MIPI DSI (Interface série d'affichage) fonctionne comme un standard d'interface série efficace créé par l'Alliance MIPI. Il relie les systèmes sur puces (SoC) aux écrans des smartphones, tablettes et de nombreux appareils embarqués. Les configurations ont généralement 1 à 4 voies de données. Chaque voie peut gérer jusqu'à 1,5 Gbps ou même plus dans les versions plus récentes. Cela donne une bande passante totale allant jusqu'à 6 Gbps ou plus. L'approche réduit beaucoup les numéros d'épingles. En même temps, il envoie bien des données vidéo et des signaux de contrôle.

Introduction à DSI

Les écrans modernes ont besoin de moyens intelligents pour déplacer les données. Ils doivent traiter des images haute résolution sans problème. MIPI DSI répond à cette demande. Il offre une liaison série qui réduit la consommation d'énergie et les besoins en espace. Cela se produit en comparaison avec les anciennes interfaces RVB parallèles. Par exemple, dans les appareils avec une résolution de 1440p, une image contient plus de 5,6 millions de pixels. Avec une fréquence de rafraîchissement de 60 Hz, le lien gère environ 340 millions de pixels par seconde. MIPI DSI gère cela avec des voies sérielles rapides. Ceux-ci utilisent une signalisation différentielle de basse tension, souvent autour de 200 mV. Cette étape réduit les interférences électromagnétiques (EMI) et la consommation d'énergie.

Les configurations comportent souvent une voie d'horloge dédiée et 1 à 4 voies de données. Dans les systèmes basés sur D-PHY, chaque voie de données atteint 2,5 Gbps. Une configuration à 4 voies atteint alors une bande passante totale proche de 10 Gbps. Cette quantité fonctionne pour 4K à 60 Hz une fois que les frais de protocole sont pris en compte.

L'interface fonctionne en deux modes principaux pour rester efficace.

Mode haute vitesse (HS)

Il s'active pour les mises à jour de cadres pendant le contenu animé comme la vidéo ou le défilement. Les éclates de données se produisent rapidement. Ils se terminent souvent en quelques millisecondes pour un transfert de trame.

Mode basse puissance (LP)

Ce mode fonctionne pendant les moments de contenu calme ou de silence. Les débits de données sont inférieurs à 10 Mbps. La puissance baisse aux microwatts. Cela signifie des économies de plus de 99 % par rapport au mode HS. En conséquence, les écrans toujours allumés utilisent très peu de batterie. Ils peuvent toujours afficher des choses comme l'heure ou les notifications.

DSI propose deux façons d'envoyer des données.

Mode vidéo

Il diffuse des pixels tout le temps. Cela convient aux applications qui ont besoin de mises à jour régulières.

Mode de commande

Ceci est courant dans AMOLED et de nombreux panneaux LCD. Le SoC envoie des paquets d'images compressées et dessine des commandes vers un tampon de trames sur le panneau. Ensuite, le pilote d'affichage rafraîchit les pixels par lui-même. Cela permet à l'interface et au processeur de rester dans des états de faible puissance la plupart du temps. La durée de vie de la batterie est beaucoup plus longue de cette façon.

Qu’est-ce que D-PHY et M-PHY ?

MIPI D-PHY et M-PHY forment les principales interfaces de couche physique (PHY) dans le monde MIPI. Chacun répond à certains besoins en performance et en puissance.

D-PHY est le choix standard pour les écrans mobiles et les caméras. Il repose sur l'horloge source-synchrone. Il dispose d'une voie d'horloge et de plusieurs voies de données. Le mode haute vitesse prend en charge des débits allant jusqu'à 2,5 Gbps par voie (dans les versions v1.2). Le mode Low Power gère le contrôle sous 10 Mbps. Une configuration D-PHY normale à 4 voies fournit près de 10 Gbps pour 1080p à 60 Hz. Il maintient également une bonne efficacité énergétique.

M-PHY vise des tâches plus difficiles. Ceux-ci comprennent le stockage, les modems et l'imagerie avancée. Il utilise une horlogerie intégrée avec un codage 8b/10b. Cela élimine la nécessité d'une voie d'horloge séparée. Le nombre d'épingles baisse. Il permet également des états de puissance dynamiques comme STALL, SLEEP et HIBERNATE. Ceux-ci apportent une latence plus faible et des économies plus grandes. Les versions les plus récentes (v5.0) atteignent jusqu'à 11,6 Gbps par voie avec des engrenages évolutifs (par exemple, Gear3 à 5,8 Gbps, Gear4 à 11,6 Gbps). M-PHY fonctionne bien pour le trafic explosif ou stable dans des configurations complexes.

