LCD 디스플레이 모듈의 공통 인터페이스: SPI, MCU 병렬, RGB/TTL, LVDS, MIPI DSI, eDP, USB-C, I²C, UART

LCD 인터페이스란 무엇인가?

An 인터페이스 이는 마이크로컨트롤러와 LCD와 같은 두 전자 부품이 물리적으로 연결되고 데이터를 공유하는 방식을 의미합니다. 이는 배선, 전압, 타이밍 규칙을 정의하지만, 결제 카드 정보를 양측이 서로 주고받는 내용(즉, 프로토콜)은 포함하지 않습니다.

다음과 같이 비유해 보겠습니다:

• 인터페이스 인터페이스 = 식탁과 식기
• 프로토콜 = 요리법과 테이블 매너

임베디드 시스템에서는 먼저 인터페이스(SPI, I²C, LVDS 등)를 선택한 다음, 적절한 프로토콜(예: MIPI용 Display Command Set 또는 DCS, SSD1306 명령어)을 적용하는 경우가 많습니다.

이 글에서는 널리 사용되는 LCD 인터페이스, 를 살펴보고, 각각의 장점을 설명하며, 다른 도구 없이도 빠르게 식별하는 방법 을 보여드리겠습니다.

LCD 인터페이스 유형 간략 개요

소형 디스플레이용 SPI 인터페이스

SPI(Serial Peripheral Interface)는 단순성 덕분에 소형 디스플레이(3.5″ 이하)에서 널리 사용됩니다: CLK, MOSI, MISO, CS, 그리고 경우에 따라 D/C 및 Reset 등 단 4–8개의 선만으로 구동됩니다. QSPI의 4배 데이터 레인을 사용하면 더 빠른 처리량을 얻을 수 있지만, 여전히 약 50 Mbps 정도로 제한됩니다. 초당 5–10회 디스플레이를 업데이트하는 스마트 온도 조절기의 경우, SPI는 충분히 빠르며, 핀 사용량이 매우 적고, EMI가 낮으며, 비용 효율적입니다.

• 필요한 배선: SCLK, MOSI, CS, D/C, 그리고 선택적으로 MISO, RESET, BL
• 일반적인 속도: 10–50 Mbps (일부는 Quad-SPI 지원)
• 적합한 용도: 2.8″ TFT 모듈(ILI9341 기반 등) 또는 “스마트” SPI-LCD

예시 배선 (esp8266 또는 STM32):

SCLK → SPI SCLK  

초기화 후에는 주로 Adafruit_GFX와 같은 라이브러리를 로드하여 그래픽을 그립니다.

I²C – 저속 제어 연결

I²C는 터치 컨트롤러나 단순한 디스플레이 제어에 이상적인 2선 버스(SDA + SCL)입니다. 속도는 느리지만(최대 400 kbps), 백라이트 조정, 터치 상태 확인, 색상 팔레트 설정과 같이 설정이나 가끔의 데이터 업데이트만 필요한 경우에 완벽합니다. 임베디드 터치스크린에서 표준적으로 사용되며, 최소한의 배선과 낮은 전력 소모를 원할 때 효과적입니다. SPI가 이미지를 처리하는 동안, I²C I²C는 저대역폭 작업에 완벽합니다:

• 단 두 선: SCL (클록), SDA (데이터)
• 속도: 100 kHz (표준) ~ 약 3 Mbps (HS 모드)
• 용도: 터치스크린 컨트롤러 (예: FT5406), LVDS 패널 밝기, EEPROM

I²C는 속도가 느리기 때문에 전체 프레임 업데이트에는 사용되지 않지만, 적은 핀으로 깔끔하게 제어 신호를 전송하는 데 탁월합니다.

UART & RS‑232 — 단순 직렬 통신

UART는 범용적이고 단순하며 비동기 방식으로, TX와 RX(그리고 접지선)만 필요합니다. 많은 스마트 모듈은 소형 MCU를 내장하고 있어 텍스트 명령으로 그래픽을 제어할 수 있습니다. 프로토타입, 자판기 또는 기본 HMI에 이상적이며, 이러한 모듈은 폰트, 아이콘, 때로는 터치 기능을 많은 코딩이나 보드 오버헤드 없이 처리합니다. UART UART(또는 산업 장비의 RS‑232)는 다음과 같은 경우 유용합니다:

• 스마트 디스플레이(예: Nextion 또는 Riverdi)의 “명령 콘솔” 역할 수행
• 장치 로깅 또는 디버그 출력
• 내부 프로세서가 탑재된 디스플레이에 텍스트/그래픽 명령 전달

배선이 간단함: TX, RX, VCC및 GND. 보드 레이트만 맞추면 됨—일반적으로 115200 또는 9600.

