Displaytechnik / Schnittstellenwandler Die Heterogenität bändigen

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Die bidirektionale Wandlung von HDMI nach MIPI-DSI könnte im Embbeded-Segment erheblich Entwicklungszeit reduzieren.

Während FrontEnd-Videoschnittstellen bei Displays immer höhere Auflösung und Farbtiefe ermöglichen, entwickeln sich auch die internen Videoschnittstellen weiter. Damit sind Entwickler zunehmend mit Kompatibilitätsproblemen konfrontiert, der Ruf nach Brückenlösungen wird lauter.

Externe Videoschnittstellen

Bei den externen Videoschnittstellen (Tabelle 1) wurde die VGA-Schnittstelle (Video Graphics Array) hin zu DVI, HDMI und DisplayPort entwickelt. Aktuell können damit Anzeigen mit Auflösungen bis zu 4K und einer Farbtiefe von 10 Bit angesteuert werden. Demnächst werden HDMI und DP auch Auflösungen bis 8K unterstützen.

 Auflösung

Farbtiefe

VGA

2048x1536

Analog

DVI (Single Link)

1920x1200

8 Bit

HDMI 2.0

3840x2160

(7680x4320)

10 Bit

DisplayPort

3840x2160

(7680x4320)

10 Bit

 

Tabelle 1: Maximal unterstützte Auflösung und Farbtiefe gängiger  FrontEnd-Schnittstellen.

Interne Videoschnittstellen

Neben den Anwenderschnittstellen mit bekannten standardisierten Steckern gibt es auch interne Videoschnittstellen. Zu den internen Videoschnittstellen gehören quellenseitig die Videoausgänge, der Grafikcontroller und SOC, sowie auf Seite der Anzeige die Eingänge der LCD-TFT- und zunehmend auch der OLED-Displays. Diese internen Videoschnittstellen folgen keinem Standard, sondern sind teilweise historisch gewachsen; in den meisten Fällen orientieren sie sich an den Anwendungsgebieten für welche Quell- bzw. Displaykomponenten ursprünglich entwickelt wurden. Tabelle 2 zeigt eine Übersicht der aktuell gebräuchlichen Displayschnittstellen, die gängige, maximal unterstützte Auflösung und die Anzahl der jeweils benötigten Leitungen.

 

Typische maximale

Auflösung (aktuell)

Anzahl benötigter

Leitungen

TTL

24/30-bit RGB

1920x1200

28/34

LVDS

Single Channel

1366x768

8/10

(4/5 Pairs)

LVDS

Dual Channel

2560x1440

16/20

(8/10 Pairs)

eDP

3840x2160

10/20

(4/8 Lanes)

MIPI-DSI

3840x2160

4/6/8/10

(1/2/3/4 Lanes)

V-by-One

3840x2160

16

(8 Lanes)

 

Tabelle 2: Gebräuchliche interne Schnittstellen in Auflösung und Leitungsbündeln.

TTL

Quellenseitig ist TTL noch weit verbreitet und wird für Auflösungen bis zu Full-HD/WUXGA (1920x1080/x1200) verwendet, obwohl es sich hier um ein paralleles Interface mit hoher Signalspannung (meist +3.3V) handelt und die Anzahl benötigter Pins/Leitungen groß ist. Eine Ursache ist die Verfügbarkeit unterschiedlichster Konverterbausteine, die das TTL-Signal nach LVDS, DVI/HDMI, DP, V-by-One und MIPI-DSI wandeln. Sie ermöglichen damit die Flexibilität bzgl. der unterschiedlichen Interfacetypen auf der Seite der Anzeigeeinheit. Displayseitig findet das TTL-Videointerface jedoch aktuell nur noch bei Auflösungen bis zu VGA/WVGA (640x/800x480) Anwendung.

LVDS

LVDS kommt je nach Auflösung im Single-Channel oder Dual-Channel-Mode vor. Gerade in der Einführungszeit bewirkten unterschiedliche Data-Mappings (openLDI/VESA) immer wieder Inkompatibilitäten zwischen Quelle und Display. Das LVDS-Interface hat sich aufgrund seiner Robustheit bis zu Auflösungen von 2560x1440 etabliert und beherrscht vor allem den Markt bei mittleren bis großen Auflösungen. Auf der Seite der Videoquelle wurde die LVDS-Schnittstelle inzwischen von Schnittstellen wie eDP oder MIPI-DSI in vielen Fällen bereits wieder verdrängt, da diese bei gleicher Auflösung mit deutlich weniger Leitungen bzw. IC-Pins auskommen. Bei UHD-Auflösung würde man z.B. bis zu 48 LVDS-Paare, also 96 Leitungen benötigen, während bei eDP, V-by-One und MIPI-DSI lediglich bis zu 8/10-Leitungspaare (bzw. 16/20-Leitungen) notwendig sind.

eDP

Die eDP-Schnittstelle ist eng mit der DP-Schnittstelle verwandt und hat sich quellenseitig bei onBoard-Grafik und dezidierten GPU-Chips als interne Videoschnittstelle etabliert. Gängig ist sie in Geräten mit festverbauten Displays wie Notebooks, Tablets und All-in-One-PCs. Ebenso verhält es sich mit den Displays, die für den Einsatz in diesen Geräten bestimmt sind. Auch dort hat sich die eDP-Schnittstelle durchgesetzt. Aufgrund der geringen Anzahl benötigter IC-Pins und Leitungspaare lassen sich nicht nur Kosten sparen, auch wird der Formfaktor bei den unterschiedlichen Geräten wesentlich verringert.

MIPI-DSI

MIPI-DSI (Mobile Industry Processor Interface Alliance – Display Serial Interface) bezeichnet eine schnelle serielle, interne Videoschnittstelle, die von dem gleichnamigen Konsortium definiert wurde. Hierzu zählen verschiedene Grafik-IC- und SOC-Firmen, wie auch Displayhersteller. Bei Anwendungen, in denen kleine Displays mit hohen Auflösungen Verwendung finden, wie z.B. bei Handys, hat sich die MIPI-DSI-Schnittstelle für interne Videoverbindungen vom IC/SOC zum Display etabliert.

V-by-One

V-by-One ist dem LVDS-Interface nicht unähnlich und könnte daher auch als dessen Weiterentwicklung betrachtet werden. Aufgrund der sehr viel höheren Datenrate im Vergleich zum FPD-Link (LVDS) reduzieren sich die benötigten Leitungspaare bei vergleichbarer Anwendung von 22 auf 8. Einsatz findet V-by-One vor allem bei UHD/4K-Applikationen im TV- und Desktopmonitor-Bereich und hier wiederum als Schnittstelle zwischen den sogenannten Scaler-ICs und den LCD-TFT-Displays.