wersja mobilna | kontakt z nami

Nowe protokoły komunikacyjne wyświetlaczy przemysłowych

Numer: Grudzień/2016

Z biegiem lat technologia wyświetlaczy ulega wielkim zmianom. Początkowo były to moduły monochromatyczne sterowane za pomocą interfejsu równoległego. Następnie, producenci zaczęli płynnie przechodzić na kolorowe wyświetlacze TFT, które w dzisiejszej dobie smartfonów są warunkiem koniecznym, aby produkt był atrakcyjny dla klienta. Rozwój technologii spowodował, że zaczęto oferować wyświetlacze o większych wymiarach, poprawiono odwzorowanie kolorów oraz wdrożono nowe metody komunikacji.

Pobierz PDF

Przez ostatnią dekadę RGB oraz LVDS były najbardziej popularnymi interfejsami w wyświetlaczach TFT. Nadal są one masowo stosowane: dla mniejszych rozdzielczości (VGA – 640×480 i mniej) jest to najczęściej RGB, natomiast dla większych (WVGA – 800×480 i więcej) LVDS. Większość współczesnych mikroprocesorów, a nawet już mikrokontrolery, ma wbudowany sterownik RGB lub/i LVDS, dzięki czemu zastosowanie nowoczesnego wyświetlacza w aplikacjach jest bardzo ułatwione.

LVDS (Low Voltage Differential Signaling) sprawdza się do dzisiaj jako rozwiązanie przemysłowe. Większość matryc/telewizorów/monitorów nadal ma zastosowany wewnątrz konstrukcji interfejs LVDS służący do komunikacji z zewnętrznymi urządzeniami. Niemniej w dobie miniaturyzacji urządzeń mobilnych zawierających wyświetlacze o coraz większej rozdzielczości, zaczęły się pojawiać nowe standardy komunikacyjne, mogące zachwiać pozycję jedynego do tej pory rozwiązania przemysłowego.

Embedded DisplayPort (eDP)

Przewiduje się, że w przeciągu kilku najbliższych lat na rynku komputerów osobistych PC interfejsy VGA i DVI zostaną zastąpione innymi, bardziej wydajnymi rozwiązaniami. Ograniczona funkcjonalność, obsługa małych rozdzielczości (np. VGA) oraz stara technologia nie sprawdzają się przy dzisiejszych wymaganiach klientów. Jedną z propozycji zastąpienia tych interfejsów jest nowy protokół zaprezentowany przez VESA (Video Electronics Standards Associacion) – interfejs eDP (Embedded DisplayPort).

rys-1Zalety eDP:
- Obsługa rozdzielczości do 4 k×2 k przy 60 FPS i 24 bpp.
- Do 240 FPS (klatek na sekundę) przy FHD i 24 bpp.
- Głębia kolorów na poziomie 48 bpp przy 2560×1600 przy 60 FPS.
- Dokładność odwzorowania kolorów (profil kolorystyczny zawarty w paśmie przesyłania).
- Jednoczesna obsługa wielu monitorów (do 63 różnych strumieni A/V).
- Mały pobór mocy, dłuższy czas pracy na baterii.
- Nieskomplikowana budowa sterownika umożliwiająca tańsze metody implementacji.

eDP podczas transmisji obrazu korzysta z kompresowanych paczek, podobnie jak Ethernet, USB czy SATA. Dzięki takiemu rozwiązaniu interfejs eDP jest skalowalny i może być w przyszłości stosowany w nowych aplikacjach lub w innych topologiach systemowych.

tab-1Podobnie jak w LVDS, warstwa fizyczna eDP składa się z różnicowych par sygnałowych. Jedna para służy jako zegar synchronizujący dane, a pozostałe są wykorzystywane do transferu informacji. Liczba zastosowanych par do przesyłania informacji jest zależna od wyświetlacza oraz jego parametrów (rozdzielczość, głębia kolorów, częstotliwość odświeżania). Poza przewodami związanymi z zegarem i danymi, standardowo znajdują się dodatkowo dwukierunkowe przewody kanału AUX oraz detekcji Hot Plug. Konstrukcja interfejsu eDP została przedstawiona na rysunku 1.