RGB / TTL 인터페이스 – 병렬 방식, 예측 가능, 초급 시스템에서 널리 사용됨

RGB/TTL은 넓은 병렬 버스(24비트 데이터 + 동기 신호선)를 사용하여 극도로 낮은 지연 시간을 제공하며, 실시간 비디오 또는 카메라 오버레이에 이상적입니다. 컨트롤러 IC가 없고 타이밍이 정밀하지만, 많은 PCB 트레이스가 필요하며 EMI가 심한 환경에서는 성능이 저하됩니다. 보드 복잡도보다 속도가 더 중요한 산업용 미리보기 스테이션이나 임베디드 CCTV 모니터와 같은 경우에 적합합니다. RGB 인터페이스, 는 일반적으로 TTL(트랜지스터-트랜지스터 논리), 로 불리며, 임베디드 시스템에서 사용된 가장 초기의 디스플레이 연결 방식 중 하나입니다. 픽셀 색상 데이터를 병렬로 전송하며—일반적으로 16비트 또는 24비트 RGB— HSYNC, VSYNC및 DE.

와 같은 제어 신호에 의해 동기화됩니다.

• 기술 기초색상 깊이
• 배선 수: RGB565 (16비트), RGB888 (24비트), : R[5–8], G[5–8], B[5–8],, HSYNC, VSYNC, DE
• PCLK지원 해상도
• : 최대 1024×768 @ 60Hz클록

: 저해상도는 10–50 MHz, 800×480 이상은 60+ MHz

작동 방식

• HSYNC 각 픽셀의 색상 데이터는 여러 라인을 통해 동시에 전송됩니다. 픽셀 클록(PCLK)은 매 픽셀마다 틱을 발생시킵니다. 동기화는 다음에 의해 관리됩니다:
• VSYNC – 한 라인의 끝을 나타냄
• – 한 프레임의 끝을 나타냄 DE(데이터 활성)

– 활성 비디오 전송 시 높음

• RGB가 여전히 사용되는 분야
• STM32 기반 HMI 시스템(FSMC 사용)
• 중급 산업용 컨트롤러
• 고급 인터페이스가 없는 소형 TFT 디스플레이(3.5″~7″)

제한 사항

• 온보드 프레임버퍼가 없는 디스플레이 차동 신호 방식 미사용
• → EMI(전자기 간섭) 증가 많은 수의 배선
• → 20개 이상의 핀으로 PCB 레이아웃이 어려워짐

15–20cm 이상의 케이블 길이에는 부적합

LVDS – 산업 등급 고속 직렬 인터페이스. LVDS는 산업 및 자동차 환경에서 핵심 역할을 합니다. 차동 신호 방식을 사용하여 1–5 m 케이블 구간에서 견고하며 EMI에 강합니다. 4쌍의 라우팅, 임피던스 제어, 고품질 커넥터 선택이 필요하지만, 잡음이 많은 환경에서도 안정적이고 신뢰할 수 있는 영상 전송이 가능합니다. 대시보드, 키오스크, 공장 HMI에 이상적입니다. LVDS(저전압 차동 신호) 산업, 의료및 자동차 표시합니다.

는 널리 사용되는 견고한 인터페이스로, RGB처럼 각 비트를 별도의 선으로 전송하는 대신, 차동 쌍.

을 사용하여 고속 직렬 데이터를 전송합니다. 이를 통해 더 긴 케이블 구간과 낮은 잡음을 실현합니다.

• PCLK기술적 세부 사항
• 핀 배열해상도
• : 800×480 → 1920×1080데이터 채널
• : 일반적으로 4–8 데이터 쌍 + 클록EMI

: 차동 신호 방식으로 인한 우수한 내성

• 케이블 길이
• : 최대 2미터
• 레이아웃 및 설계 팁

차동 쌍을 ±5 mil 이내로 일치시킴

100 Ω 임피던스 유지. 잡음이 있는 트레이스(예: 전원 공급 장치, MCU PWM)와 격리 스마트폰, 태블릿 및 일부 임베디드 Linux 보드에서 가장 일반적인 내부 디스플레이 인터페이스입니다.

