（微电子学与固体电子学专业论文）acpdp寻址驱动芯片的研究和设计.pdf

摘要 本文主要阐述了一种a c - p d p 寻址驱动芯片的的设计。 彩色a c - p d p 在2 1 世纪信息显示领域具有广阔的市场和应用前景。经过多 年的发展，a c p d p 的各种技术已经比较成熟，但新的结构、工艺和驱动方法仍不 断涌现。现在显示器市场竞争异常激烈，a c p d p 有着c r t 和l c d 无法相比的 优越性，但同时有着急需解决的难题：优化驱动电路结构，提高发光效率和降低 电路成本。只有克服了上面三个主要难题，才能为a c p d p 进一步拓宽市场。 本项目从等离子体显示器驱动电路( 包括扫描驱动芯片和寻址驱动芯片) 的 工作原理出发，在剖析s t 公司的寻址驱动芯片s t v 7 6 1 0 a 的基础上，设计p d p 显示器所需的寻址高压驱动芯片。整个课题的重点在于整个时序电路和为实现耐 压功能而进行的高压器件的设计。 本文对p d p 的工作原理和系统结构作了详细的介绍和分析，在对s t v 7 6 1 0 a 的工作原理进行全面了解的基础上，设计寻址芯片中的电路结构并在计算机上对 整体电路进行了模拟仿真。随后根据制定的设计规则完成了电路全定制版图设 计，并对版图进行了d r c 、l v s 以及后仿真验证。文中还分析了高压器件的结 构，并在考虑到高、低压器件在工艺上兼容性的基础上设计了工艺流程，定量计 算了所需的工艺参数值。芯片在杭州士兰进行了多次流片，因此在文中对测试 过程和结果也做了详细的介绍。 a b s t r a c t t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n to fan e wc h i pw h i c hi su s e d a sa na d d r e s s i n gd r i v e ri na c p d p c o l o ra c p d pf i n d sw i d em a r k e ta n d a p p l i c a t i o np e r s p e c t i v ei nt h e f i e l do fi n f o r m a t i o nd i s p l a ys i n c et h e2 1 t hc e n t u r y a f t e r y e a r so f d e v e l o p m e n t ，m o s to ft h et e c h n o l o g yr e f e r r e dt oa c - p d ph a sc o m et o m a t u r i t y , h o w e v e rn e ws t r u c t u r e s ，p r o c e s s e sa n dd r i v i n gm e t h o d sa r e a l w a y sc o m i n go u t n o w a d a y st h es t r u g g l ea m o n gd i f f e r e n td i s p l a y i n s t r u m e n t si s e x t r e m e l yd r a s t i c c o m p a r e dw i t ht h ec r ta n dl c d ， a c p d ph a st h eo u t s t a n d i n gm e r i t s ，w h i l et h e r ea l es t i l ls o m ed i f f i c u l t s k i l l st h a ta r ew a i t i n gt ob es o l v e d ：o p t i m i z et h es t r u c t u r eo fd r i v i n g c i r c u i t ，h e i g h t e nt h el u m i n e s c e n c ee f f i c i e n c yrr e d u c et h ec o s ta n d s oo n t h i sp r o j e c ti st od e s i g nap d ph i g hv o l t a g ed r i v i n gc h i p ，r e f e r r i n gt o i cs t v 7 6 1 0 aw h i c hi sap r o d u c to fs t c o m p a n y ，w h i c hi sb a s e do n 觚 o v e r a l lc o m p r e h e n s i o no fp d pd r i v i n gc i r c u i t s ( i n c l u d i n gt h es c a n n i n g d r i v i n gc i r c u i ta n dt h ea d d r e s s i n gc i r c u i t ) t h em o s ti m p o r t a n ta n d d i f f i c u l tp o i n to ft h ep r o j e c ti st or e a l i z et h el o g i cf u n c t i o no ft h ed i g i t a l p a r ta n dd e s i g nt h eh i g hv o l t a g ec o m p o n e n t s t h i sd i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e st h e o p e r a t i n gp r i n c i p l e a n ds y s t e m o r g a n i z a t i o no fp d