基于多種技術(shù)的高效LCD驅(qū)動(dòng)器

1、基于多種技術(shù)的高效LCD驅(qū)動(dòng)器    隨著LCD顯示器逐漸進(jìn)入電視機(jī)市場(chǎng)，對(duì)更高分辨率、更大面板尺寸和更深彩色深度的要求是越來(lái)越高。所有這些要求都需要更高的數(shù)據(jù)傳輸率。然而，對(duì)一條可靠的數(shù)據(jù)鏈路來(lái)說(shuō)，在高傳輸率方面不應(yīng)有任何的折衷。 因此需要一種極具魯棒性和可靠的接口解決方案，它能通過(guò)數(shù)量更少但工作在更高頻率的數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。與傳統(tǒng)的多分支架構(gòu)相比，被稱為PPDS(點(diǎn)對(duì)點(diǎn)差分信令)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口架構(gòu)可以確保利用更少的數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)從T-con(Tx)到CD(Rx)的可靠數(shù)據(jù)傳輸。意法微電子(ST)公司的PPDS設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)目前正在開(kāi)發(fā)相應(yīng)的芯片，該芯片只需利用

2、一對(duì)通道就能實(shí)現(xiàn)FHD/120Hz應(yīng)用的可靠數(shù)據(jù)傳輸。 PPDS的特性 1. 給PCB設(shè)計(jì)帶來(lái)的好處 PPDS使用的協(xié)議與其他接口不同。由于PPDS協(xié)議通過(guò)數(shù)據(jù)線傳送多種信息，因此無(wú)需用于配置的功能引腳，也無(wú)需額外的導(dǎo)線。 圖1給出了應(yīng)用PPDS所能獲得的好處。由于數(shù)據(jù)輸出引腳和其他控制線數(shù)量的減少，T-con尺寸變小了。由于每個(gè)CD內(nèi)都有內(nèi)部端接電阻，因此數(shù)據(jù)線上不再需要單獨(dú)的端接電阻。由于數(shù)據(jù)線數(shù)量少，伽瑪參考電壓低，因此可以設(shè)計(jì)出很薄的PCB。 圖1：PPDS應(yīng)用實(shí)例。 另外，數(shù)據(jù)傳送特性也更好了，因?yàn)閟nacked時(shí)鐘與PCD設(shè)計(jì)中的連線不交疊，也無(wú)需過(guò)孔，從而大大降低了電磁干擾(EM

3、I)。另外一個(gè)好處是，正如后文要提到的那樣，通過(guò)使用循環(huán)DAC，芯片尺寸也變得更小了。 2. PPDS系統(tǒng) 圖2所示的PPDS系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)10位的顏色。當(dāng)輸入LVDS 10位信號(hào)時(shí)，內(nèi)部的T-con查找表可以為驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部的12位線性DAC生成12位數(shù)字Digital代碼。 圖2：PPDS系統(tǒng)框圖。 轉(zhuǎn)換到12位的數(shù)字伽瑪可以利用驅(qū)動(dòng)芯片中的12位DAC實(shí)現(xiàn)10位顏色。 3. PPDS數(shù)字伽瑪 圖3對(duì)數(shù)字伽瑪系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)作了比較。傳統(tǒng)系統(tǒng)通過(guò)安裝在驅(qū)動(dòng)芯片中的R-ladder可以再生8位的數(shù)字化數(shù)據(jù)。 圖3：數(shù)字伽瑪系統(tǒng)。 在數(shù)字伽瑪系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)芯片中由查找表實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)有伽瑪信息為10位，查找

4、表中的這10位是由驅(qū)動(dòng)芯片中的線性DAC根據(jù)8位顏色輸入再生出來(lái)的。 4. PPDS協(xié)議 圖4給出了通過(guò)數(shù)據(jù)線發(fā)送到協(xié)議的信息。諸如像素反轉(zhuǎn)、電荷共享時(shí)間、線路延時(shí)補(bǔ)償、預(yù)充電設(shè)置和黑幀(Black Frame)插入等信息都是在每根數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)之前發(fā)送的。 圖4：PPDS內(nèi)部的協(xié)議信息。 5. 水平線延時(shí)補(bǔ)償(HLDC) 當(dāng)面板尺寸很大時(shí)，由于門線負(fù)載的增加經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致信號(hào)延時(shí)，進(jìn)而縮短充電時(shí)間。為了防止發(fā)生這個(gè)問(wèn)題，連線兩端都需要連接一個(gè)門驅(qū)動(dòng)芯片，然而這樣做不僅會(huì)增加成本，而且只能恢復(fù)50%的充電時(shí)間。 PPDS可以通過(guò)將它分成6到8個(gè)輸出時(shí)間來(lái)控制每個(gè)芯片或芯片輸出，從而有效保護(hù)由于門信號(hào)

