Запускаем MIPI DSI экраны от смартфонов. Разработка схемы основной платы. Часть 1. Обзор решений, создаём своё

Некоторое время назад мне удалось сделать обратную разработку нескольких экранов от смартфонов с интерфейсом MIPI DSI.

В какой-то момент пришло время пробовать запускать и проверять наработки, но под рукой не было удобного железа с MIPI DSI видеовыходом. Поэтому решил спроектировать свою плату, а по пути узнать что-то новое.

Обратная и прямая разработки поскакали в одной упряжке :-)

Посмотрим живой процесс разработки. Это всегда интересно!

В первой части рассмотрим несколько решений и выберем наиболее подходящее. А также начнём проектировать схему.

❯ Какое решение выберем?

У меня под рукой есть Малина 3В.

Варианты подключения экрана к Малине:

1.    Напрямую к DSI выходу (2 пары данных и одна тактовая).

Нет надобности в платах преобразователей интерфейса. Достаточно сделать переходники на конкретный экран. Нужно писать драйвера для Линукса.

2.    Преобразовать RGB –> MPI DSI.

Получаем максимальную гибкость в экспериментах.

3.    Преобразовать HDMI –> MPI DSI.

Удобно подключать, меньше проводов, чем у RGB.

 Каждый вариант по-своему интересный. Мне нужно 4 пары данных, максимальная гибкость и возможность поэкспериментировать с RGB интерфейсом.

Поэтому выбираем преобразование RGB –> MPI DSI на SSD2828. Эта микросхема доступная, в приятном корпусе. Есть полный даташит ^[1], руководства (один ^[2], два ^[3]), примеры проектов. Можно купить готовые платы.

Кроме SSD2828 есть и другие микросхемы RGB –> DSI. Например, LT8918 ^[4] (MIPI DSI/CSI-2 Transmitter), но полезностей для них доступно меньше.

❯ Какие есть решения на SSD2828?

1. Готовые платы.

На Али попадается несколько вариантов плат. Отличаются разъёмами, наличием на плате управляющего микроконтроллера, схемой питания и другим. На момент написания статьи (март 2025) платы стоят в районе 3000 р. Попадаются разные варианты до 10 000 р.

Есть варианты для стыковки с платой FPGA (на платах установлены STM8 и ПЛИС Altera):

А вот эта плата довольно симпатичная, но некоторые решения хочется изменить:

На каких-то платах много лишних деталей. Где-то хочется изменить систему питания, разъёмы, кварц и др. Да и просто попробовать новые технологии/инструменты/компоненты и сделать всё красиво и под свои задачи/обстоятельства. Поэтому разработаем свою плату.

2. Проекты на SSD2828.

2.1 Проект на двухслойной плате.

Это проект ^[5] платы для экрана Sharp LS050T1SX01. На плате установлен управляющий микроконтроллер STM32F030F4 и SSD2828.

Плата двухслойная с копланарными дифференциальными линиями передачи.

Дифференциальное сопротивление получилось 100 Ом, а несимметричное – 68 Ом из-за ограничений 2-слойной платы.

2.1 Модульный проект.

В этом проекте ^[5] одна основная плата с SSD2828 и переходные платы на конкретную модель экрана (в данном случае LH154Q01 AUO и VS035ZSM BOE).

Микроконтроллера на плате нет. Для его подключения выведен SPI интерфейс.

Схема ^[6].

Выглядит симпатично, только шлейф подключен странно.

Здесь плата 4-слойная, на стеке JLC04161H-7628 JLCPCB ^[7]

Есть и другие проекты на SSD2828.

❯ Модульная система – это удобно

Модульность напрашивается сама собой. Это действительно удобно. Особенно, если сразу есть цель подключить более одного экрана.

Обычно так и делают.

Сделаем основную плату с удобным разъёмом для подсоединения переходных плат. Своя на каждую модель экрана.

❯ Будем ставить на плату микроконтроллер или нет?

С одной стороны, микроконтроллер на плате – это удобно. Не нужно цеплять к плате ещё какие-то платы, провода.

А с другой – на этапе экспериментов нужна наибольшая гибкость. У меня под рукой несколько плат с STM32 и другими контроллерами. Пока не ясно, что удобнее использовать. Может, появится желание взять RGB сигнал с какого-нибудь STM32f469 или STM32H750VB. Или что-нибудь изменить в проекте.

Поэтому мк ставить на плату не будем. Просто выведем SPI и нужные сигналы на удобный разъём.

❯ Что выводить на разъём, кроме MIPI DSI интерфейса?

Переходные платы для экранов будем соединять с основной через удобный разъём.

На момент проектирования меня интересуют экраны:

1.    От китАйфона 6(S).

