（微电子学与固体电子学专业论文）tftlcd驱动电路的研究与设计.pdf

摘要 本文针对分辨率为6 0 0 x 8 0 0 的6 4 级灰度的t f t - l c d ，进行了周边驱动电路 的设计。驱动电路包括两部分：栅驱动电路和源驱动电路。栅驱动电路内部主要 包括移位寄存器、电平位移电路和输出缓冲电路，能够以6 0 h z 的帧频逐行选通 1 1 丌开关管。源驱动电路主要包括双向移位寄存器、译码器、锁存器、d a c 和输 出缓冲。源驱动完成了数据输入串行并行的转化，并通过d a 变换实现了丫校正 曲线。其中d a c 采用分段译码电路方式实现，简化了电路设计的复杂度； r a i l t o ，r a i l 运算放大器作为输出缓冲，很好的增强了驱动负载的能力。为减小源 驱动电路的面积，将显示区域进行了分区，并采用奇偶双倍数据线进行数据传送， 使每个区的d a c 个数减少为6 个。该电路能够在6 0 h z 帧频下准确的实现6 4 级 灰度显示。 电路设计采用c h a r t e r e d0 3 跏m 标准的c m o s 工艺，使用c a d e n c e 中的c a d 工具进行仿真。仿真结果表明，所设计的驱动电路基本满足液晶显示器的性能要 求。文章最后给出了部分电路的版图设计。 关键词：薄膜晶体管液晶显示器数字源驱动t 校正数模转换器 a b s t r a c t i nt h et h e s i s 。t h ed e s i g ni sp e r f o r m e df o rt h ed r i v ec i r c u i to ft h e6 0 0 8 0 0 r e s o l v i n gp o w e ro ft f f - l c dw i t h6 4g r a ys c a l ed i s p l a y s t h e r ea r et w op a r t so ft h e p e r i p h e r a li n t e g r a t e dd r i v ec i r c u i t ，a n dt h e ya r et h eg a t ed r i v e ra n dt h es o u r c ed r i v e r t h eg a t ed r i v e ri sm a d e 叩o ft h es h i f tr e g i s t e r , l e v e ls h i f t e ra n do u t p u tc i r c u i t i tc a n r e a l i z et h er u m o no ft h et f rn o n i n t e r l a c e di n6 0 h zf r a m ef r e q u e n c y t h es o u r o 。 d r i v e ri n c l u d e st h eb i d i r e c t i o n a ls h i f tr e g i s t e r , t h ee n c o d e r , f l i p l a t c h , d a ca n do u t p u t b u f f e r t h ed a ci se a r i e do u tt h r o u g hc o d i n gm e t h o d t h ei n p u td a t ai ss e p a r a t e di n t o t w op a r t s ，t h eh i g h - o r d e r3b i ta n dt h el o w o r d e r3b i t t h e ya r ec o d e da n da s s e m b l e d t og e tt h ee x a c tv o l t a g ev a l u e t h ec i r c u i to fd a ci sp r e d i g e s t e da n dt h ew o r k i n g f r e q u e n c yo fd a t at r a n