基于多種技術的高效LCD驅(qū)動器

1、基于多種技術的高效LCD驅(qū)動器    隨著LCD顯示器逐漸進入電視機市場，對更高分辨率、更大面板尺寸和更深彩色深度的要求是越來越高。所有這些要求都需要更高的數(shù)據(jù)傳輸率。然而，對一條可靠的數(shù)據(jù)鏈路來說，在高傳輸率方面不應有任何的折衷。 因此需要一種極具魯棒性和可靠的接口解決方案，它能通過數(shù)量更少但工作在更高頻率的數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。與傳統(tǒng)的多分支架構相比，被稱為PPDS(點對點差分信令)的點對點接口架構可以確保利用更少的數(shù)據(jù)線實現(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設計團隊目前正在開發(fā)相應的芯片，該芯片只需利用

2、一對通道就能實現(xiàn)FHD/120Hz應用的可靠數(shù)據(jù)傳輸。 PPDS的特性 1. 給PCB設計帶來的好處 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，也無需額外的導線。 圖1給出了應用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，因此可以設計出很薄的PCB。 圖1：PPDS應用實例。 另外，數(shù)據(jù)傳送特性也更好了，因為snacked時鐘與PCD設計中的連線不交疊，也無需過孔，從而大大降低了電磁干擾(EM

3、I)。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)可以實現(xiàn)10位的顏色。當輸入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、線路延時補償、預充電設置和黑幀(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. 水平線延時補償(HLDC) 當面板尺寸很大時，由于門線負載的增加經(jīng)常會導致信號延時，進而縮短充電時間。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，從而有效保護由于門信號

5、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，

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題，可以采用新的內(nèi)插設計方法。循環(huán)DAC通過重復取樣和保持來輸出數(shù)據(jù)：通過容量為2倍的切換來實現(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，這種架構由兩個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

7、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。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. 快速設置時間 循環(huán)DAC結構如圖8所示。每個通道有2個DAC。當?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、解碼器和放大器準備依次處理時對上升/下降沿進行延時。 圖8：循環(huán)DAC的結構。 許多工程師認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