Разрешение экрана 540 x 960. 2 пары данных.

Диагональ измерил – 119 мм (4,68 дюйма).

LED-, LED+. Напряжение подсветки 17,09 В. Ток 20 мА?

Питание 1,8 В; 2,8 В. 3 Дифф пары: D0, D1, CLK. Сброс (Reset).

2.    От Explay A351.

LED-, LED+. Напряжение подсветки LED+ 17,1В

Питание 1,8 В; 2,8 В. 2 Дифф пары: D0, CLK. Сброс (Reset).

3.    От Prestigio PSP3502 DUO.

854х480. Диагональ измерил – 129 мм (5,07 дюйма)

LED-, LED+. Напряжение подсветки 14,8 В

Питание 1,8 В; 2,8 В. 3 Дифф пары: D0, D1, CLK. Сброс (Reset).

На шлейфе 3 пары, в сервис мануале 5. Видимо, разные модели экранов. Выведем все 5 пар для универсальности.

4.    От китАйфона 8+.

1280х720. Диагональ измерил – 139 мм (5,47 дюйма)

LED-, LED+. Напряжение подсветки LED+ 22,0 В

22/7= 3,14 В. Т е 7 светодиодов (прямое падение в районе 3 В)

Скорее всего, 5 дифф. пар: D0…D3, CLK. Сброс (Reset)

Питание предположительно тоже +1,8 В и +2,8 В.

5.    И другие.

Видно, что нужно на дочернюю платы передать 5 дифф пар: D0…D3, CLK (разделённые землёй); питание подсветки (LED-, LED+); питание экрана +1,8 В и +2,8 В и сброс (Reset).

Вывести ещё +3,3 или +5 В (входное питание), если нужно будет получить какое-то специфичное питание для конкретного экрана.

❯ Драйвер подсветки

Драйвер подсветки возьмём с запасом по напряжению и току ключа, чтобы подходил ко всем экранам. Например, до 30…38 В.

Как вариант, STLD40D ^[8]. Есть много предложений на Али.

Остановимся на MAX8595XETA. Расчёт по даташиту. Можно посмотреть демо плату ^[9] MAX8596XEVKIT.

Позже захотелось заказать компоненты с LCSC. MAX8595XETA там не оказалось.

Хочется 8-9 светодиодов. Поэтому на LCSC ищем с вых. напряжением примерно 30 В.

Переделаем на TPS61161 ^[10].

В данном случае подойдёт типовая схема из даташита.

MBR0540 на 40 В – маловато, я бы взял запас. Падение у него 510 мВ при 500 мА.

SSL16PL нет на LCSC. Есть в Чип Дипе. Нашёл похожий 60 В диод на LCSC – SK16WA.

❯ Нужны ли резисторы согласования уровня?

У платы с Али есть решение с резисторами 22 Ом на линиях RGB интерфейса.

❯ Чем тактировать SSD2828?

В SSD2828 Getting Start User Guide ^[11] предлагается 2 варианта тактирования: активный генератор

и пассивный кристалл.

Пусть будет пассивный. Мне нравится такой SMD резонатор:

Подбираем на LCSC ^[12].

Как рассчитать нагрузочные конденсаторы (С11, С12)?

В данном случае нагрузочная ёмкость Cload = 12 пФ.

Берём load capacitance, вычитаем паразитную ёмкость 2…5 пФ, и умножаем на 2. (12-5)*2 = 14 пФ. Это и будет номинал конденсаторов (берём ближайший).

Последовательно с выходом генератора резистор 0 Ом. На случай, если нужно будет снизить уровень возбуждения. Следуем лучшим практикам.

Несколько источников по расчёту нагрузочных конденсаторов и др.

1.    Есть документ от ST как выбирать элементы схемы и т д (с примерами разводки). AN2867 Application note Oscillator design guide for STM8S, STM8A and STM32 microcontrollers ^[13]

2.    Короткая заметка по расчёту ёмкостей Calculating crystal load capacitor ^[14]

3.    App note: Pierce oscillator fundamentals ^[15]   

❯ Коротко о главном

Есть множество вариантов, к чему можно подключить MIPI DSI экран.

Если под рукой оказался одноплатник с DSI видеовыходом, можно подключить к нему экран напрямую. Нужно необходимое количество полос данных и драйвер для Линукса.

Иногда удобнее преобразовать другие видеоинтерфейсы одноплатного компьютера в MIPI DSI. Например, с помощью доступной микросхемы SSD2828.

Существуют готовые платы и проекты на этой микросхеме. Часто из имеющихся решений берут какие-то идеи и рождается новый проект, более подходящий к текущим условиям.

Так получилось и у нас.

---