s m i s s i o ni su pt o2 8 8 m h z r a i l - t o r a i lo p e r a t i o n a la m p l i f i e r w o r k sa st h ev o l t a g ef o l l o w e rt oe n h a n c et h ec a p a b i l i t yo fd r i v e rl o a d s t h ed i s p l a y a r e ai sd i v i d e du pf o r t h es a k eo fs a v i n ga r e ao ft h ec h i p t h ed a t ai st r a n s m i t t e dw i m o d da n de v e nn u m b e ri m p u l s e t h en u m b e ro fd a ci ne a c hs e c t i o ni sr e d u c e dt o6s o t h ea r e ao ft h ec h i pi sr e d u c e dg r e a t l y t h ep r o c e s s i n go ft h i sd e s i g nu s e st h ec h a r t e r e d o 3 5u ms t a n d a r dc m o st e c h n i q u e t h ec i r c u i ti ss i m u l a t e dw i t ht h ec a dt o o l so f c a d e n c e t h er e s u l to ft h es i m u l a t i o ns h o w st h a tt h ed r i v ec i r c u i tc a ns a t i s f yt h et a r g e t o ft h et f t - l c do nt h ew h o l e f i n a l l yt h el a y o u to fs o m ec i r c u i ti sp r e s e n t e d k e y w o r d ：t f t - l c dd i g i t a ls o u r c ed r i v e ry - c o r r e c t e dc i r c u i t d a c 西安电子科技大学 学位论文独创性( 或创新性) 声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人 在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以 标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究 成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的 说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名：熬煎 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 日期兰竺! ：兰 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本人签名： 导师签名： 日期呈翌互! ：型 日期丝2111 丛 华 第一章绪论 第一章绪论 网络与无线通信技术的发展及其产品的迅速普及，全球数字化技术的迅速推 迸，促进了信息技术与信息产业的蓬勃兴起。显示器集电子、通信和信息处理技 术于一体，被认为是电子工业在微电子、计算机之后的又重大发展机会，具有广 阔的市场和良好的机遇。各种平板显示技术成为研究开发的热点，目前竞争最激 烈的平板显示器有四个品种：场致发射平板显示器( f e d ) 、等离子体平板显示器 ( p d p ) 、薄膜晶体管液晶平板显示器( 币l c d ) 和有机电致发光显示器( o l e d ) 。 