gate-Driver重要易懂的

1、精品文檔gate driver使用于液晶顯示器的驅(qū)動芯片主要分為兩類，分別為 gate driver與 source driver 。gate driver的主要功用是將液晶面板上一行一行的薄膜晶體 管(tft, thin film transistor )依序打開，好讓source driver 將位于液晶面 板上的液晶電容(clc, capacitor on liquid crystal )與儲存電容(cs, storage capacitor ),充電到所需要的電壓。gate driver名稱的由來，是因為接到 tft的gate端，所以才稱作gate driver。此外，由于它是依序?qū)⒁?/p>

2、行一行的 tft打開，所以也稱之為scan driver。而就面板的坐標來說，連接到 gate driver的走線，是位于y軸上，所 以也稱為row driver 。同理source driver 也有許多不同的稱呼，而 source driver的名稱來由是因為這個驅(qū)動芯片是連接到tft的source端，所以才叫做 source driver 。止匕外當 gate driver 將一行行的 tft 打開時，source driver會將相對應的顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電壓，把液晶面板的電容充放電到相對應 灰階的電壓，因此source driver也叫做data driver 。再者就整塊面板的坐標 來

3、說，連接到source driver 的走線是位于x軸上，因此也叫做 column driver。1、gate driver的頻率與輸出頻道數(shù)目有關(guān)常見的tft lcd面板分辨率分別是 svga、xga、sxga、sxga+。以 svga的分辨率來說，它是 800*600的分辨率，其中800跟source driver 的 輸出channel數(shù)目有關(guān)。同理在各個分辨率中，每個分辨率中前面的數(shù)字是跟 橫向的畫面分辨率有關(guān)，因此需要考慮 source driver的輸出channel數(shù)目。 而各個分辨率中后面的數(shù)目則是與縱向的分辨率有關(guān)，所以考慮的是gatedriver輸出的channel數(shù)目。由

4、于tft lcd跟crt顯示器不同的特性，因此 tft lcd顯示器的畫面更 新頻率并不象crt顯示屏幕一樣，需要調(diào)得很高，以避免畫面閃爍的狀況。因此tft lcd顯示器其畫面更新頻率多半是固定在 60hz。然而各個分辨率水平 輸出的數(shù)目并不相同，所以每一條水平線的打開時間也不一樣。以 svga 800*600的分辨率來說，由于畫面的更新頻率為60hvz ,所以水平分辨率的 每一條線打開的頻率約為60hz*600lines=36khz ,也就是每一條水平線打開 的時間約為1/36khz=27.8 g。同理我們也可以依照此一方式來推導出各種 顯示模式的工作頻率與水平線的打開時間。我們可以發(fā)現(xiàn)，隨

5、著分辨率的提 高，同時每一條水平線打開的時間也會跟著變小。也就是說，當分辨率變得更 高，提供給source driver充放電的時間也會跟著變少。常見的gate driver的輸出channel數(shù)目為可以選擇200個輸出或是192 個輸出，以及可選擇256個輸出或是263個輸出這兩種gate driver ?，F(xiàn)在應用最廣的就是256/263輸出的gate driver 了，因為現(xiàn)在出貨量最 大的就是屬于xga以及sxga的液晶顯示器了 。這兩種分辨率以256個輸出 channel來說，分別需要3顆以及4顆的gate driver。正因為它的出貨量很 大，所以也有僅256個輸出的gate dri

6、ver的設(shè)計，不過為了延長產(chǎn)品的生命 周期，大多會采取256/263的輸出channel的設(shè)計。在這種設(shè)計下，當使用 于xga與sxga的分辨率時，便會浪費了 7個輸出channel ,而當使用于 sxga+的分辨率時，共需要使用4顆。所以總輸出channel為 263*4=1052 ,仍然比sxga+分辨率所需的1050條線多出2條。跟前面提到 的 200/192 輸出 channel 與 256 個輸出 channel 的 gate driver ,其 3-4 顆 加起來的總輸出channel數(shù)目與分辨率一致的狀況是不一樣的。2、gate driver功用為依序打開薄膜晶體管gate dr

7、iver的主要功能是將液晶面板上的薄膜晶體管，一行一行的依序打 開，好讓source driver對面板上的電容充放電。因此整個系統(tǒng)需要一個clock來作同步的動作，好讓gate driver依序?qū)⒚恳恍械谋∧ぞw管打開，而 spl (start pulse input )則是讓gate driver 的輸出開始動作的同步信號。當 gate driver 一接收到spl的信號之后，便會依序由 out1、out2、 out199、out200送出一個個的脈波，來打開液晶面板上一行一行的薄膜晶 體管。在最后一個脈波送出的同時，會同時由 spo (start pulse output )送 出信號到

