MIPI、HDMI、eDP 和 LVDS 協(xié)議詳解

目錄

引言

MIPI 協(xié)議

2.1 差分電壓

2.2 數(shù)據(jù)線名稱描述

2.3 數(shù)據(jù)線個數(shù)計算

2.4 幀結(jié)構(gòu)與工作模式

2.5 實際應(yīng)用案例

HDMI 協(xié)議

3.1 差分電壓

3.2 數(shù)據(jù)線名稱描述

3.3 數(shù)據(jù)線個數(shù)計算

3.4 幀結(jié)構(gòu)與工作模式

3.5 實際應(yīng)用案例

eDP 協(xié)議

4.1 差分電壓

4.2 數(shù)據(jù)線名稱描述

4.3 數(shù)據(jù)線個數(shù)計算

4.4 幀結(jié)構(gòu)與工作模式

4.5 實際應(yīng)用案例

LVDS 協(xié)議

5.1 差分電壓

5.2 數(shù)據(jù)線名稱描述

5.3 數(shù)據(jù)線個數(shù)計算

5.4 幀結(jié)構(gòu)與工作模式

5.5 實際應(yīng)用案例

各協(xié)議的應(yīng)用場景和區(qū)別

總結(jié)

1. 引言

隨著電子設(shè)備的不斷發(fā)展，對高分辨率顯示的需求日益增長。本書將詳細(xì)探討四種主要的顯示接口協(xié)議：MIPI、HDMI、eDP 和 LVDS。這些協(xié)議在不同的應(yīng)用場景中發(fā)揮著重要作用，包括手機(jī)、電視、計算機(jī)和汽車電子。

2. MIPI 協(xié)議

2.1 差分電壓

描述: MIPI 協(xié)議的差分信號電壓通常為 200mV (±100mV)，用于高速度數(shù)據(jù)傳輸，能夠有效降低干擾和噪聲。

2.2 數(shù)據(jù)線名稱描述

數(shù)據(jù)線: D0, D1, D2, D3（通常為 D-Pair，每對包括差分信號線和反相線）

時鐘線: CLK（用于同步數(shù)據(jù)傳輸）

2.3 數(shù)據(jù)線個數(shù)計算

示例：8K 60幀率 RGB 8x3 的屏幕數(shù)據(jù)線計算

屏幕分辨率: 8K = 7680 x 4320 像素

幀率: 60 幀/秒

顏色深度: RGB 8x3 = 24 位

計算:

每幀數(shù)據(jù)量:
7680 像素×4320 行×24 位/像素=79,228,800 位7680 text{ 像素} times 4320 text{ 行} times 24 text{ 位/像素} = 79,228,800 text{ 位}7680 像素×4320 行×24 位/像素=79,228,800 位

每秒的數(shù)據(jù)量:
79,228,800 位/幀×60 幀/秒=4,753,728,000 位/秒79,228,800 text{ 位/幀} times 60 text{ 幀/秒} = 4,753,728,000 text{ 位/秒}79,228,800 位/幀×60 幀/秒=4,753,728,000 位/秒

需要的數(shù)據(jù)線數(shù):
假設(shè)每條數(shù)據(jù)線傳輸速率為 1.5 Gbps:

4,753.728 Mbps1.5 Gbps≈3.17?4 條數(shù)據(jù)線frac{4,753.728 text{ Mbps}}{1.5 text{ Gbps}} approx 3.17 Rightarrow 4 text{ 條數(shù)據(jù)線}1.5 Gbps4,753.728 Mbps≈3.17?4 條數(shù)據(jù)線

2.4 幀結(jié)構(gòu)與工作模式

描述: MIPI 的幀結(jié)構(gòu)包括起始、數(shù)據(jù)負(fù)載和結(jié)束符。數(shù)據(jù)被分成小塊（包），每個包包含幀頭、數(shù)據(jù)和 CRC 校驗。

工作模式: MIPI 支持高速模式和低功耗模式。低功耗模式通過降低時鐘頻率和進(jìn)入休眠狀態(tài)來實現(xiàn)。

2.5 實際應(yīng)用案例

應(yīng)用: MIPI 通常用于智能手機(jī)的顯示屏接口。例如，某款手機(jī)采用 MIPI DSI 接口將處理器與顯示屏連接，以實現(xiàn)高幀率和高分辨率的圖像顯示。

3. HDMI 協(xié)議

3.1 差分電壓

描述: HDMI 協(xié)議的差分信號電壓通常為 400mV (±200mV)，用于傳輸高清音視頻信號。

3.2 數(shù)據(jù)線名稱描述

數(shù)據(jù)線: TMDS Data 0, TMDS Data 1, TMDS Data 2（用于視頻信號）

時鐘線: TMDS Clock（用于同步）

控制線: 包括 CEC（消費者電子控制）等信號線。

3.3 數(shù)據(jù)線個數(shù)計算

示例：8K 60幀率 RGB 8x3 的屏幕數(shù)據(jù)線計算

HDMI 2.0 支持最高 18 Gbps 帶寬，使用 3 對 TMDS 數(shù)據(jù)線即可滿足 8K 60Hz 的傳輸需求。

3.4 幀結(jié)構(gòu)與工作模式

描述: HDMI 的幀結(jié)構(gòu)由 TMDS 數(shù)據(jù)流組成，包括視頻數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)（如 EDID）。