其中液晶平板显示器，特别唧：u ：d ，是目前唯一在亮度、对比度、功耗、寿命、 体积和重量等综合性能上全面赶上和超过c r t 的显示器件。它的性能优良、大规 模生产特性好，自动化程度高，原材料成本低廉，发展空间广阔，已迅速成为新 世纪的主流产品，是2 1 世纪全球经济增长的一个亮点，在手机、车载显示器、投 影电视、计算机、军事航空等领域被广泛的应用。 1 1t f r - l c d 产业现状及发展趋势 t f t - l c d 技术是微电子技术和l c d 技术巧妙结合的高新技术。利用微电子精 细加工技术和s i 材料处理技术，开发大面积玻璃基板上生长s i 材料和1 1 丌平面 阵列的工艺技术，与日益成熟的= d 制作技术相结合，不断提高产品的显示品质， 增强自动化大规模生产能力，大幅度地提高产量，提高合格率，降低成本，使性 能价格比向c r t 接近。在显示品质方面，以分辨率为例，有c g a ( 3 2 0 2 0 0 ) 、 v g a ( 6 4 0 x 4 8 0 ) 、s v g a ( 8 0 0 x 6 0 0 ) 、x g a ( 1 0 2 4 ) 9 0d b 增益带宽积g b w s m a l ls i g n a l 1 0m h z 闭环带宽 暑舭 g a i n = - 1 ，s m a l ls i g n a l lm h z 共模输入范围 c m l r 0 5v 共模抑制比 c m r r v c m = 2 5 v 9 0d b 输出电压摆幅s 删gr l = 1 0 0 k o h m 0 5 v 电源电压抑制比 p s r r v d d = 5 v 6 0d b 系统输入失调电压 1m v 运放的开环增益确定了使用运放的反馈系统的精度。将运算放大器在1 i z 1 g h z 的频率范围内进行交流分析，观测幅频、相频曲线。仿真结果如图4 3 1 所示。 从图中可以看出运算放大器的开环带宽为1 2 m h z 、将近6 0 度相位裕度、开环增益 为9 6 d b 。 一 彳 l 粤 v 图4 3 1 幅频、相频特性曲线 测量输出电压线性跟踪输入电压的范围，此线性输出范围卸为共模输出电压 范围，将运算放大器接成电压跟随器的形式，仿真结果如图4 3 2 所示。 甜 一 五群 2 一 1 j a o 图4 3 2 共模输出电压范围曲线 将运算放大器接成电压跟随器的形式，通过给电路输入一个周期为m s 的阶 越信号，对电路的建立时间进行瞬态扫描。扫描波形如图4 3 3 ，得到运算放大器 的建立时间为1 2 0 n s 。 图4 3 3 建立时间的瞬态扫描波形 共模抑制比( c m r r ) 为差模电压增益与共模电压增益之比，并用对数表示。 c m r r 越大，说明运算放大器的对称性越好。图4 3 4 为仿真结果波形，由图中波 形可知，共模抑制比的绝对值为8 2 d b 。 ” ” ” 口 第四章t f r - i 上d 源驱动电路设计与仿真分析 。八 | 呐) 图4 3 4 共模抑制比仿真结果 运算放大器的电源线常常含有噪声，因此必须适当地“抑制”噪声。在有电 源噪声时，尤其是在噪声频率增加时，运放的性能是相当重要的。电源抑制比 ( p s r r ) 定义为从输入到输出的增益除以从电源到输出的增益，它反应了电源电 压的变化对运算放大器输出影响的大小。图4 3 5 为仿真结果波形，从图中曲线克 制，p s r r 的绝对值为7 4 d b 。 图4 3 5 电源抑制比曲线 可以通过y 校正曲线来验证d a c 电路功能的正确性。将采用分段译码方式实 现6 4 级灰度显示的电阻网络接输出缓冲运算放大器进行瞬态分析。为了达到频率 要求，对输入信号进行分频，输入信号d o 为周期3 0 n s 的阶跃信号，i ) 5 为周期9 6 0 n s 的阶跃信号，中间输入信号的周期依次类推。输出电压波形如图4 3 6 所示。与附 录a 的“级灰度电压进行比较，最终输出的灰度电压值基本与1 ，校正的理论电压 值相吻合，精确度和速度可以达到要求，能够准确的进行灰度控制。 