8、下一顆gate driver (上一顆的spo信號，是接到下一顆 gate driver 的spi信號)，好讓下一顆gate driver能接續(xù)下去，輸出打開薄膜晶體管用 的脈波，直到面板上所有的薄膜晶體管都打開過并充好電為止。以 svga (800*600 )分辨率的液晶面板來說，若是使用 200個輸出channel的gate driver ,則共需要3顆gate driver 來驅(qū)動。而這3顆的gate driver 則利用上 一顆的spo接到下一顆的spi來協(xié)同工作，以完成共600個輸出的結(jié)果。3、分析gate driver 的架構(gòu)gate driver由于負責的工作很簡單，所以它的架構(gòu)

9、并不復雜。gatedriver的主要架構(gòu)有3個部分，首先是雙向移位緩存器(bi-directional shift register )。這個地方的主要功用就是要能依照所輸入的clock產(chǎn)生出循序輸出的脈波，所以才需要使用移位元緩存器(shift register )。但是為什么要使用雙向的移位緩存器呢？主要是為了讓tft lcd棉板的機構(gòu)設(shè)計更有彈性。也就是說，一旦面板的機構(gòu)完成后您要選擇由上到下將一行一行的薄膜晶體管打 開，或是由下到上一行一行的打開都可以。雖然這樣需要增加硬件上的成本， 不過可以獲得的設(shè)計彈性更大。既然使用了雙向的移位緩存器，就需要額外的 輸入接腳來選擇移位緩存器的移位方

10、向(shift direction )。而此同時，start pulse的接腳也必須作成是可選擇為輸入或是輸出的方式。當移位緩存器選擇 是右移時，左邊的start pulse接腳就變成輸入，而右邊的接腳就變成輸出。 倘若移位緩存器選擇的是左移時，則左邊的 start pulse接腳就變成輸出，右 邊的接腳就變成輸入了。由于gate driver的輸入接口是一般的數(shù)字輸入接口，所以接口的電壓大 約是2.33.6伏特之間。而最后的輸出接口，由于是要控制薄膜晶體管的打開 與關(guān)閉，它的工作電壓范圍很大，大約是 從-2030伏特之間，所以要將雙向 的移位緩存器的輸出傳送到輸出電路時，就必須使用level

11、 shifter來作升壓的動作。而level shifter的設(shè)計就是整個gate driver設(shè)計中最關(guān)鍵的地方，雖 然整個gate driver的架構(gòu)很簡單，電路也不復雜，但是由于最后輸出電壓的 工作范圍實在很大，即使gate driver的電路已經(jīng)設(shè)計完成，還是會因為使用 環(huán)境的關(guān)系，造成驅(qū)動芯片本身信賴度(reliability )會因此降低。因此level shifter設(shè)計的精良與否，便會影響到整個 gate driver驅(qū)動芯片的成敗。以一般n-substrate 的制程來說，由于基底(substrate )本身需要接到整 個芯片系統(tǒng)中最低的電壓，而整個 gate driver的

12、最低電壓是-3-20伏特之 問，所以當數(shù)字接口的信號輸入之后，就必須經(jīng)由第一階段的level shifter將整個輸入信號作降壓的動作，等雙向的移位元緩存器將信號處理好之后，才將 信號送入輸出電路。而這樣降壓后再升壓的動作，看似簡單，其實一旦處理不 好便會造成整個電路的動作不正確。所以現(xiàn)在常見的 gate driver設(shè)計多是使 用triple well的制程，利用triple well制程可處理較多組電源電壓的特性，來 降低經(jīng)由level shifter升壓降壓時所造成電路動作不正確的可能性。最后是輸出電路(output circuit )的部分，輸出電路的構(gòu)造簡單來說其實 只是一個outp

13、ut buffer 而已，它的主要功能就是要把level shifter 的輸出信 號送出去而已。但是要送信號到芯片外部時，需考量到外面所接的液晶面板的 負載，因此借由設(shè)計輸出電路的推動能力，來達到這些要求，這就是輸出電路 的重要功能。4、gate pulse產(chǎn)生脈波輸出間隔避免充電錯誤用來傳送gate driver輸出信號的液晶面板上的走線，等效阻抗相當于一 組串聯(lián)的電阻電容網(wǎng)線。因此 gate driver輸出的脈波信號在這一條走線上傳 送時，會造成脈波波形失真，以及傳送上的延遲效應。這樣一來，靠近 gate driver輸出的薄膜晶體管，跟遠離gate driver輸出的薄膜晶體管，打開