5、延時(shí)造成的充電時(shí)間損失。這種情況下連線兩端就無(wú)需使用門驅(qū)動(dòng)芯片。源驅(qū)動(dòng)芯片的輸出也被控制到相同的門信號(hào)延時(shí)，從而使充電時(shí)間損失減至最少。 6. 去偏移功能 可以在每根線中進(jìn)行去偏移測(cè)試，以便選出最佳的時(shí)鐘/數(shù)據(jù)延時(shí)，并在傳送前保持每種配置或數(shù)據(jù)。 用于LCD驅(qū)動(dòng)芯片的DAC 對(duì)LCD驅(qū)動(dòng)芯片而言，DAC方法可分成R-DAC和C-DAC。R-DAC是如下所示的串聯(lián)電阻(圖5)，用于選擇與數(shù)字速率一致的輸出電壓。對(duì)于10位R-DAC來(lái)說(shuō)，有一個(gè)2X1024梯形(R-ladder)阻排，如圖5a所示。 圖5：DAC類型：a)R-DAC和b)循環(huán)DAC。對(duì)R-DAC來(lái)說(shuō)，R-ladder尺寸變得較大，

6、具體取決于灰度比特的數(shù)量。10位R-DAC的R-ladder尺寸要比8位的大四倍。為了解決尺寸增大的問(wèn)題，可以采用新的內(nèi)插設(shè)計(jì)方法。循環(huán)DAC通過(guò)重復(fù)取樣和保持來(lái)輸出數(shù)據(jù)：通過(guò)容量為2倍的切換來(lái)實(shí)現(xiàn)。 循環(huán)DAC的好處 1. 芯片尺寸小 循環(huán)DAC的最大好處是芯片尺寸不隨灰度比特的增加而增加。這得歸功于循環(huán)DAC的堆疊架構(gòu)，這種架構(gòu)由兩個(gè)DAC-上下各一個(gè)組成，如圖5b)所示。每個(gè)DAC帶2個(gè)電容，不管比特?cái)?shù)量是多少，它們都可以縮小芯片尺寸。 2. 低功率損失 驅(qū)動(dòng)芯片的大部分功耗在緩沖放大器上面。循環(huán)DAC中的緩沖放大器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，因此可以顯著降低功耗。 3. 低芯片溫度 由于功耗低，因此芯片

7、溫度也很低。對(duì)同樣條件下的溫度比較表明，循環(huán)DAC在FHD/60Hz時(shí)的溫度在10以下。由于降低了溫度，因此不再需要使用頂部接地片和散熱焊盤，從而有效提高了性價(jià)比。 圖6：10位R-DAC和12位循環(huán)DAC的尺寸比較。 4. 低輸出電壓誤差 為了減小芯片尺寸，R-DAC采用了內(nèi)插法設(shè)計(jì)。如圖7所示，10位R-DAC形成一個(gè)8位的R-ladder，切換額外的2位，最終輸出10位。電阻誤差和內(nèi)插器誤差會(huì)影響AVO(驅(qū)動(dòng)芯片之間的輸出電壓偏差)和DVO(驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部的輸出電壓偏差)，但在循環(huán)DAC情況下，只存在容性誤差。由于容性誤差遠(yuǎn)小于阻性誤差，因此具有更精確的輸出特性。 圖7：8:1內(nèi)插式R-D

8、AC。 5. 更少數(shù)量的伽瑪參考電壓 由于循環(huán)DAC通過(guò)切換決定輸出電壓，而伽瑪參考電壓的數(shù)量是6，這個(gè)數(shù)量要比R-DAC小得多，并且與灰度比特?cái)?shù)量無(wú)關(guān)。而10位R-DAC需要18-22個(gè)參考電壓，在增加GS時(shí)還需要更多。由于參考電壓數(shù)量少，PCB尺寸就可以做得較小。而數(shù)量較少的線纜和連接器引腳也有助于降低材料成本。 6. 快速設(shè)置時(shí)間 循環(huán)DAC結(jié)構(gòu)如圖8所示。每個(gè)通道有2個(gè)DAC。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)DAC完成轉(zhuǎn)換后，第二個(gè)DAC被驅(qū)動(dòng)，并在輸出階段之初一直保持轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)不變。而如圖7所示的R-DAC在R-ladder、解碼器和放大器準(zhǔn)備依次處理時(shí)對(duì)上升/下降沿進(jìn)行延時(shí)。 圖8：循環(huán)DAC的結(jié)構(gòu)。 許多工程師認(rèn)為電容的誤差或可靠性比電阻差。然而，對(duì)用1000片晶圓制作的用于驅(qū)動(dòng)芯片的R-DAC和循環(huán)DAC的可靠性和匹配性的測(cè)量和分析表明，聚乙烯電容要好于聚乙烯電阻，前者更容易獲得較精確的輸出。 圖9：R-DAC