LCD-Upgrade: Von monochrom zur Farbe

Farbe ist »in«, deshalb soll in vielen Anwendungen das monochrome Display einem farbigen TFT weichen - mit möglichst geringem Aufwand. Elijah Ebo, Display-Systems Engineer von Anders Electronics, erklärt, worauf es ankommt.

Farbe ist »in«, deshalb soll in vielen Anwendungen das monochrome Display einem farbigen TFT weichen - mit möglichst geringem Aufwand. Elijah Ebo, Display-Systems Engineer von Anders Electronics, erklärt, worauf es ankommt.

Die TFT-Preise fallen, zudem ist die Stromaufnahme der neuesten LTPS-TFT-LCD-Module geringer als die von ein- oder mehrfarbigen STN-Displays früherer Generationen. Den monochromen Anzeigen geht es deshalb an den Kragen. Doch lässt sich in einer Applikation ein monochromes Display mit wenig Aufwand durch ein Farbdisplay ersetzen? »In vielen Fällen ist es machbar«, so Elijah Ebo, »die kritischen Punkte sind die Spannungsversorgung und die Ansteuerung.«

Für den Betrieb eines TFTs sind gleich mehrere unterschiedliche Versorgungsspannungen notwendig. Der Grund dafür liegt im Aufbau des LCD-Moduls, das aus mehreren Abschnitten oder Blöcken besteht, »die alle ihre eigene Versorgungsspannung benötigen«, so Ebo. Die horizontalen und vertikalen Treiber erfordern beispielsweise eine Versorgungsspannung für den internen I/O-Pegelwandler (meist 10 V bis 12 V bei 500 µA). Weiter wird eine negative Spannung (z.B. -5,5 V bei 1 mA) zur Steuerung der TF-Transistoren benötigt. Für den Eingangsblock sind Analog- (5 V) und Digital-I/O-Versorgungsspannungen von 2,8 V bis 3,3 V erforderlich. Zusätzlich werden interne Spannungen gebraucht, die meist von der Analogversorgung bereitgestellt werden. »Hier können sich die Anwender viel Arbeit sparen, indem sie ein TFT-Modul einsetzen, das bereits über einen eingebauten DC/DC-Wandler verfügt«, so Ebo, »damit ist man auf der sicheren Seite«.

Weil aber nicht alle Modelle diesen Vorzug bieten, müssen die Entwickler oft selbst einen DC/DC-Wandler beschaffen und einbauen. »Sie müssen sicherstellen, dass alle erforderlichen Versorgungsspannungen bereitgestellt werden«, so Ebo »und das natürlich zum richtigen Zeitpunkt und in der richtigen Reihenfolge.«
Neben der Versorgungsspannung spielt die Steuerung eine weitere wichtige Rolle. Falls das aktuelle System für einen einfarbigen Betrieb ausgelegt ist, übernimmt die Aufgabe meist eine herkömmliche 8-Bit-MCU. Einige davon integrieren eine STN-Steuerung, meist ist die Displaysteuerung aber als Software implementiert. Ein Software-Update macht dann die Ansteuerung eines TFT möglich, vorausgesetzt die MCU lässt sich mit 10 MHz (QVGA-TFTs) bzw. bis zu 30 MHz (VGA-TFTs) betreiben. Zudem laufen Signale wie die Hsync-, Vsync- und Pixeltakte bei den TFTs schneller. Die erforderlichen Steuerungssignale werden aber von den vorhandenen STN-Displayschnittstellen unterstützt. Die STN-Displayschnittstellen können mit den erforderlichen Steuerungssignalen zusammenarbeiten.

Ebo: »Die Praxis hat aber gezeigt, dass sich die vorhandene 8-Bit-MCU nur in seltenen Fällen zur direkten Steuerung des internen ASIC des TFT-Displays eignet.« Dieses Problem lässt sich aber mit dem Einsatz eines diskreten Videotreiber-ICs lösen. Eine Alternative ist der Einsatz eines FPGAs. »Das erhöht zwar den Software-Aufwand, bietet jedoch eine größere Flexibilität, weil sich zusätzliche Systemfunktionen hinzufügen lassen«, so Ebo. Zudem lassen sich sich Zeit und Geld sparen, weil es sich beim FPGA um einen programmierbaren Baustein handelt.

Wer FPGAs und Video-ICs einsetzt, muss allerdings Änderungen auf der Leiterplatte in Kauf nehmen. »Wem das zu aufwendig ist, der kann die neuen Schaltkreise auch auf einer separaten Platine in das System einbinden«, sagt Ebo.

Das Upgrade der MCU zu einem leistungsfähigeren Baustein mit eingebauter Farb-STN- oder TFT-Schnittstelle macht die Implementierung einer TFT-Schnittstelle in der Software überflüssig. Ebo: »Wer Glück hat, der findet zum vorhandenen Controller eine pinkompatible MCU mit der entsprechenden integrierten Schnittstelle.« Dann müssen auch an der Platine keine großen Änderungen vorgenommen werden. Allerdings: Neue TFT-Displays und ältere STN-Versionen sind nur selten Stecker- und Pin-kompatibel. Ebo: »Wer sich also für den Einsatz einer leistungsfähigeren MCU entscheidet, kommt um eine Neukonstruktion der Platine nicht herum.«

Während die meisten parallelen STN-Displayschnittstellen vier bzw. acht Pins für Daten verwenden, sind für das TFT-Display bis zu 18 Pins erforderlich. Ebo: »Einige STN-Schnittstellen verwenden 16-Bit-Schnittstellen für Daten, was die Umstellung etwas vereinfacht, falls der Prozessor und die Displayschnittstelle beibehalten werden sollen.« Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass alle 16 Bits einer STN-Datenschnittstelle Datenbits sind, wobei eine 16-Bit-TFT-Schnittstelle fünf Pins für rot, sechs Pins für grün und fünf Pins für blau zuweist.

»Um den Übergang von einer STN-Datenschnittstelle mit 16 Pins zu einem TFT-Display mit 18 Pins zu ermöglichen, können je zwei TFT-Pins der roten und blauen Gruppe zusammengelegt werden«, so Ebo, »so lässt sich die Pinanzahl von 18 auf 16 reduzieren.« Auf die Farbtiefe habe das nur geringe Auswirkung.

Ebo rät dazu, die Anzahl der Datenbits für grün beizubehalten, »weil das menschliche Auge auf den grünen Teil des sichtbaren Farbspektrums am empfindlichsten reagiert.«

Die Verwendung der seriellen Schnittstelle kann die Aufgabe des Hardwareübergangs wegen der geringeren Anzahl erforderlicher Pins vereinfachen. Der Nachteil dabei ist, dass die Datenraten bei einer vergleichbaren Taktfrequenz deutlich geringer sind. Ebo: »Eine serielle Schnittstelle ist deshalb nur dann sinnvoll, wenn die vorhandene Schnittstelle ebenfalls seriell arbeitet.« Parallele Schnittstellen (4-, 8- oder 16-Bit) werden am häufigsten verwendet und sollten beim Umstieg von monochrom auf Farbe möglichst beibehalten werden.

Susanne Schäfer