彩色PDP顯示系統(tǒng)的驅(qū)動集成電路

　　近年來，彩色PDP技術(shù)不斷取得進步，采用彩色PDP的大型壁掛式電視、HDTV和適用于多媒體顯示的大型顯示設(shè)備都已接近完成。1995年以來，世界各大廠商相繼建線投產(chǎn)各種類型的彩色PDP。這些成績的取得，不僅僅歸功于彩色PDP顯示屏本身的開發(fā)成功及生產(chǎn)技術(shù)的建立，更重要的應(yīng)當歸功于驅(qū)動集成電路技術(shù)的發(fā)展。對于一個性能良好的PDP彩色電視來說，其驅(qū)動集成電路系統(tǒng)占總成本的70～80%。

　　彩色PDP顯示屏按其結(jié)構(gòu)的不同可分為兩種類型，即交流型彩色PDP和直流型彩色PDP（AC型和DC型）。按驅(qū)動方式又可分為行順序制驅(qū)動方式和存儲驅(qū)動方式兩種。

　　彩色PDP是主動發(fā)光器件，其亮度與各個像素的發(fā)光時間成正比。一般情況下，在進行矩陣平面的行順序驅(qū)動時，隨著掃描線數(shù)據(jù)的增加，其亮度會下降。因此，不管是AC或DC彩色PDP，都采用存儲式驅(qū)動來增加實際的發(fā)光時間，從而實現(xiàn)高亮度。

　　存儲式驅(qū)動方式基本上由寫入、發(fā)光維持和擦除三個周期組成，驅(qū)動集成電路的作用是給彩色PDP施加定時的、周期性的脈沖電壓和電流。

　　為此，彩色PDP的驅(qū)動集成電路有兩組：第一組是處理顯示數(shù)據(jù)的尋址驅(qū)動器，也叫列驅(qū)動器；第二組是負責寫入時掃描和維持放電的掃描驅(qū)動器，也叫行驅(qū)動器。

　　本文著重介紹SN、μPD系列彩色等離子體顯示板的幾種驅(qū)動集成電路，同時，也將介紹三電及結(jié)構(gòu)的驅(qū)動電路。

　　1 彩色PDP驅(qū)動集成電路結(jié)構(gòu)及性能

　　1.1 結(jié)構(gòu)特性

　　圖1為彩色PDP驅(qū)動集成電路的基本結(jié)構(gòu)。

通常將驅(qū)動器內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為兩部分：一是邏輯電路，用于控制顯示屏信號和處理顯示數(shù)據(jù)；二是驅(qū)動電路，用于將信號電平移位和對顯示屏施加發(fā)光所需的脈沖。尤其是驅(qū)動部分，要使彩色PDP進行氣體放電，必須提供高電壓，所以這種結(jié)構(gòu)需要特殊的集成電路工藝技術(shù)，這一點和一般的邏輯集成電路不同，具體的特殊性能如下：

　　●高耐壓輸出

　　彩色PDP驅(qū)動器的耐高壓輸出能力是其最重要而且是最基本的性能，這完全是由彩色PDP本身的結(jié)構(gòu)特性所決定的。因此，要求彩色PDP的制造者和半導體集成電路的制造者必須建立緊密合作的關(guān)系，以便共同開發(fā)彩色PDP的驅(qū)動集成電路。

　　目前的驅(qū)動器已能確保彩色PDP的需求。隨著彩色PDP本身結(jié)構(gòu)的改善，所需的驅(qū)動電壓會下降，同時，驅(qū)動器的開發(fā)也在向著最優(yōu)化的方向發(fā)展。

　　以AC-PDP為例，尋址驅(qū)動的輸出耐壓為60～100V，輸出電路同步源和漏電流都在10～30mA之間，掃描驅(qū)動器的輸出耐壓為150～200V，輸出源、漏電流均為200～400mA，其輸出電流大都取決于所采用的顯示屏的尺寸以及所驅(qū)動的顯示屏電極上所施加的切換脈沖。

　　●邏輯部分

　　驅(qū)動器的邏輯部分的性能通常用移位寄存器（將串行信號變換為并行信號的電路）的最大時鐘工作頻率fmax來表示。在CMOS邏輯電路中，柵極長度（L）越小，fmax越大，因此，集成電路芯片的面積和電路的功耗越小越有利。

