基于多種技術(shù)的高效LCD驅(qū)動器

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)對點(diǎn)差分信令)的點(diǎn)對點(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)計團(tuán)隊(duì)目前正在開發(fā)相應(yīng)的芯片，該芯片只需利用一對通道就能實(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)計帶來的好處 PPDS使用的協(xié)議與其他接口不同。由于PPDS協(xié)議通過數(shù)據(jù)線傳送多種信息，因此無需用于配置的功能引腳，也無需額外的導(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時鐘與PCD設(shè)計中的連線不交疊，也無需過孔，從而大大降低了電磁干擾(EMI)。另外一個好處是，正如后文要提到的那樣，通過使用循環(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位信號時，內(nèi)部的T-con查找表可以為驅(qū)動芯片內(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)通過安裝在驅(qū)動芯片中的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)動芯片中由查找表實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)有伽瑪信息為10位，查找表中的這10位是由驅(qū)動芯片中的線性DAC根據(jù)8位顏色輸入再生出來的。

4. PPDS協(xié)議 圖4給出了通過數(shù)據(jù)線發(fā)送到協(xié)議的信息。諸如像素反轉(zhuǎn)、電荷共享時間、線路延時補(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. 水平線延時補(bǔ)償(HLDC) 當(dāng)面板尺寸很大時，由于門線負(fù)載的增加經(jīng)常會導(dǎo)致信號延時，進(jìn)而縮短充電時間。為了防止發(fā)生這個問題，連線兩端都需要連接一個門驅(qū)動芯片，然而這樣做不僅會增加成本，而且只能恢復(fù)50%的充電時間。

PPDS可以通過將它分成6到8個輸出時間來控制每個芯片或芯片輸出，從而有效保護(hù)由于門信號延時造成的充電時間損失。這種情況下連線兩端就無需使用門驅(qū)動芯片。源驅(qū)動芯片的輸出也被控制到相同的門信號延時，從而使充電時間損失減至最少。

6. 去偏移功能 可以在每根線中進(jìn)行去偏移測試，以便選出最佳的時鐘/數(shù)據(jù)延時，并在傳送前保持每種配置或數(shù)據(jù)。

用于LCD驅(qū)動芯片的DAC

對LCD驅(qū)動芯片而言，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。對于10位R-DAC來說，有一個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R-DAC來說，R-ladder尺寸變得較大，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題，可以采用新的內(nèi)插設(shè)計方法。循環(huán)DAC通過重復(fù)取樣和保持來輸出數(shù)據(jù)：通過容量為2倍的切換來實(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DAC-上下各一個組成，如圖5b)所示。每個DAC帶2個電容，不管比特數(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)計簡單，因此可以顯著降低功耗。

3. 低芯片溫度 由于功耗低，因此芯片溫度也很低。對同樣條件下的溫度比較表明，循環(huán)DAC在FHD/60Hz時的溫度在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。如圖7所示，10位R-DAC形成一個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)插器誤差會影響AVO(驅(qū)動芯片之間的輸出電壓偏差)和DVO(驅(qū)動芯片內(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-DAC。

5. 更少數(shù)量的伽瑪參考電壓 由于循環(huán)DAC通過切換決定輸出電壓，而伽瑪參考電壓的數(shù)量是6，這個數(shù)量要比R-DAC小得多，并且與灰度比特數(shù)量無關(guān)。而10位R-DAC需要18-22個參考電壓，在增加GS時還需要更多。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)置時間 循環(huán)DAC結(jié)構(gòu)如圖8所示。每個通道有2個DAC。當(dāng)?shù)谝粋€DAC完成轉(zhuǎn)換后，第二個DAC被驅(qū)動，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)備依次處理時對上升/下降沿進(jìn)行延時。

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，對用1000片晶圓制作的用于驅(qū)動芯片的R-DAC和循環(huán)DAC的可靠性和匹配性的測量和分析表明，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與循環(huán)DAC之間的穩(wěn)定時間比較。

本文小結(jié)

PPDS非常適合于設(shè)計很薄的PCB，因?yàn)閺腡-con到驅(qū)動芯片的連線數(shù)量較少。PPDS還能利用協(xié)議發(fā)送大量的驅(qū)動芯片控制信息到數(shù)據(jù)線。另外，還有HLDC和去偏移功能，它們分別有助于保證像素充電時間和發(fā)送/接收安全數(shù)據(jù)。