Les différences clés se démarquent.

• Horloge: D-PHY dispose d'une voie d'horloge dédiée. M-PHY construit l'horloge à l'intérieur.

• D-PHY utilise les modes HS/LP. M-PHY fournit plusieurs états avancés.

• Vitesse : D-PHY atteint un maximum de ~2,5 Gbps/voie. M-PHY va jusqu'à ~11,6 Gbps/voie.

• Applications: D-PHY conduit dans les écrans (DSI) et les caméras (CSI). M-PHY brille dans le stockage (UFS) et les liaisons inter-puces (UniPro).

D-PHY reste courant pour les écrans. Il bénéficie d'une utilisation prolongée, d'une conception plus simple et d'une puissance réglée pour rafraîchir les modèles. M-PHY est plus utilisé là où la bande passante est importante. Parmi les exemples, on peut citer la vidéo UHD, la AR/VR et les systèmes automobiles.

La relation entre DSI et les interfaces de couche physique

MIPI DSI définit le protocole. Il couvre l'organisation des données, la structure des paquets, le timing et les commandes. Le PHY en dessous gère les signaux électriques sur les traces de PCB.

DSI crée des paquets qui transportent des données de pixels, des informations de synchronisation et des instructions. Le PHY les transforme en signaux différentiels. Dans D-PHY, les données parallèles (8 ou 16 bits) changent en flux sériels rapides. Les débits atteignent 2,5 Gbps par voie avec un swing HS de 200 mV et une signalisation LP de 1,2 V. Les commutateurs de mode se produisent rapidement. Cela maintient la puissance basse pendant les moments calmes.

Pour une vidéo à 60 images par seconde sur un smartphone, DSI démarre le mode HS pour les éclates d'images. Puis il tombe en mode LP entre les cadres. La puissance de l'interface tombe de plus de 50 mW à moins de 5 mW. PHY maintient la qualité du signal forte sur les traces. Il vise des taux d'erreur de bit inférieurs à 10^-12. DSI ajoute la détection d'erreur CRC pour aider.

Les choix PHY communs pour DSI comprennent ceux-ci.

• D-PHY : Il dirige depuis plus de dix ans. Il utilise 1 horloge 1-4 voies de données (9 fils au maximum). Il s'avère fiable pour la plupart des écrans mobiles et intégrés.

• C-PHY : Il applique un codage en 3 phases sur des trios (3 fils par voie). Cela permet une meilleure efficacité spectrale. Deux trios (6 fils) peuvent battre la bande passante D-PHY à 4 voies. Il convient aux espaces étroits avec des panneaux haute résolution comme le 4K.

Le PHY sélectionné définit la bande passante, la consommation d'énergie et les besoins en broche/PCB. D-PHY couvre la plupart des écrans mobiles. Les systèmes avancés comme le C-PHY répondent aux exigences croissantes en matière de résolution.

FAQ (questions fréquentes)

Quel est le principal avantage de MIPI DSI par rapport aux interfaces parallèles?

MIPI DSI réduit le nombre de broches de plus de 80%. Il réduit la consommation d'énergie avec la commutation de mode. Il prend en charge la bande passante élevée pour les résolutions actuelles. Il réduit également l'EMI.

Quel PHY est le plus couramment utilisé avec MIPI DSI dans les appareils mobiles?

D-PHY reste le plus largement utilisé. Il doit cela à sa longue histoire, à sa construction plus simple et à une grande efficacité énergétique pour les modèles de rafraîchissement de l'écran.

MIPI DSI peut-il prendre en charge des écrans 4K à 60 Hz ?

- Oui, oui. Une configuration D-PHY 4 voies à 2,5 Gbps par voie donne suffisamment de bande passante (près de 10 Gbps au total). Il gère le 4K à 60 Hz, y compris les frais aériens.

Quelle est la différence entre le mode vidéo et le mode commande dans DSI?

Le mode vidéo diffuse des données pixel sans arrêt. Le mode de commande envoie des images compressées et des instructions dans un tampon sur le panneau. Le panneau se rafraîchit par lui-même. Cela permet de mieux économiser de l'énergie pour le contenu statique.

M-PHY est-il compatible avec MIPI DSI ?

M-PHY fonctionne principalement avec d'autres protocoles comme UniPro. Le DSI s'associe généralement à D-PHY ou C-PHY. Des efforts plus récents visent M-PHY pour des tâches d'affichage avancées.

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