　　目前，實用的驅(qū)動器邏輯部分的柵極長度L為1.0～2.5μm，fmax為20～36MHz。這樣的速度，對于HDTV和高精度的數(shù)據(jù)顯示所必要的尋址驅(qū)動器而言，完全可以滿足其數(shù)據(jù)移位的要求。

　　●彩色PDP驅(qū)動集成電路的功耗

　　為了有效地發(fā)揮平面顯示彩色PDP的特性，設(shè)計時應(yīng)將與顯示無關(guān)的其它電子元器件的功耗設(shè)計得盡可能小。因為驅(qū)動器本身的功耗會給整個彩色PDP的顯示性能帶來影響。

　　彩色PDP的電流部分的功耗大致分為三部分：（1）邏輯部分；（2）電平移位寄存器；（3）高壓驅(qū)動部分。這三部分都應(yīng)降低功耗。正常情況下，邏輯部分功耗在20mW以下（高耐壓64路輸出啟動顯示板），電平移位寄存器部分應(yīng)在200mW以下。至于因顯示屏電容部分的充放電而產(chǎn)生的高壓驅(qū)動電路的無效功耗，目前利用功率分散驅(qū)動方式（采用電流開關(guān)電路等）已經(jīng)能夠在100腳塑料封裝的自然散熱條件下滿足彩色PDP的顯示需求。

　　●串擾現(xiàn)象

　　高耐壓CMOS驅(qū)動集成電路在系統(tǒng)中常常會出現(xiàn)相互串擾的現(xiàn)象。如圖2所示，彩色PDP屏包括高壓在內(nèi)一共有四組以上的電源系統(tǒng)。只要驅(qū)動電路使它們工作，就會產(chǎn)生很大的串擾噪聲，在系統(tǒng)間造成相互影響。此外，作為驅(qū)動區(qū)負載的彩色PDP顯示屏，在放電時和非放電時的狀態(tài)也截然不同，這也助長了串擾現(xiàn)象的發(fā)生。

　　為了克服串擾現(xiàn)象，彩色PDP的驅(qū)動集成電路在設(shè)計和工藝上比普通的集成電路采取了更為嚴格的控制措施。例如，在開發(fā)集成驅(qū)動電路的同時開發(fā)特殊的耐高壓工藝，對于集成電路上的元器件結(jié)構(gòu)設(shè)計和電路布局等，也都給予了特殊地注意。另外，還要盡可能地抑制集成電路內(nèi)的電容，切斷可能產(chǎn)生半導體開關(guān)元件作用的總線等。

　　●功率回收

　　在彩色PDP的驅(qū)動過程中，需要盡可能地減少對發(fā)光無用的功耗。除了放電能量向發(fā)光能量轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的損耗外，無效功率主要來自電極的電阻部分和電容的充放電。上述兩種寄生負載——電阻分量和電容分量的值是顯示器本身固有結(jié)構(gòu)所決定的。從驅(qū)動器方面來改善電阻分量是不可能的。但是，對于電容充放電的電能，驅(qū)動器可以設(shè)法回收一部分，這樣，可以在驅(qū)動器內(nèi)部設(shè)計功率回收電路，但要求在進行回收時，驅(qū)動集成電路本身不能產(chǎn)生寄生負載。

　　●電源順序

　　在彩色PDP系統(tǒng)中，一共有四組以上的電源（其中包括高壓電源）共處在一個系統(tǒng)之中，電源依照規(guī)定時刻同步工作。在系統(tǒng)設(shè)計時，對于電源接通的順序以及發(fā)生錯誤工作時的保護等問題都要予以仔細地考慮。尤其是直接與彩色PDP顯示屏相連接的驅(qū)動器，如果發(fā)生錯誤動作，則不僅會破壞集成電路本身，甚至會毀壞顯示屏以致整個系統(tǒng)。因此，驅(qū)動器應(yīng)當具備故障保護功能以及順序斷開電源的功能。

　　1.2 PDP驅(qū)動集成電路

　　a.尋址驅(qū)動集成電路SN755831

　　圖3給出尋址驅(qū)動集成電路SN755831的內(nèi)部功能方框圖，表1為其技術(shù)參數(shù)。

　　該驅(qū)動器具有64個端口，三態(tài)，最大耐壓160V輸出，其邏輯電路全部由5V CMOS器件構(gòu)成，可以直接輸入來自彩色PDP信號處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

