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基于多种技术的高效LCD驱动器 |
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作者：意法微电子韩国公司 Edward Yi |
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随着LCD显示器逐渐进入电视机市场，对更高分辨率、更大面板尺寸和更深彩色深度的要求是越来越高。所有这些要求都需要更高的数据传输率。然而，对一条可靠的数据链路来说，在高传输率方面不应有任何的折衷。
因此需要一种极具鲁棒性和可靠的接口解决方案，它能通过数量更少但工作在更高频率的数据线实现数据传送。与传统的多分支架构相比，被称为PPDS(点对点差分信令)的点对点接口架构可以确保利用更少的数据线实现从T-con(Tx)到CD(Rx)的可靠数据传输。意法微电子(ST)公司的PPDS设计团队目前正在开发相应的芯片，该芯片只需利用一对通道就能实现FHD/120Hz应用的可靠数据传输。
PPDS的特性
1. 给PCB设计带来的好处 PPDS使用的协议与其他接口不同。由于PPDS协议通过数据线传送多种信息，因此无需用于配置的功能引脚，也无需额外的导线。
图1给出了应用PPDS所能获得的好处。由于数据输出引脚和其他控制线数量的减少，T-con尺寸变小了。由于每个CD内都有内部端接电阻，因此数据线上不再需要单独的端接电阻。由于数据线数量少，伽玛参考电压低，因此可以设计出很薄的PCB。
图1：PPDS应用实例
另外，数据传送特性也更好了，因为snacked时钟与PCD设计中的连线不交叠，也无需过孔，从而大大降低了电磁干扰(EMI)。另外一个好处是，正如后文要提到的那样，通过使用循环DAC，芯片尺寸也变得更小了。
2. PPDS系统 图2所示的PPDS系统可以实现10位的颜色。当输入LVDS 10位信号时，内部的T-con查找表可以为驱动芯片内部的12位线性DAC生成12位数字Digital代码。
图2：PPDS系统框图
转换到12位的数字伽玛可以利用驱动芯片中的12位DAC实现10位颜色。
3. PPDS数字伽玛 图3对数字伽玛系统和传统系统作了比较。传统系统通过安装在驱动芯片中的R-ladder可以再生8位的数字化数据。
图3：数字伽玛系统
在数字伽玛系统中，驱动芯片中由查找表实现的现有伽玛信息为10位，查找表中的这10位是由驱动芯片中的线性DAC根据8位颜色输入再生出来的。
4. PPDS协议 图4给出了通过数据线发送到协议的信息。诸如像素反转、电荷共享时间、线路延时补偿、预充电设置和黑帧(Black Frame)插入等信息都是在每根数据线上数据之前发送的。
图4：PPDS内部的协议信息
5. 水平线延时补偿(HLDC) 当面板尺寸很大时，由于门线负载的增加经常会导致信号延时，进而缩短充电时间。为了防止发生这个问题，连线两端都需要连接一个门驱动芯片，然而这样做不仅会增加成本，而且只能恢复50%的充电时间。
PPDS可以通过将它分成6到8个输出时间来控制每个芯片或芯片输出，从而有效保护由于门信号延时造成的充电时间损失。这种情况下连线两端就无需使用门驱动芯片。源驱动芯片的输出也被控制到相同的门信号延时，从而使充电时间损失减至最少。
6. 去偏移功能 可以在每根线中进行去偏移测试，以便选出最佳的时钟/数据延时，并在传送前保持每种配置或数据。
用于LCD驱动芯片的DAC
对LCD驱动芯片而言，DAC方法可分成R-DAC和C-DAC。R-DAC是如下所示的串联电阻(图5)，用于选择与数字速率一致的输出电压。对于10位R-DAC来说，有一个2X1024梯形(R-ladder)阻排，如图5a所示。
图5：DAC类型：a)R-DAC和b)循环DAC
对R-DAC来说，R-ladder尺寸变得较大，具体取决于灰度比特的数量。10位R-DAC的R-ladder尺寸要比8位的大四倍。为了解决尺寸增大的问题，可以采用新的内插设计方法。循环DAC通过重复取样和保持来输出数据：通过容量为2倍的切换来实现。
循环DAC的好处
1. 芯片尺寸小 循环DAC的最大好处是芯片尺寸不随灰度比特的增加而增加。这得归功于循环DAC的堆叠架构，这种架构由两个DAC-上下各一个组成，如图5b)所示。每个DAC带2个电容，不管比特数量是多少，它们都可以缩小芯片尺寸。
2. 低功率损失 驱动芯片的大部分功耗在缓冲放大器上面。循环DAC中的缓冲放大器设计简单，因此可以显著降低功耗。
3. 低芯片温度 由于功耗低，因此芯片温度也很低。对同样条件下的温度比较表明，循环DAC在FHD/60Hz时的温度在10℃以下。由于降低了温度，因此不再需要使用顶部接地片和散热焊盘，从而有效提高了性价比。
图6：10位R-DAC和12位循环DAC的尺寸比较
4. 低输出电压误差 为了减小芯片尺寸，R-DAC采用了内插法设计。如图7所示，10位R-DAC形成一个8位的R-ladder，切换额外的2位，最终输出10位。电阻误差和内插器误差会影响AVO(驱动芯片之间的输出电压偏差)和DVO(驱动芯片内部的输出电压偏差)，但在循环DAC情况下，只存在容性误差。由于容性误差远小于阻性误差，因此具有更精确的输出特性。
图7：8:1内插式R-DAC
5. 更少数量的伽玛参考电压 由于循环DAC通过切换决定输出电压，而伽玛参考电压的数量是6，这个数量要比R-DAC小得多，并且与灰度比特数量无关。而10位R-DAC需要18-22个参考电压，在增加GS时还需要更多。由于参考电压数量少，PCB尺寸就可以做得较小。而数量较少的线缆和连接器引脚也有助于降低材料成本。
6. 快速设置时间 循环DAC结构如图8所示。每个通道有2个DAC。当第一个DAC完成转换后，第二个DAC被驱动，并在输出阶段之初一直保持转换后的数据不变。而如图7所示的R-DAC在R-ladder、解码器和放大器准备依次处理时对上升/下降沿进行延时。
图8：循环DAC的结构
许多工程师认为电容的误差或可靠性比电阻差。然而，对用1000片晶圆制作的用于驱动芯片的R-DAC和循环DAC的可靠性和匹配性的测量和分析表明，聚乙烯电容要好于聚乙烯电阻，前者更容易获得较精确的输出。
图9：R-DAC与循环DAC之间的稳定时间比较
本文小结
PPDS非常适合于设计很薄的PCB，因为从T-con到驱动芯片的连线数量较少。PPDS还能利用协议发送大量的驱动芯片控制信息到数据线。另外，还有HLDC和去偏移功能，它们分别有助于保证像素充电时间和发送/接收安全数据。(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(4/3/2008) |
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