Display Serial Interface (DSI)

W urządzeniach mobilnych konieczne było zastosowanie nowego interfejsu do obsługi wyświetlaczy o dużej rozdzielczości. Firmy takie, jak Qualcomm, Texas Instruments oraz inne z przemysłu telefonii mobilnej należące do konsorcjum MIPI, wspierają w swoich produktach nowy interfejs, jakim jest MIPI DSI. Został on zaprojektowany w celu ułatwienia projektowania oraz redukcji kosztów podczas integracji urządzeń z wyświetlaczami.

Podobnie jak w LVDS czy eDP, MIPI DSI korzysta z podobnych par różnicowych do przesyłania informacji. Jedna para przewodów służy do przesyłania sygnału zegarowego, a pozostałe do przesyłania danych.

MIPI DSI ma dwa tryby działania: Low Power (LP) oraz High-Speed (HS). W trybie Low Power zegar jest wstrzymywany, a informacje o sygnale zegarowym są przesyłane za pomocą pary przewodów związanych z danymi. Ten tryb jest wykorzystywany przede wszystkim do wysyłania informacji/inicjalizacji do wyświetlacza. Natomiast w trybie High Speed, służącym do przesyłania obrazu, sygnał zegarowy jest przesyłany przez oddzielną, przeznaczoną do tego parę przewodów zegarowych – na podobnej zasadzie jak w LVDS.

Cały protokół komunikacyjny składa się z dwóch zestawów instrukcji. Display Command Set (DCS) jest zestawem uniwersalnych komend do obsługi wyświetlacza, których format jest zdefiniowany przez standard DSI. W tym zestawie można odnaleźć komendy takie, jak Sleep, Enable i Invert Display.

Drugi zestaw komend to Manufacturer Command Set (MCS). Zestaw ten nie jest zdefiniowany przez standard DSI, a same komendy są charakterystyczne dla danego producenta wyświetlacza. Można odnaleźć w nich komendy odpowiedzialne za wpisywanie danych do pamięci nieulotnej sterownika ekranu lub korekcji gammy monitora.

Interfejs Vx1

Przyjętym standardem dla wyświetlaczy o rozdzielczości VGA i wyżej jest interfejs LVDS. Jednak od kiedy rozdzielczość ekranów zaczęła zwiększać się z HD do FHD, a nawet do UHD, pojawiła się potrzeba zaprojektowania nowego, bardziej odpornego na zaburzenia sposobu komunikacji z wyświetlaczem. W odpowiedzi na taki wymóg, przedstawiony został zaprojektowany w 2007 roku przez firmę Thine Electronics interfejs Vx1. Standard przesyłania informacji jest podobny do tego, który występuje w LVDS, jednakże nowy interfejs umożliwia osiąganie większych prędkości przy zachowaniu niskich kosztów produkcji. Prędkości te osiągają nawet do 840 Mb/s dla każdej pary różnicowej przewodów. Dzięki większym prędkościom i lepszym zabezpieczeniom przed zakłóceniami zewnętrznymi, możliwe jest zastosowanie dłuższych przewodów – nawet do 10 metrów.

W przeciwieństwie do LVDS, Vx1 nie posiada pary przewodów z sygnałem zegarowym. Sygnał ten jest zintegrowany w parach przewodów związanych z danymi. Dzięki mniejszej ilości par przewodów, osiągnięto lepsze zabezpieczenie przed zakłóceniami.

Dla porównania, do wysterowania ekranu o rozdzielczości Cinema–FHD (2560×1080) z 30-bitową głębią kolorów i częstotliwością odświeżania obrazu 120 Hz potrzebne są 24 pary przewodów LVDS. Natomiast w Vx1 do obsługi tego samego wyświetlacza wystarczą tylko 4 pary. Liczba zastosowanych par przewodów Vx1 w zależności od rozdzielczości, głębi kolorów oraz częstotliwości odświeżania jest opisana w tabeli 1.

