前言:

Winstar提供包括TN/STN LCD、OLED和TFT在內的數千種顯示器模組，而在這些顯示器模組中，有許多不同類型的介面可將圖像數據傳送到顯示器模組。客戶可能會問，哪個是最好的？或哪個可以滿足產品要求？本文針對顯示介面的數據傳輸議題進行探討。

顯示介面最主要的問題就是「通訊頻寬」，為什麼通訊頻寬會是主要問題？通訊頻寬表示在一通訊介面中，其數據傳輸量的衡量。所以，通訊頻寬會影響顯示器對資料的傳送/接收速率，進而影響顯示器的刷新率，也就是顯示器效能。

介紹:

目前市面上廣為人知的顯示器介面有以下這些:

1.並列式(Parallel)

 

1.1 MCU 介面8080/6800

使用8位元資料匯流排，硬體架構需要8條資料線及3條控制線，所需要的引腳數較多。

當控制訊號啟動後，顯示資料便可透過資料線來傳送；而通訊頻寬取決於驅動IC 上的啟動運行速度。以QVGA 320×240 點陣式LCD為例，在IC訊號啟動後，通訊頻寬將為「320 × 240 ÷ 8位元(資料寬度) × 60 fps (frame per second) = 576KHz」。 優點：早期架構，控制簡單，無須時脈或同步訊號；功耗低，適合小尺寸顯示器產品。

1.2 並列式 RGB 16/18/24位元

RGB介面就是透過並行方式，將驅動時序透過資料的輸入/輸出傳送到顯示器驅動IC，包括R/ G/ B資料、垂直同步訊號(V-SYNC, Vertical synchronizing signal)、水平同步訊號(H-SYNC, Horizontal synchronizing signal)、資料致能(DE, Data Enable)訊號，以及時脈訊號PCLK (Pixel Clock)，RGB666的顯示介面如下：

顯示資料的傳送方式同1.1，但顯示器的解析度更高；以WVGA 800×480 (像素)為例，通訊頻寬為「800 × 480 × 60 fps (frame per second) = 23.04Mhz (畫素時脈)」 優點: 成本低廉但螢幕解析度受限於時脈訊號的頻率，且色彩深度越高則需要的實體接線數越多，適合小尺寸顯示器使用。

2.串列式(Serial)

 

2.1 序列週邊介面(SPI)

SPI為一主從式架構，通常有一個Master (主設備)和一個或多個Slave (從設備)。介面上共有4支接腳，對接方法及硬體結構如下：

 

接腳名稱及意義說明

MOSI (Master Output, Slave Input)：主設備數據輸出、從設備數據輸入
MISO (Master Input, Slave Output)：主設備數據輸入、從設備數據輸出
SCLK (Serial Clock)：時脈信號，由主設備產生並控制
CS /SS (Chip Select/Slave Select)：從設備選擇信號，由主設備控制；從設備只有在 CS信號為低電位時，才會對主設備的操作指令有反應

 

SPI介面下，顯示資料按順序傳送，以QVGA 320×240 (像素)為例，通訊頻寬為「320 × 240 × 16位元(色彩深度) × 30 fps (frame per second) = 36.864 Mhz」 優點--成本低廉: 結構簡單、引腳數少，適合字元型顯示器。

2.2 積體電路介接匯流排(或I²C匯流排) (I²C):

不同於SPI的點→點(或點→多點)結構，I²C以匯流排型式介接，同時排上允許多個主設備和多個從設備串連，介接方法及硬體結構如下：

 

I²C的架構比SPI更簡單，只有兩條訊號線：資料線(SDA, Serial Data Line)及時脈線(SCL, Serial Clock Line)，通訊頻寬如下：

 

Standard mode = 100K bit/s.
Full speed mode = 400K bit/s.
Fast mode = 1M bit/s.
High speed mode = 3.2M bit/s.

優點--成本低廉: 結構與引腳數都比SPI更簡單、更少，適合字元型顯示器。

2.3 Serial RGB 6/8 bits.

顯示以 RGB 順序傳輸的數據。顯示介面的通訊頻寬為QVGA 320 * 240 (pixels) * 3 dot * 30 fps = 6912000 Hz (DCLK).

 

2.4 LVDS:低電壓差分訊號

LVDS (Low voltage differential signaling)是在1994年推出的技術標準，LVDS規範了差分訊號與串聯訊號標準，但請注意它並不是一個通訊協定。LVDS能在低電壓下、以高訊訊號進行資料傳輸，且僅需透過一條便宜的雙絞銅線即可實現。

LVDS只是一物理層規範，並非韌體層的介面協定。在LVDS資料層上，有許多資料通訊標準和應用程序，並添加在開放式系統互聯(Open System Interconnection)模型中的資料鏈結層，例如FPD(Flat Panel Display)-Link，平板顯示鏈結。

在早期，筆記型電腦和LCD顯示器供應商在提及他們的通訊協議時，常誤使用「LVDS」而非「FPD-Link」，久而久之「LVDS」便錯誤地成為平板顯示鏈結中，影像顯示的工程詞彙同義字。

 

2.5 行動產業處理器介面(攝像串列介面CSI /顯示串列介面 DSI)

 

MIPI聯盟旨在降低行動設備中顯示控制器的成本，一般是針對LCD和類似的顯示技術。MIPI定義了主機、圖像數據訊號源，和目標設備之間的串聯總線及通訊協議。

 

DSI (Display Serial Interface, 顯示串列介面)定義高速物理層中，例如: 4.5Gbit/每秒/每通道的物理層(PHY, physical)，其差分訊號點對點串聯總線。該總線包括一個高速時鐘通道和一個(或多個)數據通道。

總線上的圖像數據與水平、垂直間隔的信號交錯。為節省顯示器的暫存器，數據資料被即時傳輸到顯示器而非被儲存在設備中。然而這也意味著設備必須不斷刷新(以每秒30或60幀的速度)，否則圖像將會遺失；圖像數據僅在HS模式(Horizontal-SYNC mode)下發送。在HS模式下，指令會在垂直區間傳輸。

使用MCU 8080/6800介面測試案例分享:

 

有一顆LCD控制器面臨停產，客戶希望可以設計一塊控制板可以腳位兼容。為了兼容介面我們硬體工程師設計一塊MCU介面的控制板。實驗結果ENABLE訊號至少需要9.92uS(如下圖Channel1)，這意味著通訊頻寬最大約為100KBPS。

 

當我們將ENABLE時間縮短至9.84uS(通訊速率大約101KBPS)，就會出現一些缺陷如下圖所示

 

顯示介面的比較:

 

談完這麼多顯示介面後，究竟是哪種介面最好呢？
其實，介面間並沒有所謂的最好或最不好，只有適合與不適合產品的應用；因此這邊提供以下表格，針對本文所介紹的各種介面，提供多面向的優劣勢分析，讓您能透過分析與比較來找出最適合自己產品的顯示介面！