14、及關(guān) 閉的時間點便會不一樣，但是 source driver卻是在同時送出電壓到每一個薄 膜晶體管上。這樣一來，會有一個錯誤的現(xiàn)象發(fā)生，那就是當上一行最后一個 薄膜晶體管尚未關(guān)閉時，下一行的第一個薄膜晶體管卻已經(jīng)打開了。對于 source driver而言，此時正好送出給下一行用的電壓，因此上一行的最后幾個 薄膜晶體管所充電的電壓便會不正確，顯示出來的畫面就會有錯誤。因此在面板的電路設(shè)計，便會盡量降低整個走線的rc阻抗。但是對于大尺寸的液晶面板來說，再怎么極力降低阻抗，還是會有一定程度的傳送延遲。在實際的面板應用之中，gate driver的輸出脈波，并不是一個緊接著一個 的。在連續(xù)的兩個脈波

15、之間，會有一定間隔，以確保上一行所有的薄膜晶體管 都關(guān)閉后，下一行的薄膜晶體管才打開。這樣一來，就可以避免掉前面所提充 電錯誤的情形發(fā)生。此外由于每一家面板制造商的電路設(shè)計并不一樣，因此所 需的間隔也不盡相同。所以在 gate driver的設(shè)計中，會提供一個 oe (output enable )接腳，讓面板制造商來調(diào)整 gate driver輸出脈波的間隔。5、all output on的功能清除殘存電荷在gate driver 的設(shè)計中會有一個 all output on 的設(shè)計。這個設(shè)計是將所 有的gate driver輸出接腳，全部都送出打開薄膜晶體管所需的高電位電壓。 也就是說，這

16、個功能啟動時，是把所有液晶買拿辦上的薄膜晶體管都打開的意 思。乍看之下，似乎沒多大用途。但是它切可以讓液晶屏幕開機關(guān)機時的畫面 不至于太難看。以關(guān)機的畫面為例，如果沒有這樣的功能的話，依照液晶的特性，當關(guān)機 完成時，會看到最后一個畫面慢慢淡去的情形，最后才是全黑的畫面(如果沒 有all output on 的功能，只要將背光板關(guān)閉，畫面就是黑色的了。不過仔細 看，仍然可以隱約看到這個現(xiàn)象)。為什么會后這種現(xiàn)象呢？那是因為液晶面板上各個pixel仍然有殘存電荷的存在，需要一段時間電荷才會完全消失。若有all output on 的功能的話，可以在關(guān)機時，讓畫面上所有的pixel都因為薄膜晶體管都

17、導通了，而有相同的電壓，相同的灰階。再利用 source driver輸 出電壓，迅速將液晶面板充放電到全黑的畫面，這樣就不會有殘影的感覺了。 而開機時也可利用此一功能，將畫面開機前的殘存電荷清除，以免有殘影，同時將液晶面板上的所有pixel充電到中間電壓，以便能迅速反映開機后的第一 個顯示畫面。6、三階驅(qū)動gate driver 輸出較二階多出補償電壓三階驅(qū)動的gate driver的功能與二階驅(qū)動的gate driver幾乎都一樣，而 它們最主要的差別，就是輸出電路的輸出電壓波形不一樣。三階驅(qū)動顧名思義就是gate driver的輸出電壓波形會有三種不同的電壓準位。二階驅(qū)動的電壓 有兩種，

18、分別是打開的電壓與關(guān)閉的電壓。而三階驅(qū)動則多出了一個補償用的電壓。這個補償用的電壓主要是為了用來 補償gate driver輸出電壓關(guān)閉時， 因為feed through的關(guān)系，造成顯示電極的電壓所受到的影響。實際上每一行的補償電壓都是用來補償下一行薄膜晶體管上的顯示電極電壓之用的，因此 僅能適用于cs on gate的面板電路架構(gòu)。既然每一行的補償電壓是用來補償下一行的feed through(電連通)電壓，那第一行的feed through 要由誰來補償呢？為了這個緣故，我們可以看 到三階驅(qū)動的gate driver輸出channel數(shù)目是不太一樣的。給256輸出用的 會做成257或是258個輸出接腳，給263輸出用的會做成264或是265個輸 出接腳。那些多出來的輸出，就是為了來補償?shù)谝恍杏玫?。除了上述的這些差 別之外，基本上像在二階驅(qū)動中有的oe pin, all output on等等的功能，者b可以在三階驅(qū)動的gate driver上找得到。7、雙脈波輸出的gate driver可讓高分辨率面板顯示正確灰階在gate driver的使用上，?？吹降氖怯?另一種輸出波形，稱