Liquid crystal flat panel display - 3. LCD Interface 종류 및 Driver IC 2 (MDDI, MIPI, SPI, I2C)

 

Liquid crystal flat panel display 세 번째 시간입니다. 지난 호 에는 LCD Interface 종류에서 많이 사용하고 있는 CPU, RGB Interface 에 대해서 알아 보았고 이번 호 에서는 Interface 두 번째 시간으로 Serial Interface 에 대해 설명하도록 하겠습니다.

연재 순서

1. FPD 종류 및 TFT-LCD 구조

2. LCD Interface 종류 및 Driver IC 1 (RGB, I80, M68)

3. LCD Interface 종류 및 Driver IC 2 (MDDI, MIPI, SPI, I2C)

4. Pxa270 + 2700G 를 이용한 여러 Interface 제어

5. Luminance 와 Pattern Generate 를 이용한 LCD 테스트

 

들어가기 전에

지난 호에 Driver IC에 대한 설명이 부족하다는 요청이 들어와 Driver IC에 대해 설명부터 살짝 쿵 설명하고 LCD Interface 설명을 하도록 하겠습니다.

 

Display Driver IC 개요

Display Driver IC(DDI)는 LCD 모듈을 제어하는 IC(반도체)로 LCD 패널의 화면에 이미지나 동영상을 Display 하도록 구동신호 및 데이터를 컨트롤 하도록 설계된다. RGB Interface, M68, I80, MDDI등 인터페이스를 선택하는 것도 DDI에서 어떤 방식으로 구성할 것인가에 따라 달라지며, LCD, OLED, PDP등에 따라 DDI 특성과 개수를 다르게 설계하며, QCIF(176x220), QVGA(240x320), VGA(640x480)등 해상도에 따라 DDI의 Graphic 메모리와 Gate 수를 다르게 설계된다.

 

Mobile driver IC의 종류로는 보통 source driver IC, gate driver IC로 이루어져 있으며 요즘에는 source와 gate가 보통 하나의 chip으로 구성되어 있다. Mobile driver IC의 기술이 발달함에 따라 VGA와 같은 점점 더 고해상도를 표현하는 driver IC 제품들이 나오고 있고, 반도체 process 개발로 인해 chip들은 shrink화 되어서 점점 IC의 크기가 줄어들고 있다.

 

또한 gate driver를 glass에 집적화시켜 gate driver IC가 필요하지 않게 되는 경우도 있으며 source channel 수를 줄이기 위해 MDDI와 같은 serial interface 기술도 사용하는 driver IC도 출시되고 있다.

 

그림 1을 보면 driver IC의 개발의 변천사를 볼 수 있다. 그림에서 보는 바와 같이 IC chip들의 개수가 줄어들고 있다. 초창기에 QCIF 해상도 (176 X 220)의 경우 일반적으로 3개에서 2개의 chip을 사용하는 반면 앞에서와 설명한 바와 같이 요즘 driver IC의 경우 source, gate, power, RAM이 모두 포함되어 있는 하나의 driver IC로 구성되어 있다.

그림1. Mobile driver IC의 개발에 따른 driver IC 개수의 감소

Display Driver IC 국내업체로는 삼성전자, 매그나칩반도체, 토마토LSI, 리디스테크놀러지가 있으며 해외기업으로는 르네사스, NEC, Himax 등이 있다.

 

 

Display Driver IC 구조

대형에서 사용하는 driver IC와 달리 mobile driver IC는 timing generator가 driver IC 안에 내장되어 있고, 1 frame image를 기억하는 graphic RAM이 driver IC 안에 내장되어 있다.

또한 gate driver가 포함된 one chip의 driver IC의 경우, gate 및 VCOM에 사용되는 DC-DC block 회로가 driver IC 안에 내장되어 있어 외부에서 따로 전압을 인가할 필요가 없는 장점이 있다.