t f t l c d 驱动电路的研究与设计 伽c 圈4 3 6 加输出缓冲运放后d a c 的输出波形 4 6 本章小结 本章对t f i - l l = d 数字源驱动器进行了电路设计与仿真分析，详细介绍了所选 设计方案的特点及数据驱动电路相关参数的选取。首先对源驱动电路逻辑部分的 数据传输时序进行了安排，采用分区矩阵的方法和奇偶双倍数据线进行数据传送， 降低了数据转换频率。在此基础上对每个区的d a c 的数目进行了安排，节约了整 体源驱动电路的面积，降低了e m 噪声。采用分段译码形式的d a c 实现了y 校正， 设计了驱动能力强动态范围宽的r a i l t o r a i l 运算放大器，很好的提高了d a c 的驱动 负载能力。输出的6 4 级灰度电压波形基本与1 r 校正的理论电压值吻合，能够准确的 进行灰度控制。仿真结果表明所设计的源驱动电路能够很好的进行数据输入串行 并行转化和提供适当的模拟电压给数据线以实现不失真显示，达到了预期的设计 目标。 第五章源驱动器部分电路版图设计 5 12 1 1 艺流程 版图设计首先需要确定芯片的工艺流程，然后是版图的布局布线。本章针对 源驱动器部分电路采用n 阱c m o s 工艺流程，进行版图设计。在c m o s 电路中， p 沟m o s 管作为负载器件，n 沟m o s 管作为驱动器件，这就要求在同一衬底上 制造p m o s 管和n m o s 管，所以必须把一种m o s 管做在衬底上，而另一种m o s 管做在比衬底浓度高的阱中。根据阱的导电类型，c m o s 工艺可分为p 阱c m o s 、 n 阱c m o s 和双阱c m o s 。现在大多数c m o s 工艺中，p m o s 器件做在n 阱中。 n 阱工艺向高阻的p 型硅衬底中扩散磷，形成一个作p m o s 管的阱，由于n m o s 管做在高阻的p 型硅衬底上，因而降低了n m o s 管的结电容及衬底偏置效应；这 种工艺的最大优点是同n m o s 器件具有良好的兼容性。 典型n 阱c m o s 主要的工艺流程： 1 、选择p 型衬底 2 、确定n 阱区 3 、低剂量磷注入，在高温下扩散推进，形成n 阱 4 、有源区的确定和场氧氧化 5 、生长栅氧化层和多晶硅栅电极 6 、形成p 沟晶体管 7 、形成n 沟晶体管 8 、光刻引线接触孔 9 、光刻金属互连线 1 0 、光刻钝化孔 1 1 、后工序加工 5 2 闩锁效应的分析与防止 c m o s 逻辑的零静态功耗促使了c m o s 技术时代的到来，然而在c m o s 电路 中会产生一个严重的问题，这就是闩锁效应，即在高电平和低电平之间建立一个 低阻通路，出现强电流，会产生永久性破坏随着器件尺寸的不断缩小，这个问题 更加突出。闩锁效应产生于c m o s 结构所固有的寄生双极型晶体管，这些晶体管 t f t - l c d 驱动电路的研究与设计 会被许多方式所激活。而且，随着c m o si 艺尺寸的按比例缩小和电路延迟时问 的缩短，各种引起激活的因素将逐渐增强，在一定的条件下，这些被激活的晶体 管将决定电路的性能，但是若采用适当的加工工艺和版图设计，c m o s 芯片可工作 在相对苛刻的条件下而不会出现闩锁现象。 c m o s 工艺既要形成n 沟m o s 晶体管，又要形成p 沟m o s 晶体管，这就需 要有n 型和p 型两种衬底材料。制作器件时，通常是将一种导电类型的硅原片作 为原始衬底，例如p 型衬底，然后在其上形成n 型衬底( 即n 阱) ，再用离子注 入的方法，在n 阱上形成p 沟m o s 晶体管，以及在p 型衬底上形成n 沟m o s 晶体管。但是这样做的结果不只是制作了两种m o s 晶体管，同时也形成了由寄生 双极型晶体管构成的p n p n 器件。首先，由p + 源一漏区和n 阱及p 型衬底构成了 纵向p n p 双极型晶体管，当正向偏置时，任一p + 源一漏区都可作为发射区，将空 穴注入n 阱基区。而n 阱和衬底构成的反向偏置结，则收集那些未被复合的空穴。 其次，由n + 源一漏区和p 型衬底及n 阱构成了横向n p n 双极型晶体管，在这种 情况下，反向偏置的n 阱可收集从n + 源一漏区注入到衬底中的电子。 