nits的需求,对于该箱体所配备的驱动电源得提供150~250瓦左右的功率以维持正常的运行。

除此之外在安装的时后,为避免驱动电源的热源不会聚集在屏体内部,对于显示屏的电源必要求与户外大功率传统散热方式不同,已经都是不带有风扇的散热方式,并且作动时的温度符合室内环境,以及尽量减低体积、重量以提供给箱体做出合适设计。

在电源设计上,要求长、宽以及厚度的尺寸以装置入箱体结构内,为避免裸露的电极、线材造成短路影响也要考虑做到包覆和绝缘等设计,对于双备份电源自然得在冗余的体积空间中,可置入两颗电源以完成作动功能(如图三)。


图三、LED显示屛使用的轻薄电源示意图

【电源方式】

电源双备份,顾名思义即使用两颗单电源达到电源备份优势,在系统作动使用时,两颗电源是同时作动平均分担输出功耗,对于每一颗单电源可降低电源功率而提高了使用的寿命效能,当當中的一颗电源作动失效时,则LED模组所需要的负载将切换到另一颗的电源作动,如同目前一般常见的单电源作动方式继续进行正常的运作,以完成双电源备份。

【信号方式】

信号双备份,亦即在主板上配备有两个IC系统,等同于使用两张接收卡,透过系统的集成方式提供了冗余空间,系统作动时信号使用一路的主路信号,当主路信号作动失效时,将自动切换使用另一路的备用信号,完成双信号备份保证信号不掉失(如图四)。


图四、双备份组件示意图

双电源、双信号的备份机制,透过主板上的电路设计可以反馈信息完成作动的切换(如图五),当电源、信号作动失效时所需要的切换时间,由因LED显示屏是透过电子传输信号,所以切换的时间相当快速,当电源或是信号进行切换时,是透过奈秒级时间响应的电子传输信号,当中快速的切换速度是肉眼观察不出显示屏画面变化的。


图五、双备份作动原理说明图

LED显示屏对于信号的备份方式,可分成箱体内的信号备份和箱体环路备份两种;

箱体内的信号备份方式:

发送信号给与做为输出装置的LED显示屏,即是将视频源的信号传送到显示屏上的灯板,透过发送卡将信号对应发送到每一个箱体上的接收卡,使得信号得以传送到灯板上做出显示效果。

正常的LED显示屏将欲播放的画面经由主路信号的传输,当主路信号失效,将使用另一路信号继续传输信号,以完成画面信号的正常播放;当其中一台模组的信号失效,则使用另一路信号继续完成画面的传输,如图六,当中间的一显示屏模组作动失效了,信号自动切换到另一路,仍然可以持续完成信号的传送。

箱体内的信号备份,即是在箱体内安装上两份接收卡形成信号通道,交织所形成的通信回路将保证信号的不掉失,确保视频源可以安然无虞地传送到显示屏上,完成画面的正常显示。


图六、(左)作动原理说明图、(右) 其中一模块失效时,启动另一路信号

箱体环路备份方式: 

除了对于箱体内可以使用信号双备份系统,对于整屏和系统发送卡的联结上还可以采用环路备份,当视频源由发送卡接口对应到箱体接收卡上的LED屏颗数时,一般都只使用一张发送卡作对应发送信号,此时可以在末端的接口再接上另一发送卡,这样可以避免单一方向的发送卡发生失效作动的情形。

图七,当做为传输信号的发送卡发生故障时,在另一端的发送卡同样可以传送信号至显示屏幕,即当前端的发送卡发生故障时,末端的系统卡仍可提供信号传输,形成一闭环路的备份功能,提供整体LED显示屏的备份效果,形成设想周全坚固的完整信号备份。


图七、(上)正常作动下,一般的传输信号示意图、(下) 发送卡失效时,由另端发送卡形成闭回路系统,做为信号备份

实际上在使用显示屏的时候,当显示屏内部的电源或信号切换至备份使用状态时,单就从外观上是无法查知的,透过显示屏系统巡检的监测警报系统,可以侦测到显示屏的双备份的电源和信号系统状态是否正常工作,或者是已经有电源或是信号已经切换至备份的状态,此时可以提供判断是否需要进行替换,做出预防工作以避免意外发生。

在系统上,可以清楚地显示每一箱体上该电源或是信号的状态,在正常的状态下将是显示绿色灯号,当不正常的状态则显示红色灯号,因此一旦出现红色灯号时,可以提早预防替换上失效的电源或是系统板,避免显示屏发生紧急异常的突发情况。


图四、系统侦测说明图

任何产品总是避免不了出现意外的状况,LED显示屏技术上已经可以实现双电源和双信号,不仅作为自主研发技术上的优势突破,同时加强了质量上的一层保障,在所使用的各式场景将更令人感到放心满意。

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