이러한 다양한 기능을 가지고 있는 mobile driver IC는 구동하기 위한 여러 가지 레지스터를 가지고 있고, 레지스터 값을 변경하여 구동 형태, power, 감마, VCOM 등을 변경할 수 있다.

 

 

GRAM (Graphic RAM)

일반적으로 driver IC에는 GRAM이 내장되어 있어 phone에서 요구하는 다양한 기능들을 수행할 수 있다. GRAM의 주요 기능은 다음과 같다.

a. CPU interface에서 image data를 읽고 쓰는 데 사용

b. Window address를 지정하여 동영상 area를 설정

c. 동영상과 정지 화상 영역을 정하여 동시에 display가 가능하도록 함

d. 카메라 관련 기능으로 image size를 조절할 수 있음

e. OSD 및 alpha blending 기능이 가능함

 

 

 

Mobile interface의 종류 두 번째

 

Serial Interface

Serial interface는 SPI (Serial Peripheral Interface)라고도 하며 SDI, SDO, SCL, CS의 네 신호를 이용한다. 명령어와 display data를 SDI를 통해 전송되고 이 때, clock인 SCL에 맞춰 전송된다. SDI의 앞부분은 device ID code와 RS신호와 RW 신호를 표현하고 뒷부분에는 register 주소나 command가 들어가게 된다.

그림2 Serial interface timing diagram

 

SPI Type 중 많이 사용하는 방식으로 8/9/16/17/24 bit Type이 있다. 8/9/16/17/24는 CS 신호가 한번 토글 될 때 전송하는 비트 수를 말한다. 보통 많이 사용하는 방식은 Start 8bit + Data 16bit를 더한 24bit를 많이 사용한다. 아래 그림으로 그밖에 다른 방식을 간단하게 소개 하도록 하겠다.

 

• 8bit Serial Interface (4 wires)
• 8bit Type의 SDC 신호는 Register 와 data를 구분하는 신호이며 CSB 신호가 한번 토글될 때 16비트 데이터 중 상위비트 8bit가 전송되며 하위비트 8bit가 뒤이어 전송되는 방식이다.

• 9bit Serial Interface (3 wires)

9bit 방식은 8bit의 SDC신호 line을 따로 연결하지 않고 상위비트 앞에 DC 비트를 하나 추가해서 보통 DC 비트가 ‘1’이면 Data ‘0’ 이면 Register로 인식하도록 구성 한다.

 

• 24bit Serial Interface (3 wires)

초기 Driver IC 및 DC (data 와 command 구분 신호)를 조합해서 1byte 가 앞에 들어와 CS가 한번 토글될 때 24bit 신호가 전송된다.

 

• SPI Start Byte 설정

Serial Peripheral Interface 초기 Start Byte 설정으로 index 값일 때와 Instruction 데이터일 경우의 값을 설정 한다.

 

 

 

MDDI Interface

 

MDDI (Mobile Display Digital Interface)는 Qualcomm 에서 제안한 방식으로 외부장치(LCD, 카메라, 사운드장치 등) 와의 통신을 고속 Serial 방식으로 한다. 이 방식을 Mobile LCD에 적용 하게 되면 기존의 30~40개 정도 사용하였던 Data Line을 Data line 2개와 동기신호 2개 power, Ground 정도 신호만 연결 하면 됨으로 Line 수를 대폭 감소 시킬 수 있다. 이는 회로를 설계하는 분들에게는 아주 편한 Interface로 다가 왔으며 EMI(전자 방해)를 줄여주며 저전력소비와 원가 절감 측면에서도 기여하게 되었다. 아직까지는 사용제품이 적으나 Qualcomm측에서 사용자가 편하고 안전성을 높이는 업데이트를 지속적으로 하기 때문에 조만간 MDDI Interface를 채택하는 LCD 모듈이 늘 것으로 전망된다.