　　另外，利用集成電路的內(nèi)部控制可消除高壓開關(guān)時的穿透電流；SN755831利用TSC端子可以完成輸出的高阻抗模式。由于采用了介質(zhì)分離工藝，從而使SN755831內(nèi)部的輸出嵌位二極管可避免串擾現(xiàn)象。

　　b.掃描驅(qū)動器SN755834

　　圖4是最大耐壓為210V的64端口掃描驅(qū)動器SN755834的內(nèi)部方塊圖，表2為其主要參數(shù)。作為掃描驅(qū)動器，其輸出耐壓足以驅(qū)動100cm級的顯示屏。另外，SN75834具有200mA漏線電流能力以及400mA的輸出電流二極管。

　　表1 SN755831的技術(shù)參數(shù)

　　表2 掃描驅(qū)動器SN755834的要參數(shù)

　　SN755834的自身功耗非常低，在100腳塑料封裝的條件下，完全可以驅(qū)動處于自然冷卻狀態(tài)下的彩色PDP顯示屏。

　　2 SN系列PDP驅(qū)動集成電路

　　驅(qū)動器SN75551/75552和SN75553/75554的邏輯框圖分別如圖5和圖6所示，SN75551和SN75552是掃描方向的驅(qū)動器，兩者的性能完全一樣，只是輸出引腳排列順序相反；SN75553/75554是送數(shù)據(jù)方向的驅(qū)動器，它們之間也只是引腳排列順序不同。

　　復合脈沖的作用一是提供整屏的刷新脈沖電壓，二是提供掃描行的半選電壓。它是影響顯示性能的主要因素之一。復合脈沖波形的電壓較高、瞬間電流大，且不能有太大的過沖電壓，否則會超過顯示屏的飽和區(qū)和驅(qū)動器的安全工作范圍。采用高壓場效應(yīng)管組成復合推挽電路產(chǎn)生的高壓脈沖可滿足顯示驅(qū)動負載的要求。

　　利用TI公司的專用集成電路SN75500和SN75501可以實現(xiàn)“一次一行”的選址方式。

2.1 Y方向（掃描方向）驅(qū)動

　　掃描方向驅(qū)動是采用SN75500來掃描要書寫信息的電極。特殊組的選擇S0、S1一旦確定，該組的8位輸出就決定于8位存貯器的數(shù)據(jù)。另外，電路設(shè)計時一般將SN75500懸浮在約120V的高壓方波上。當選中其行時，首先利用SN75500上約80V的高壓脈沖來擦除該行信息，然后輸出寫信息的半選脈沖，此時一旦送數(shù)方向上的SN75501輸出寫脈沖，所對應(yīng)的點即被寫上，否則該點僅加上一半的寫脈沖而不被寫上。

　

2.2 X方向（送數(shù)）驅(qū)動

　　X方向驅(qū)動是采用SN75501集成電路來驅(qū)動送數(shù)方向的電極，利用集成電路本身所具有的維持功能可以使X電極上在沒有數(shù)據(jù)時只產(chǎn)生維持脈沖。在有數(shù)據(jù)到來時，根據(jù)數(shù)值為0或1來確定不產(chǎn)生或產(chǎn)生書寫脈沖。數(shù)據(jù)以串行方式輸入可極大地減少數(shù)據(jù)線。

2.3 控制電路及計算機接口

　　控制電路胳膊于協(xié)調(diào)掃描及送數(shù)的同步，并產(chǎn)生各種掃描及送數(shù)脈沖，同時產(chǎn)生順序地址，順次地取出刷新存貯器中的信息并經(jīng)過并/串轉(zhuǎn)換電路送至SN75501驅(qū)動器；另外還可用于協(xié)調(diào)CPU與順序地址同時訪問雙口存儲器的操作，以使二者能以一定的協(xié)議正常工作而不發(fā)生沖突。

　　計算機接口電路的主要部分是雙口存儲器，該存儲器的數(shù)據(jù)、地址及控制總線應(yīng)分別連到Intel8031單片機的總線上。計算機接口電路中有一個端口可以切換顯示器的工作狀態(tài)以使顯示器可以處在動態(tài)掃描方式或靜態(tài)維持方式。顯示器的原理框圖如圖7所示。