图5 1 是反相器的寄生双极晶体管的等效电路和反相器剖面迭加在一起的示 意图。图中有两个纵向p n p 晶体管和两个横向n p n 晶体管。n 阱既是每个纵向 p n p 管的基区，又是每个横向n p n 管的集电区；同样，p 型衬底既是横向n p n 管 的基区，又是每个纵向p n p 管的集电区。在集电极一基极结和集电极接触之问， 每个集电区都会产生电压降，它可以用一个集电极电阻来模拟。此外，若电阻上 电压降超过零点几伏，则流经某集电极电阻的电流就能使极性相反的双极器件的 发射极一基极结产生正向偏置。 图5 1n 阱c m o s 反相器的寄生双极晶体管 可把图5 1 简化为由q 1 和q 2 组成的四端p n p n 结构，如图5 2 所示。这个 四端p n p n 结构代表了c m o s 电路闩锁问题的最敏感部分，可用它来测量和模拟 闩锁行为。互补寄生的n p n ( q 2 ) 和p n p ( q 1 ) 双极晶体管，当由于某种原因使 n p n 或p n p 任一个晶体管发射结处于正向偏置时，会产生闩锁现象。 第五章驱动器部分电路版图设计 图5 2 四端p n p n 结构的集总元件模型 c m o s 电路中的寄生双极型晶体管部分出现闩锁，必须满足以下几个条件： 1 ) 电路要能进行开关转换，其相关的p n p n 结构的回路增益必须大于1 。 2 ) 必须存在一种偏置条件，使两只双极型晶体管导通的时间足够长。以使通 过阻塞结的电流能达到定义的开关转换电流的水平。一般来说，双极管的导通都 是由流过一个或两个发射极基极旁路电阻的外部激发电流所引起的。 3 ) 偏置电源和有关的电路，必须能够提供至少等于p n p n 结构脱离阻塞态所 需的开关转换电流和必须能提供至少等于使其达到闩锁态的保持电流。 闩锁效应通常发生在使用大尺寸数字输出缓冲器( 反向器) 的情况下。这种 电路容易通过晶体管较大的漏结电容向衬底注入大电流，或通过正偏源一衬二极 管向衬底注入大电流。后一种情况是由于在与地相连的键合线上产生了一个相当 大的瞬态电压而引起的。c m o s 中的闩锁效应起因于寄生n p n 和p n p 双极晶体管 形成的p n p n 结构。若能使两只晶体管的小信号电流增益之和小于1 ，使图5 2 中 等效电路的环路增益可靠的保持小于1 ，闩锁就可防止。 为了避免产生闩锁现象，对于n 阱c m o s 集成电路而言，将p 型衬底尽可能 接电路中最低的电位，n 阱尽可能接电路中最高的电位：对于p 阱c m o s 集成电 路，将p 阱尽可能接电路中最低的电位，n 型衬底尽可能接电路中最高的电位， 这样使衬底与漏、源极之间的p n 结和n p 结在任何时刻都不会正偏。 适当的选择杂质浓度和分布以及版图设计规则也可以保证寄生电阻和双极晶 体管的电流增益值都很小。一是将双极型晶体管的特性破坏掉，即通过改进c m o s 制造工艺，用减少载流子运输或注入的方法来达到破坏双极型晶体管作用的目的， 例如，掺金、中子辐射、形成基区阻碍电场以及形成肖特基源漏势垒等。二是将 两个双极型晶体管问的耦合去掉，即防止一只双极管导通另一只双极管，这可通 过版图设计和工艺技术来实现。版图设计去耦技术包括： ( 1 ) 通过少子保护环来收集少数载流予和阻止少子注入到相应的基级，使寄 生晶体管的增益交小。 ( 2 ) 通过多子保护环来减小所有可能的发射区旁路电阻r w 、r s ，使寄生 n p n 和p n p 双极晶体管的偏置电压减小，防止两个寄生双极管通导。 5 8 t f t - l c d 驱动电路的研究与设计 ( 3 ) 物理上把输入输出p a d 的n 管与p 管分隔开，即n 管与p 管分别放在 p a d 的两边。 ( 4 ) p + 保护环接地，n + 保护环接正电源。 ( 5 ) 当电流在p 阱和地之间流动时，n 管的源区应沿着等电位线排列，即指 状源区应垂直电流流动的主要方向，而不是平行于电流的方向。 ( 6 ) 沿着金属线长度方向，把n 管源区短接到衬底，把p 管源区短接到n 阱，有助于防止这两种源区二极管变为正向偏置，因此减少了这些组件对闩锁的 贡献。 ( 7 ) n 阱应通过n + 硬连接到电源，因此注入电荷经低阻通路转移到v d d ， n 阱有相对高的薄层电阻，并且对电荷注入敏感。 ( 8 ) n 阱的n + 与p 管源区接触孔之间应保持最小间距，让附近寄生p n p 晶 体管基极一发射极结的少数载流子被收集，并且减少了r w 。对于1 m 工艺规则， 建议每隔1 0 5 毗m 有一个接触孔。 ( 9 ) p 衬底的p + 与n 管源区接触孔之间应保持最小间距，其结果是减少了附 近寄生n p n 晶体管基极发射极结的少数载流子。对于m mi 艺规则，建议每隔 1 0 5 0 a m 有一个接触孔。 ( 1 0 ) 加多条阱接触与衬底接触环。 此外，电路的版图包括衬底接触孔和n 阱接触孔，这些孔的间隔在满足设计 规则的前提下应该尽可能的小，以便使其接触电阻最小。 本文设计的栅极驱动器由于采用了高压m o s 器件，与常规n 阱工艺相比，需 要多加几层掩膜板，以保证所设计的版图满足电学参数的要求。对于栅驱动电路， 如果采用n 阱c m o si 艺，参照m o s 管特性曲线图，为了使开关1 1 可更好的截 止( 提高显示质量，减小功耗) ，要使漏电流最小，如果衬底和源极不相连，即有 衬底反向偏置电压v b s 的存在，将使m o s 晶体管的阈值电压的绝对值提高，即 为衬偏调制效应。阈值电压绝对值的提高，会给电路带来不利影响，使高电平下 降，电路的工作速度下降。为了避免出现衬偏调制效应，需要将p z 作为电路的逻 辑工作低电压( 即尽量将制作在p 型衬底上的n m o s 晶体管的衬底和源极相连) 。 对于p m o s 晶体管，因为是制作在n 阱中，不同的阱可以接到相对应的高工作电 压，可以尽量避免出现衬偏调制效应( p m o s 晶体管源极一般接到高工作电压， 这样就会基本上保证将制作在n 阱中的p m o s 晶体管的衬底和源极相连) 。因为 1 r i 可是三端器件( 漏极、栅极和源极) ，不像m o s 晶体管是四端器件( 漏极、栅 极、源极和衬底) ，不涉及到有关衬底的问题，所以不管v g l 多大都不需要进行 调整。 5 3 版图布局布线的考虑 由于源驱动电路要以较高的频率( 2 8 8 h z ) 工作，这样电路中的e m i 现象将 不容忽视1 2 ”。特别是将液晶屏与电脑主机连接时，接受来自电脑的驱动脉冲，由 于信号传输距离的增加，会产生很大的e m i 噪声。电磁波干扰分为差模干扰和共 模干扰。差模干扰是由于电路回路的电流波动引起的，从性质上看是磁性的。它 与一，f 2 成正比，其中f 是频率，a 是电路回路的面积，i 是回路的电流。共模干 扰是由于电路中不理想的地回路引起的，从性质上看是容性的。它与l i f 成正比， 其中f 是频率，l 是受干扰的地回路的长度，l 是共模电流。 共模干扰的减少主要是通过使用合理的电路布局来实现，差模干扰可以通过 减少回路面积与回路电流和降低工作频率来实现。如第四章所述，在设计源驱动 电路时，通过分块矩阵的方法和奇偶双倍数据线进行数据传送使数据转换频率降 低到原来的1 1 0 。通过安排每个区的d a c 数目使整个驱动电路的面积得到大幅减 小，这些措施能够有效抑制e m i 现象。在电路布局中，也可以采取措施降低e m i 。 每根内引线都会表现出一定的自感，其电感值在2 n h 2 0 n h 之问，对于工作频率 较高的电路，由于各模块电路的连线和电路的整体布线产生的感性将增加接地线 的阻抗，可采用多点按地的方法来改善。 对于源极驱动电路的d a c 部分，它包括6 4 级电阻分压网络，选择电阻类型 时应该多方面考虑。因为电流较小，而且对电阻的比值要求高但对绝对值要求不 是很高，考虑到n 阱电阻率较大，故选用n 阱电阻形成d a c 电阻网络。确定电 阻条宽度的原则是在保证精度和功耗要求的前提下尽量缩小。电阻条的长度可按 阻值要求，根据图形和已确定的条宽来确定。本文考虑隔离将电阻作在多个n 阱 内。在划分好有源区并设计好器件图形后，就可以开始布局布线。布局过程就是 确定每个元器件或者功能块在版图中所处的位置。器件的安排依据互连方便、连 线短、布局紧凑的原则。 