그림3 MDDI host 와 Client 간의 신호

 

 

위의 그림3에서 보듯이 MDDI의 신호는 Serial 방식으로 연결되는 선들이 간단하다.

MDDI Data+, MDDI Data-신호는 Type1 방식을 나타내며 사용 되는 Device 에 따라 Data 신호 선을 늘어 날수 있다. 보통 LCD에서는 MDDI Type1 방식을 많이 사용하기 때문에 Data+, Data-선 2line 이 많이 사용된다.

MDDI 는 High Speed Differential Serial Link 규격으로 400Mbps 정도 속도로 사용할 수 있는 프로토콜로 초기에 Display 용으로 출발하여 Video, Audio, Pointing, Keyboard, Graphics 다양한 Packet을 규정하여 프로토콜을 제공 하고 있다.

 

No.	Symbol	Description
1	VCC	3 V
2	GND	Ground
3	MDDI_STB_P_B	MDDI Data bus
4	MDDI_STB_M_B	MDDI Data bus
5	MDDI_DATA_P_B	MDDI Data bus
6	MDDI_DATA_M_B	MDDI Data bus
7	RESET	Reset
8	LED+	12.7V
9	LED-	Ground for Backlight

표1 MDDI LCD connector signal

 

 

위의 표1은 실제 사용되고 있는 MDDI LCD의 커넥터 정보이다. 기존 RGB나 CPU 방식에서는 60pin 80pin 정도 커넥터를 사용하지만 MDDI에서는 9pin만 연결된다.

 

Packet length

Packet type

Unique word

Reserved

Sub-frame

Protocol version

Sub-frame count

Media frame count

CRC

표2 sub-frame header packet

 

 

Packet length

Packet type

bClient ID

R/W info

Register Address

Parameter CRC

Register Data List

Register Data CRC

표3 Register access packet

 

 

표2는 MDDI 프로토콜의 sub-frame header packet 부분이다. Packet의 처음 부분으로 정보를 LCD (Client)로 보내 정보를 설정하게 되며 표3은 LCD Driver IC 의 Register 설정을 위한 Packet 구성으로 데이터를 받아서 Driver IC 내부 설정을 한다. Driver IC 설정을 한 후 이미지와 동영상 Packet을 LCD로 보내 Display 화면을 볼 수 있다.

 

 

 

MIPI Interface

 

고속 Serial Interface에 MDDI만 있는 것은 아니다. 언제나 경쟁자가 있어야 기술은 발전 하는 법.

MDDI가 퀄컴과 삼성전자의 합작이라면 MIPI (Mobile Industry Processor Interface) 의 경우 Nokia, TI, 등이 제안한 프로토콜로 High Speed Serial 방식으로 Bus 상에 각종 Peripheral Device 를 연결 하도록 구성된다. 칩 업체로는 TI, 내셔널세미컨덕터, 세이코엡스, 르네사스, 롬, NEC 등이 기술 개발 중이며 주요 기능은 아래와 같다.

 

a. Mobile System 내부 전반적인 연결 규격

b. Display, Camera, Memory and Storage, Peripherals I/F규격

c. Display, Camera, High Speed I/F 규격Draft 나옴

d. High Speed Serial BUS 상에 각종 Peripheral Device를 연결

 

 

마치며

고속 Serial 방식으로는 MDDI, MIPI, CDP, MGCI등 많은 Interface가 개발 중이다. 하지만 대부분의 Interface는 크게 이슈화 되지 않고 있으며 MDDI 와 MIPI Interface의 2개의 표준이 많이 사용될 것으로 보인다. 이번 호 까지는 LCD에 대해 이론적인 부분을 연재 하였다. 다음 호 에서는 임베디드 장비 에서 많이 사용하는 CPU는 PXA270 CPU와 2700G Chip을 이용해서 여러 종류의 Interface를 제어 하는 부분을 연재 하도록 하겠습니다.

 

 

참조 : http://blog.naver.com/hybusnet/40051763223