Interface série d'affichage : SPI vs LVDS vs MIPI vs eDP

Introduction : Qu'est-ce qu'une interface série d'affichage ?

Une interface série d'affichage définit la manière dont les données d'image sont transmises depuis un système hôte, tel qu'un MCU, un SoC ou un PC industriel, vers un panneau d'affichage.
Plutôt que de se concentrer uniquement sur la résolution ou la taille du panneau, la sélection de l'interface affecte directement l'intégrité du signal, le coût du système, la consommation électrique, l'évolutivité et la fiabilité à long terme..

Dans les systèmes d'affichage modernes, quatre interfaces série sont le plus souvent évoquées :

• Spice

• LVDS

• MIPI-DSI

• EDP

Chaque interface a été conçue pour une architecture système et un scénario d'utilisation différents. Comprendre leurs différences est essentiel pour prendre la bonne décision de conception, en particulier dans les applications industrielles et embarquées..

SPI : une interface basse vitesse pour des affichages simples

SPI (Serial Peripheral Interface) est l'une des interfaces d'affichage les plus simples et est généralement utilisée avec des systèmes basés sur un microcontrôleur.

Contrairement aux interfaces d'affichage haute vitesse, SPI n'est pas conçu pour diffuser des vidéos plein format à haute résolution. Au lieu de cela, il est couramment utilisé pour :

• Petits modules LCD ou OLED

• Affichages de segments ou de caractères

• Interfaces graphiques simples avec de faibles exigences de rafraîchissement

Caractéristiques clés du SPI

• Bande passante très faible

• Distance de transmission courte

• Complexité matérielle minimale

• Faible coût du système

SPI convient lorsque :

• La résolution d'affichage est faible

• La vitesse de mise à jour n'est pas critique

• La simplicité et le coût du système sont des priorités

SPI est mieux considéré comme une interface orientée contrôle , et non comme une solution pour les écrans haute résolution modernes.

LVDS : une interface mature pour les écrans industriels

LVDS (Low-Voltage Differential Signaling) est la pierre angulaire des systèmes d'affichage industriels et commerciaux depuis de nombreuses années.

Il a été conçu pour fournir une transmission de données fiable à haut débit sur des paires différentielles , ce qui le rend bien adapté aux environnements électriquement bruyants.

Pourquoi LVDS est encore largement utilisé

• Forte résistance aux EMI

• Prise en charge de longueurs de câble plus longues

• Écosystème stable et bien établi

• Excellente disponibilité à long terme

Dans les systèmes IHM industriels, LVDS est couramment utilisé pour :

• Panneaux de contrôle

• Équipement d'automatisation d'usine

• Écrans médicaux et diagnostiques

• Systèmes extérieurs ou pour environnements difficiles

Du point de vue du coût du système, LVDS nécessite souvent :

• Plus de voies de signalisation

• Connecteurs plus grands

• Câbles plus épais ou blindés

Cela rend LVDS plus cher au niveau du système par rapport à certaines interfaces plus récentes. Cependant, sa prévisibilité et sa robustesse continuent de justifier son utilisation dans des produits industriels à long cycle de vie.

MIPI DSI : interface haut débit optimisée pour l'intégration de SoC

MIPI DSI (Display Serial Interface) a été initialement développé pour les appareils mobiles et embarqués, où la conception compacte et l'efficacité énergétique sont essentielles.

Contrairement à LVDS, MIPI DSI met l'accent sur :

• Bande passante élevée sur moins de voies

• Très faible consommation d'énergie

• Intégration étroite avec les contrôleurs d'affichage SoC

Caractéristiques de conception clés

• Distance de transmission courte

• Câblage minimal

• Haute efficacité des données

• Forte dépendance au support SoC

MIPI DSI est couramment utilisé dans :

• Smartphones et tablettes

• Systèmes Linux ou Android embarqués

• Conceptions matérielles compactes et fermées

Bien que MIPI DSI puisse réduire les coûts de nomenclature physique, il introduit souvent des coûts d'intégration et de développement plus élevés , en particulier dans les environnements industriels. La compatibilité des pilotes, la configuration du timing et la dépendance du SoC doivent toutes être soigneusement gérées.

MIPI DSI troque la flexibilité et la distance contre l’efficacité et l’intégration.

eDP : une interface évolutive pour les écrans à plus haute résolution

eDP (Embedded DisplayPort) est dérivé de la norme DisplayPort et est devenu de plus en plus populaire dans les PC industriels, les SBC et les systèmes embarqués haute résolution.

