Visión general de las interfaces de transmisión de imágenes más populares – parte 1

En esta serie de artículos, presentamos las interfaces más populares que se utilizan para transmitir datos, o en este caso imágenes, entre los dispositivos que los proporcionan, es decir, procesadores/controladores u ordenadores, y los dispositivos que los presentan, es decir, pantallas o monitores.

Cuando hablamos de “interfaces”, nos referimos a las normas de conexión de los dispositivos de transferencia de datos. Sin ellos, no sería posible presentar ningún contenido en soportes de información visual como las pantallas LCD-TFT.

Las interfaces pueden dividirse en dos grupos:

• soluciones internas, es decir, cuando conectamos directamente componentes del mismo dispositivo (normalmente dentro de la misma carcasa), por ejemplo controlador y pantalla; entre otros. interfaces sólo para transferencia de imágenes (RGB, LVDS, eDP, MIPI DSI y Vx1) y para transferencia de datos diversos, incluidas las imágenes (SPI, ^I2C, RS232 o soluciones paralelas de 8 y 16 bits);
• Soluciones externas: es decir, cuando conectamos dos dispositivos distintos, por ejemplo, un ordenador y un monitor; este tipo de soluciones requieren cables; entre ellas se incluyen: HDMI, DVI, VGA y DP.

Las interfaces también pueden dividirse según el tipo de transmisión de datos, distinguiendo entre: interfaces paralelas, en las que la información de 1 bit se transmite por varias líneas, e interfaces serie, en las que la información consecutiva de 1 bit se transmite por una sola línea.

En este artículo caracterizamos cinco interfaces: RGB, LVDS, eDP, MIPI DSI y Vx1.

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En los últimos años, las interfaces RGB y LVDS han sido las más utilizadas en las pantallas LCD-TFT. En los manuales de hace unos años se puede leer que la elección entre las interfaces RGB y LVDS viene determinada por la resolución de la pantalla LCD-TFT. En aquel momento, la recomendación era: para soluciones inferiores a 640×480, una interfaz RGB, y para soluciones superiores a 800×480, una interfaz LVDS. Sin embargo, los continuos avances tecnológicos están haciendo que estos límites cambien. Actualmente, se aceptan resoluciones inferiores a 1280×800 px para RGB, mientras que para LVDS se aceptan resoluciones superiores a 320×240 px. Añádase que los microprocesadores y microcontroladores avanzados actuales incorporan un controlador RGB y/o LVDS, lo que facilita enormemente la implementación de la pantalla LCD-TFT en los dispositivos finales.

RGB (Rojo, Verde, Azul)

La interfaz RGB es una solución basada en la transmisión paralela de datos mediante al menos varios cables. Cada línea de datos transmite información de un bit que especifica la intensidad de color RGB de un píxel. En función del tipo de interfaz RGB, se requiere el número de hilos necesario; por ejemplo, las variantes de 24 bits utilizan 24 hilos para cada píxel.

En las interfaces RGB se utilizan cinco tipos de señales:

• VSYNC (Sincronización vertical; sincroniza los datos de las columnas de píxeles de la pantalla),
• HSYNC (Sincronización horizontal; sincroniza los datos de las filas de píxeles de la pantalla),
• D0…DXX (con una línea separada para cada bit de información),
• DCLK (Reloj de puntos – sincronización de datos),
• DE (modo de habilitación de datos).

La interfaz RGB es apreciada por su rendimiento: su caudal está especificado en 1,2 Gbit/s, aunque para conseguirlo se necesitan más cables en una misma configuración, lo que se traduce en más interferencias electromagnéticas.

LVDS (señalización diferencial de baja tensión)

Destinada a la transmisión de imágenes, la interfaz LVDS requiere cuatro pares diferenciales: uno para la señal de reloj y tres para la transmisión de datos. La comunicación es unidireccional y en serie: los bits se transmiten en secuencia. Los datos se transmiten como diferencia entre las tensiones de un par de hilos, y la conversión tiene lugar en el receptor. La interfaz LVDS dispone de tres modos de sincronización de datos: VSYNC (Sincronización vertical), HSYNC (Sincronización horizontal) y DE (Habilitación de datos).

La interfaz LVDS es especialmente apreciada por su rendimiento: suele utilizarse en una configuración punto a punto (con un transmisor y un receptor), que proporciona rendimientos de hasta 3,125 Gbps, incluso en distancias de varias decenas de metros entre dispositivos. Además, es relativamente inmune a las interferencias electromagnéticas.

Unisystem ofrece una amplia gama de pantallas LCD-TFT con interfaz LVDS, entre las que encontrará soluciones estándar y de gran formato.

eDP (DisplayPort integrado)

La interfaz eDP fue lanzada por VESA (Video Electronics Standards Association) como solución para su implantación en electrónica de consumo con pantallas LCD-TFT integradas. Es justo decir que ha sido un éxito, sobre todo en el mercado informático: el desplazamiento de LVDS por eDP se aprecia claramente en este ámbito. Por desgracia, esta interfaz no se utiliza habitualmente en microprocesadores y microcontroladores.