이 인터페이스는 기가비트 속도 로 이미지 데이터를 전송하며 낮은 핀 수의 차동 쌍을 사용합니다. 두 가지 모드를 지원합니다:

• LP (저전력) – 명령용
• HS (고속) – 비디오 데이터용

기술 하이라이트

• 데이터 레인: 1–4개 (또는 듀얼 채널에서 8개)
• 속도: 총 1–6 Gbps
• 컨트롤러: 종종 SoC의 일부 (예: RK3568, iMX8M)
• 타이밍: 엄격한 레인 정렬, DCS 명령 시퀀스

사용 사례

• 임베디드 Android/Linux 장치
• 스마트 디스플레이 및 휴대용 의료 기기
• 자동차 대시보드 클러스터

과제

• 호환 가능한 SoC 필요
• 디버깅 복잡 (로직 애널라이저 또는 DSI 브리지 칩 필요)
• 터치 입력을 위해 I²C 또는 SPI 종종

와 함께 사용됨

eDP – x86 시스템용 임베디드 DisplayPort eDP(임베디드 DisplayPort) 는 현대식 노트북 및 고급 산업용 PC에서 일반적입니다.

DisplayPort를 기반으로 하는 eDP는 내부 패널 연결 을 위해 설계되었으며 다음을 지원합니다:

• 더 높은 해상도 (2K–4K)
• 낮은 EMI
• 단일 케이블로 터치, 백라이트 및 제어

기술적 매개변수

• 링크 속도: HBR (1.62 Gbps) ~ HBR3 (8.1 Gbps)
• 보조 채널 : 명령 및 구성용
• 패널 자체 새로 고침(PSR) : 전력 절약용

HDMI – 멀티미디어 디스플레이용 플러그 앤 플레이

HDMI(고화질 멀티미디어 인터페이스) 는 소비자 가전 및 개발 키트에서 가장 널리 사용되는 인터페이스입니다. 단일 케이블로 비디오와 오디오를 모두 전송합니다.

• 대역폭: 최대 18 Gbps (HDMI 2.0), 48 Gbps (HDMI 2.1)
• 커넥터 유형: 풀사이즈(A), 미니, 마이크로
• 일반적인 장치: Raspberry Pi, Android 박스, SBC

장점:

• 연결이 쉽고 폭넓게 지원됨
• 오디오와 비디오를 동시에 전송
• 플러그 앤 플레이 외부 디스플레이 설정에 완벽함

단점:

• 더 높은 전력 소비
• 내부 LCD(LVDS, MIPI)에 연결하려면 변환기(브리지 칩)가 필요한 경우가 많음

DisplayPort – 고해상도 프로급 인터페이스

DisplayPort(DP) 는 HDMI보다 높은 해상도와 재생 빈도를 지원하는 전문가용 디스플레이 인터페이스입니다.

• 대역폭: 최대 32.4 Gbps (HBR3)
• 특징: 디스플레이 데이지 체인을 위한 다중 스트림 전송(MST)
• 사용 사례: CAD 워크스테이션, 의료용 모니터, 멀티 디스플레이 시스템

장점:

• 4K, 5K, 8K 해상도 지원
• 고주사율 또는 색상 정확도가 중요한 애플리케이션에 더 적합
• HDMI 또는 DVI 어댑터와 호환

단점:

• 임베디드 보드에서는 덜 일반적
• 호환되는 컨트롤러 또는 SoC 필요

USB-C 디스플레이 얼트 모드 – 올인원 커넥터

USB-C는 비디오(DisplayPort 얼트 모드), 일반 USB 데이터, 전원을 하나의 리버시블 커넥터로 전송할 수 있습니다. 휴대용 모니터나 통합 시스템에 탁월합니다. 그러나 두 장치 모두 얼트 모드를 지원해야 하며, 설계 시 전원 규칙, 신호 무결성, USB 사양 준수가 필요합니다. 하지만 올바르게 구현된다면, 간편성과 사용성의 표준이 됩니다. USB-C 현대 기기의 표준으로 빠르게 자리잡았으며, 데이터, 비디오, 전원을 하나의 리버시블 커넥터로 전송할 수 있습니다.

• 지원: USB 3.1/3.2, DisplayPort 얼트 모드, 파워 딜리버리(PD)
• 대역폭: 최대 40Gbps(USB4 / 썬더볼트 4)
• 애플리케이션: 휴대용 모니터, USB 도킹 스테이션, 노트북

장점:

• 단일 케이블로 비디오, 전원, 데이터 전송
• 최대 100W 충전 지원
• 컴팩트하고 리버시블

단점:

• 호스트와 디스플레이 모두 얼트 모드 호환성 지원 필요
• 케이블 및 액세서리 품질이 다양함—인증 중요

LCD 인터페이스 신속 식별 방법

사용 중인 LCD 인터페이스 유형을 식별할 수 있는 것은 통합 및 디버깅의 핵심입니다.

🔍 물리적 단서

프로젝트에 적합한 인터페이스 선택

프로젝트에 적합한 인터페이스를 선택하는 것은 크기, 성능, MCU/SBC 리소스 및 환경에 따라 달라집니다.

LCD 인터페이스 비교표