Par rapport à LVDS et MIPI, eDP offre :

• Évolutivité de bande passante plus élevée

• Moins de paires de signaux pour des résolutions élevées

• Un écosystème mature et standardisé

Cas d'utilisation typiques

• PC industriels

• Ordinateurs monocarte

• Systèmes médicaux et d'imagerie

• IHM et signalisation haute résolution

À la même résolution, eDP offre souvent un coût global du système inférieur à celui de MIPI DSI en raison de :

• Prise en charge native dans de nombreux processeurs

• Besoin réduit de circuits intégrés de pont

• Routage et validation simplifiés

Pour les écrans de résolution moyenne à haute, eDP est souvent l’option d’interface la plus rentable et la plus évolutive.

SPI vs LVDS vs MIPI vs eDP : différences clés

Comparaison typique à une résolution similaire

Le coût et la faisabilité réels du système dépendent fortement de la prise en charge du processeur et des exigences du cycle de vie du produit.

Choisir la bonne interface série d'affichage

Il n’existe pas d’interface série d’affichage universelle « meilleure ». Le bon choix dépend de l' ensemble de l'architecture du système , et pas seulement du panneau d'affichage.

Lignes directrices générales de sélection

• SPI : Idéal pour les systèmes basés sur MCU avec des exigences d'affichage simples

• LVDS : Idéal pour les environnements industriels nécessitant des câbles longs et une grande stabilité

• MIPI DSI : convient aux conceptions compactes basées sur SoC avec des contraintes strictes de puissance et d'espace

• eDP : préféré pour les résolutions plus élevées et les plates-formes basées sur PC ou évolutives

La sélection de l'interface doit être finalisée au début de la phase de conception. Les modifications tardives augmentent souvent les coûts, le temps de développement et les risques système.

Conclusion

Les interfaces série d'affichage ne sont pas des technologies interchangeables qui rivalisent uniquement sur les performances. Chaque interface (SPI, LVDS, MIPI DSI et eDP ) a été conçue pour résoudre un problème spécifique au niveau du système.

Même si les interfaces les plus récentes peuvent offrir des avantages en termes d'efficacité ou de bande passante, les technologies matures telles que LVDS continuent de jouer un rôle essentiel dans les écrans industriels en raison de leur fiabilité et de leur stabilité à long terme. De même, eDP est apparu comme une solution rentable pour les systèmes à plus haute résolution, tandis que MIPI DSI reste dominant dans les conceptions embarquées étroitement intégrées.

Comprendre l' intention de conception et les compromis de chaque interface série d'affichage permet aux ingénieurs et aux concepteurs de systèmes de prendre des décisions éclairées, en évitant des coûts inutiles tout en garantissant une fiabilité à long terme.

FAQ

1. Puis-je utiliser SPI pour les écrans industriels haute résolution ?
Non. SPI a une bande passante limitée et convient aux écrans petits ou basse résolution. Pour les panneaux industriels avec une résolution plus élevée ou des exigences de rafraîchissement rapide, LVDS, MIPI DSI ou eDP sont recommandés.

2. Pourquoi certains systèmes industriels utilisent-ils encore LVDS au lieu de MIPI ou eDP ?
LVDS prend en charge des câbles plus longs, une forte résistance EMI et une disponibilité stable à long terme. Ces facteurs le rendent plus fiable pour les environnements industriels difficiles, même si d'autres interfaces offrent une bande passante plus élevée.

3. Quels facteurs dois-je prendre en compte lors du choix entre MIPI et eDP ?
Vous devez tenir compte des exigences en matière de bande passante, de la longueur du câble, de la prise en charge du processeur/SoC, des efforts d'intégration du système et du cycle de vie à long terme. MIPI DSI est optimisé pour les conceptions compactes basées sur SoC, tandis que eDP est évolutif pour des résolutions plus élevées avec la prise en charge d'un écosystème mature.

4. Comment le choix de l’interface affecte-t-il le coût du système ?
Le coût du système dépend non seulement du panneau, mais également des connecteurs, des câbles, des circuits intégrés de pont et des efforts d'intégration. LVDS a généralement un coût système plus élevé en raison des précautions de câblage et d'interférences électromagnétiques, MIPI peut entraîner des coûts d'intégration supplémentaires et eDP est souvent plus rentable pour les écrans intégrés/industriels haute résolution.

5. Une interface peut-elle être utilisée pour tous les types d’écrans industriels ?
Non. Chaque interface présente des compromis de conception : SPI pour les petits écrans, LVDS pour les environnements longue distance et difficiles, MIPI pour les systèmes intégrés SoC et eDP pour les plates-formes PC ou SBC haute résolution. Le bon choix dépend de l’architecture complète du système, et pas seulement du panneau.