La tecnología eDP es la continuación del conjunto de normas existentes para DP, el Display Port, y se basa en pares de señales diferenciales: una para la señal de reloj y otra u otras para la señal de datos; a éstas se suman, entre otras, las siguientes. Cables de canal AUX semidúplex en los que se alternan la transmisión y la recepción de información; destinados, por ejemplo, a la configuración de un controlador de pantalla LCD-TFT. Puede decirse que la interfaz eDP se asemeja a LVDS en su diseño, sin embargo, la información transmitida se “empaqueta” de forma diferente: en la interfaz eDP, la transmisión de datos tiene lugar en serie en forma de paquetes comprimidos. Para ello se utilizan tres modos de sincronización de datos: VSYNC (sincronización vertical), HSYNC (sincronización horizontal) y DE (activación de datos).

La interfaz eDP está diseñada para soluciones con resoluciones de hasta 3840×2160 px a 60 FPS y 24 bpp, obteniéndose los mejores resultados con distintos valores de los parámetros individuales, es decir. 240 FPS a resolución 1920×1080 y 24 bpp y 48 bpp a resolución 2560×1600 y 60 FPS. El rendimiento alcanza hasta 1,62 Gbps. Añadamos que los valores indicados se consiguen con un bajo consumo de energía. La interfaz eDP también es relativamente inmune a las interferencias electromagnéticas.

MIPI DSI – DSI (Display Serial Interface) de la Alianza MIPI (Mobile Industry Processor Interface)

La tecnología DSI es una solución propuesta por la Alianza MIPI, que se utiliza principalmente en dispositivos móviles como teléfonos, tabletas y ordenadores portátiles, por ejemplo, aunque no se excluye su uso. en la industria, por ejemplo en equipos de medición portátiles.

La interfaz MIPI DSI también se basa en pares de señales diferenciales, dentro de los cuales, sin embargo, es posible la comunicación bidireccional con transmisión simultánea de información en ambas direcciones (es, por tanto, full dúplex). Los datos se transmiten en paquetes comprimidos utilizando dos modos de sincronización de datos:

• Bajo consumo (LP) : en este modo, el reloj está en pausa y la información de la señal de reloj se transmite a través de un par de cables de datos; se utiliza principalmente para transmitir información/inicialización a la pantalla;
• Alta velocidad (HS): en este modo, la señal de reloj se transmite a través de un par de hilos de reloj dedicados independientes; se utiliza para la transmisión de imágenes.

Todo el protocolo de comunicación consta de dos conjuntos de instrucciones. El primero, el Display Command Set (DCS) , es un conjunto de comandos universales definidos por la norma DSI; entre ellos, por ejemplo Dormir, Activar e Invertir pantalla. El segundo, el conjunto de comandos del fabricante (MCS), es un conjunto de comandos definidos por los fabricantes de pantallas; entre ellos se pueden incluir. introducción de datos en la memoria no volátil del controlador de pantalla.

Las ventajas más importantes de la interfaz MIPI DSI son su alto rendimiento con bajo consumo de energía, así como su resistencia a las interferencias electromagnéticas.

La gama de soluciones de interfaz MIPI DSI de Unisystem incluye. Pantallas cuadradas de 4 pulgadas de Winstar que se utilizan en diversas aplicaciones.

Vx1 (V-by-1 / V-by-One)

Con la introducción de pantallas con resoluciones FHD (1920×1080) o UHD (3840×2160), era necesario disponer de otra interfaz aún más resistente a las perturbaciones electromagnéticas que LVDS, requisito que cumple la tecnología V-by-One diseñada en Thine Electronics.

El estándar de transferencia de información es similar al utilizado en LVDS, pero Vx1 garantiza mantener bajos los costes de producción a la vez que se alcanzan velocidades superiores; éstas pueden ser de 840 Mbps por cada par diferencial de hilos (¡incluso a distancias de hasta 10 m!). La interfaz Vx1 es una solución asíncrona: no utiliza un par de hilos con la señal de reloj, que está integrada en los cables de datos, lo que reduce el número total de pares de hilos. A modo de comparación: para hacer funcionar una pantalla con resolución Cinema-FHD (2560×1080) con una profundidad de color de 30 bits y una frecuencia de refresco de 120 Hz se necesitan: o 24 pares de cables LVDS o… cuatro pares de cables Vx1.

En la tabla, mostramos el número de pares de cables utilizados en función de la resolución, la profundidad de color y la frecuencia de imagen:

Una empresa que ofrece soluciones LCD-TFT con interfaz Vx1 es Litemax. Eche un vistazo a las soluciones disponibles de Unisystem en variantes estándar y de gran formato.

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