工作模式: HDMI 支持標(biāo)準(zhǔn)模式（高帶寬）、低功耗模式和備用模式（如 HDMI 1.4 的以太網(wǎng)傳輸）。

3.5 實際應(yīng)用案例

應(yīng)用: HDMI 接口廣泛用于電視、游戲機(jī)和音頻接收器。例如，最新款游戲機(jī)通過 HDMI 2.1 接口實現(xiàn) 8K 游戲的流暢播放，支持高動態(tài)范圍（HDR）和更高的幀率。

4. eDP 協(xié)議

4.1 差分電壓

描述: eDP 協(xié)議的差分信號電壓通常為 400mV (±200mV)，用于高分辨率顯示的高速傳輸。

4.2 數(shù)據(jù)線名稱描述

數(shù)據(jù)線: DP Lane 0, DP Lane 1, DP Lane 2, DP Lane 3（差分?jǐn)?shù)據(jù)通道）

時鐘線: CLK（用于同步）

4.3 數(shù)據(jù)線個數(shù)計算

示例：8K 60幀率 RGB 8x3 的屏幕數(shù)據(jù)線計算

eDP 1.4 支持高達(dá) 32.4 Gbps，使用 4 條數(shù)據(jù)線即可滿足傳輸要求，支持 8K 60Hz 輸出。

4.4 幀結(jié)構(gòu)與工作模式

描述: eDP 的幀結(jié)構(gòu)與 DisplayPort 類似，包括傳輸起始、數(shù)據(jù)負(fù)載和結(jié)束符。

工作模式: 支持深度睡眠模式和省電模式，在省電模式下可關(guān)閉不必要的通道以降低功耗。

4.5 實際應(yīng)用案例

應(yīng)用: eDP 廣泛用于筆記本電腦的內(nèi)嵌顯示器。例如，一款高分辨率的筆記本電腦使用 eDP 接口實現(xiàn) 4K 顯示，提供出色的圖像質(zhì)量和較低的功耗。

5. LVDS 協(xié)議

5.1 差分電壓

描述: LVDS 協(xié)議的差分信號電壓通常為 300mV (±150mV)，適用于低功耗、高速數(shù)據(jù)傳輸。

5.2 數(shù)據(jù)線名稱描述

數(shù)據(jù)線: LVDS Data+ 和 Data-（每對差分信號）

時鐘線: CLK+ 和 CLK-（用于同步）

5.3 數(shù)據(jù)線個數(shù)計算

示例：8K 60幀率 RGB 8x3 的屏幕數(shù)據(jù)線計算

如果使用 LVDS，每對數(shù)據(jù)線可傳輸 1.5 Gbps，理論上需要約 4 條數(shù)據(jù)線來滿足 8K 60Hz 的傳輸需求。

5.4 幀結(jié)構(gòu)與工作模式

描述: LVDS 的幀結(jié)構(gòu)較為簡單，通常只包含數(shù)據(jù)流。

工作模式: 包括高速模式和低功耗模式，低功耗模式通過減少電流和關(guān)閉未使用信號線來實現(xiàn)。

5.5 實際應(yīng)用案例

應(yīng)用: LVDS 通常用于液晶顯示器和工業(yè)控制。例如，一款工業(yè)設(shè)備的顯示屏采用 LVDS 接口連接，以實現(xiàn)高分辨率圖像的實時顯示，同時降低功耗。

6. 各協(xié)議的應(yīng)用場景和區(qū)別

應(yīng)用場景

MIPI: 主要用于移動設(shè)備的顯示接口，如智能手機(jī)、平板電腦、汽車中控屏。

HDMI: 用于高清電視、顯示器、投影儀、游戲機(jī)等消費電子產(chǎn)品。

eDP: 常見于筆記本電腦和高端顯示器，支持高分辨率和低功耗。

LVDS: 多用于工業(yè)設(shè)備、汽車顯示和儀表板。

區(qū)別

數(shù)據(jù)速率: HDMI 和 eDP 通常支持更高的數(shù)據(jù)速率，而 MIPI 和 LVDS 更適合低功耗應(yīng)用。

電壓等級: MIPI 和 LVDS 的差分電壓較低，適合移動設(shè)備；HDMI 和 eDP 的電壓較高，適合高分辨率顯示。

應(yīng)用場景: MIPI 主要用于手機(jī)，HDMI 用于家庭娛樂，eDP 用于筆記本電腦，LVDS 用于工業(yè)和汽車領(lǐng)域。

7. 總結(jié)

了解 MIPI、HDMI、eDP 和 LVDS 協(xié)議的詳細(xì)特性，對于工程師和設(shè)計師在電子產(chǎn)品開發(fā)中至關(guān)重要。選擇合適的協(xié)議可以確保在滿足性能要求的同時，實現(xiàn)最佳的功耗管理和系統(tǒng)穩(wěn)定性。