对铝引线的排列按照以下原则进行设计： 1 、线条尽量短、宽； 2 、不能相交，无法避免的地方，设计中采用“多晶硅桥”的办法实现： 3 、为避免寄生祸合，铝线不能跨越管子，但可跨越电阻； 4 、布线图形尽量简单，拐角处的角度应为钝角； 5 、电源线、地线、输入引线、输出引线铝条要宽些，引线孔要大些，甚至排 为排。引线尽量短些、宽些，在高频及高阻抗的电路中尤应注意这点。 在一般信号线的布线中，由于一般采用相同的线宽，因此减小总的连线长度 同减小总的布线面积是一致的。而电源线和地线的布线是变线宽的线网，在确定 t f r r l c d 驱动电路的研究与设计 了电源线和地线的拓扑结构后，电源线和地线的总长度便已确定，这时在满足性 能的前提下，应尽可能减小电源线和地线的宽度，使它们占用的芯片面积达到最 小。 5 4 部分电路版图 本章对数字源驱动电路的部分基本功能模块，采用0 3 轧m 的n 阱c m o st 艺几何设计规则进行了版图设计，包括移位寄存器、译码器、d a c 的开关阵列和 运算放大器。 5 4 1 移位寄存器版图 5 4 23 8 译码器版图 图5 3 移位寄存器版图 图5 4 3 8 译码器版图 5 4 3 开关阵列版图 5 4 4 运算放大器版图 图5 5 开关阵列版图 图5 6 运算放大器版图 5 5 本章小结 本章首先介绍了n 阱c m o s 主要工艺流程，分析了闩锁效应的发生和防止办 法，并结合本文所设计的源极驱动电路，分析了版图设计中需注意的问题以避免 一些二级效应的影响，并提出版图设计中布局布线的考虑。最后给出部分电路模 块的版图设计。 第六章结论 第六章结论 t f t - l c d 是2 1 世纪平板显示器的主流产品，其驱动i c 的需求增长迅猛。本 文基于6 0 0 8 0 0 分辨率6 4 级灰度t f t - l c d 的有源矩阵驱动方式，设计了栅极驱 动电路和源极驱动电路。 在广泛查阅国内外相关资料，仔细分析t f t - l c d 驱动电路的原理与结构的基 础上，结合设计指标要求，最终确定了较为合适的方案。对于栅驱动电路，通过 移位寄存器、电平位移电路和输出缓冲电路实现开关管1 1 叩逐行选通。源驱动电路 重点进行了数据传输时序安排、分段译码d a c 和输出缓冲电路的设计。整体驱动 电路采用c h a r t e r e d0 3 跏m 标准c m o s i 艺设计，c a d e n c e 仿真器s p e c t r a 的仿真结 果表明该电路能够在6 0 h z 帧频率下实现6 4 级灰度显示。 本设计的主要特点在于：通过矩阵分区与奇偶双倍数据线进行数据传送，降 低了数据信号转换的频率，在此基础上使d a c 的个数大幅减少，节约了源驱动电 路的面积，降低了e m i 噪声。d a c 采用高低位译码电路方式实现，简化了电路设 计的复杂度；使奇数与偶数输出管脚分别输出极性不同的灰度电压值，实现点反 转的驱动方式；设计了驱动能力强动态范围宽的r a i l t o r a i l 运算放大器，很好的提 高了d a c 的驱动负载能力。输出6 4 级灰度电压波形基本与1 r 校正的理论电压值吻 合，能够准确的进行灰度控制。 要将所设计的电路转变为实际的产品还有以下工作要做。第一：栅驱动电路 中的高压器件尚未进行更深入的研究，如何确定高压器件的尺寸和各种参数，对 整个栅驱动芯片性能有很大的影响。第二：尽管源驱动电路的d a 变换器基本达 到了预期的效果，但仍有一些地方可以改进。可以考虑采用6 4 选1 的全译码开关 阵列的结构实现d a 变换，进一步简化电路，缩小面积节约成本。第三：由于d a c 电阻网络中电阻的阻值均相等，可以考虑根据输入数据，通过开关选择对应的基 准灰度电压，连接到分压电阻两端实现6 4 级电压输出，这样可以大大减少电阻的 数量。以上这些问题都需要在以后的工作中继续努力和探索，争取能够有更大的 突破。 致谢 本文是在导师吴玉广教授的悉心指导下完成的，从论文的选题，构思到论文 研究中遇到的困难与问题，都得到导师的耐心指导。导师知识渊博、治学严谨， 对学术研究精益求精，给予了我莫大的帮助，让我受益终生，在此向吴老师致以 最诚挚的谢意。 