Nieuchronne zmiany

Zważając na fakt, że większość urządzeń związanych z rynkiem wyświetlaczy nadal pracuje na niekompatybilnym z nowymi standardami interfejsie LVDS, wprowadzenie zmian w krótkim czasie będzie utrudnione. Niemniej eksperci przewidują, że nowe architektury i SoC (System-on-a-chip), która obsługują nowe generacje interfejsów, przyjmą się w najbliższej przyszłości nie tylko na rynku komputerów PC oraz urządzeń mobilnych. Producenci wyświetlaczy tacy jak AUO, Litemax oraz LG w swoich nowych modelach już dzisiaj wykorzystują nowe interfejsy, a w przyszłości ich liczba z pewnością się powiększy.

Piotr Ryżyński
inżynier projektu, Unisystem
piotr@unisystem.pl

Pozostałe artykuły

Złącza sygnałowe

Numer: Maj/2016

Dzięki tak niepozornemu komponentowi, jakim jest złącze, urządzenie może być podzielone na współpracujące ze sobą moduły. Dzięki temu nie tylko są łatwiejsze w montażu, ale również do diagnozowania i serwisowania. Dzięki złączom można też korzystać z wyrobów innych producentów. Owszem, poszczególne moduły można ze sobą łączyć również za pomocą lutowania, ale nie byłoby to zbyt wygodne. Złącza są też komponentami, ...

Konwertery poziomów logicznych - przegląd rozwiązań

Numer: Maj/2016

Od czasów, gdy w urządzeniach cyfrowych stosowane były w zasadzie wyłącznie układy TTL z serii 74xx i kiedy tylko w nielicznych, specyficznych aplikacjach wymagano konwersji napięcia poziomu logicznego np. z TTL na ECL wiele się zmieniło. Dzisiaj mnogość układów oraz konieczność integrowania różnych układów zasilanych różnym napięciem, a co z tym związane - o różnych poziomach logicznych, wymusza stosowanie konwerterów ...

Raspberry PI 3

Numer: Maj/2016

Jeszcze dobrze nie ochłonęliśmy po wprowadzeniu miniaturowego i przy okazji nieco kontrowersyjnego PI Zero, a już fundacja udostępnia nam Raspberry PI 3. Tym razem numeracja nie wprowadza zamieszania, a "trójka" odruchowo kojarzy się z rozwojem wersji "dwa". Czy tak jest rzeczywiście?

Anteny w urządzeniach przenośnych. Anteny SMD do przylutowania na płytce drukowanej. cz. 2

Numer: Maj/2016

Trudno znaleźć dobre tłumaczenie terminu chip antenna. Aby wytłumaczyć, o jaki rodzaj komponentu chodzi, trzeba posłużyć się opisem. Niektóre anteny wyglądają jak bierne komponenty SMD i bywa, że na pierwszy rzut oka trudno je odróżnić od innych podzespołów. Jeśli jednak znajdziemy komponent, w którego otoczeniu jest duża powierzchnia masy, dosyć dużo wolnej przestrzeni, a ścieżki doprowadzone do niego jakby "giną", ...

Interfejs SATA dla Raspberry PI

Numer: Maj/2016

Pod koniec ubiegłego roku w sprzedaży pojawiły się moduły rozszerzeń do Raspberry Pi wyprodukowane przez znaną z akcesoriów komputerowych firmę Delock. W ofercie znalazły się konwertery RS232, 2×USB+2×RS232, adapter karty CompactFlash i co bardziej interesujące - interfejsy SATA oraz mSATA.

Mobilna
Elektronika
Praktyczna

Elektronika Praktyczna

Maj 2017

PrenumerataePrenumerataKup w kiosku wysyłkowym

Elektronika Praktyczna Plus

lipiec - grudzień 2012

Kup w kiosku wysyłkowym