非常留恋在b 7 0 4 实验室与何凤琴、黎文福、黄祯、田贞富等同学一起学习的 那些日子，是大家的热情使得我们这个大家庭无比温馨，感谢他们对我的热心帮 助与支持。 特别感谢鲁志勇在生活中和精神上给予我的支持，使我在论文完成期间始终 保持愉快的心情和昂扬的斗志战胜困难。 最后，我要向我的家人献上我最真诚的谢意，正是您们对我的关心与鼓励不 断鞭策和激励着我，您们是我最坚强的后盾! 感谢所有给予我支持、关心和帮助的老师和同学! 参考文献 参考文献 【1 】美) 毕查德拉扎维著陈贵灿，程军，张瑞智译模拟c m o s 电路设计西安西 安交通大学出版社2 0 0 2 1 2 【2 】美) p h i l l i pe a l l e n ，d o u g l a sr h o l b e r g c m o s 模拟集成电路设计北京：电子工 业出版社2 0 0 5 3 【3 1 日) 堀浩雄，铃木幸治主编金轸裕译彩色液晶显示北京：科学出版社2 0 0 3 【4 】李宏，张家田液晶显示器件应用技术北京：机械工业出版社2 0 0 4 2 【5 】黄子强液晶显示原理北京：国防工业出版社2 0 0 6 1 【6 】候伯亨，周瑞，张慧娟等数字系统设计基础西安：电子科技大学出版社2 0 0 0 【7 】杨虹，唐志勇，凌志华，等v g a t f t - l c d 的驱动电路设计【j 】液晶与显 示，2 0 0 1 ，1 6 ( 1 ) ：5 2 5 8 【8 】徐杰，杨虹，郭树旭，等t f t - l c d 周边驱动电路集成化设计【j 】液晶与显 示，2 0 0 4 ，1 9 ( 1 ) ：4 2 - 4 7 【9 】张凤翔a m l c d 用1 1 叮有源矩阵的性能研究【j 】真空电子技术，1 9 9 6 ，( 1 ) ：1 8 2 7 【1 0 】尹盛，刘卫忠等有机电致发光器件的驱动技术【j 】液晶与显示，2 0 0 3 ，1 8 ( 2 ) ：1 0 6 1 1 1 【1 1 】杨虹，凌志华s x g a t f f - l c d 驱动电路的设计【j 】微电子学，v 0 1 3 0 n o 4 ：5 2 5 8 【1 2 】杨虹，王刚，唐志勇，等n 可液晶屏驱动方法研究【j 】微电子学，2 0 0 0 , 3 0 ( 1 ) ：3 9 4 2 【1 3 】j a nd o u t r e l o i g n e ，h e r b e r td es m e t l o w p o w e rh i g h v o l t a g ec m o s l e v e l - s h i f l e r sf o rl i q u i dc r y s t a ld i s p l a yd r i v e r s 【j 】i e e e ，n o v 1 9 9 9p a g e ( s ) ：2 1 3 - 2 1 6 【1 4 1h i s a oo k a d a , y o s h i n o r io g a w a d e v e l o p m e n to fal o wv o l t a g es o u r c ed r i v e rf o r l a r g et f t - l c ds y s t e mf o rc o m p u t e ra p p l i c a t i o n s 【j 】i e e e ，1 9 9 1p a g e ( s ) ：1 1 1 1 1 4 1 1 5 】t a k a h i r on a g a n o ，h i r o s h ik a g e y a m a , h a j i m ea k i m o t o a5 - i n c hs v g a l o w t e m p e r a t u r ep o l y - s it f t - l c d w t hi n t e g r a t e dd i g i t a li n t e r f a c ed r i v e r 田 i e e e ，2 0 0 1p a g e ( s ) ：1 4 3 8 - 1 4