p , a n a l y s e st h ec i r c u i tt o p o l o g ya n df u n c t i o n o nt h e b a s i so fu n d e r s t a n d i n gt h eo p e r a t i n gp r i n c i p l eo ft h ec h i ps t v 7 6 1 0 ，t h e d e s i g no f t h en e wc h i pw a sc a r r i e do u ta n dt h es i m u l a t i o no ft h ec i r c u i t w a sc o m p l e t e d , e n s u r i n gt h ep o s s i b i l i t yo ft h ec k c m t f i n a l l yt h el a y o u t o ft h ec i r c u i tw a sf i n i s h e dc o n f o r m i n gt ot h ed e s i g nr u l e m a n yo t h e r a s p e c t sw e r ea l s os h o w n ，i n c l u d i n gt h es t r u c t u r e so fh vc o m p o n e n t s ，t h e p r o c e s st h a tc a nc o m p a c th i g h - v o l t a g ea n dl o w - v o l t a g ed e v i c e so i lo n e c h i p t h et a p e o u to ft h ec h i pw a sc a r r i e do u ti ns i l a nh a n g z h o u t h et e s t r e s u l t sa r ea l s oc a r e f u l l ye x p l a i n e d 新江大学硕士研究生毕业论文 第一章绪论 1 1 课题的背景 对彩色等离子平板显示屏的研究始于7 0 年代，可是只有到了9 0 年代，人们 才逐渐意识到彩色等离子显示器件就是长期以来追求的家用壁挂式大屏幕平面 彩色电视的理想选择。随着社会信息化程度的不断提高，在世界上兴起信息高速 公路和高清晰度电视( h d t v ，h i g l ld e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ) 的热潮，进一步使大 屏幕彩色显示器件成为信息显示领域国际前沿发展方向之一。p d p 因为具有大 尺寸、超薄、高分辨率、全色、宽视角、无图象畸变、不受磁场影响和长寿命等 特点，与l c d 一起被称为2 1 世纪国际信息高科技主导产品。 1 2p d p 技术发展历程及现状 等离子平板显示屏( p l a s m a d i s p l a y p a n e l ，简称p d p ) 是继阴极射线管( c r t ) 和液晶屏( l c d ) 之后的一种新颖直视式图象显示器件，等离子显示器以其出众 的图像效果，独特的数字信号直接驱动方式而成为优秀的视频显示设备。 1 2 1p d p 技术的发展历程 等离子显示器从出现到现在，已经经历几个发展阶段。1 9 6 4 年，美国伊利 诺斯大学教授d l b i t z e r 和h g s l o t t o 霄发明了p d p 技术；2 0 世纪7 0 年代， 由于p d p 没能色彩化、辉度极小、发光效率低以及功耗大，曾一度处于低谷； 1 9 8 5 年研制成三基色条状屏；1 9 8 7 年实现了三色点阵式彩色a c p d p ，p d p 才 真正走上发展之路；进入2 0 世纪9 0 年代，等离子体显示板市场出现了根本性的 变化，应用范围不断扩大，成本也随着大规模集成电路的发展而下降；此后p d p 的技术发展主要分为以下三个阶段： ( 1 ) 1 9 9 6 年“等离子体电视时代”的起点；此阶段产品技术发展与生产成本的 控制均处于非成熟阶段，其产品主要用于工业大屏幕监视。 ( 2 ) 1 9 9 6 - , 2 0 0 0 年：产品技术逐步成熟，生产成本有所下降，其产品的商业用 途开始。 ( 3 ) 2 0 0 0 年至今：产品技术完全成熟，成本大幅下降，其产品家庭用途开始。 浙江大学硕士研究生毕业论文 1 2 2 国内外p d p 的发展现状 在国外，日本对p d p 技术的研究如同对液晶显示( l c d ) 技术的研究一样 远远走在其他各国的前面，到目前为止，日本已有2 0 多家公司和企业从事彩色 p d p 技术的研究和开发，主要的公司有富士通、n e c 、三菱电机、松下电子、 n h k ，先锋等。 自从2 0 0 1 年以后，随着新技术的应用，彩色p d p 的性能指标大幅度提高， 峰值亮度从以前的3 0 0 5 0 0 c d m 2 提高到7 0 0 1 0 0 0 c d m 2 ，对比度从以前的4 0 0 ： l 提高到1 0 0 0 ：l 3 0 0 0 ：1 ，画质己达到家用t v 的要求“1 。2 0 0 3 年7 月2 4 日， 日本最大的5 家p d p 生产产家松下、富士通、日立、先锋、n e c 联合成立下一 代p d p 研究中心a p d c ，a p d c 的任务是开发提高发光效率，降低功耗和降低 生产成本的新技术。近几年来，韩国的l g 、三星以及中国台湾的中华映管，台 塑光电也在不同的程度上占据一定的p d p 市场份额。彩色p d p 目前最大亮度达 到1 5 0 0 c d m 2 ，最大暗室对比度达到1 0 0 0 0 ：l ，灰度级从2 5 6 到4 0 9 6 ，对角线尺 寸从3 2 英寸到1 0 2 英寸，显示容量从8 5 2 4 8 0 到1 9 2 0 1 0 8 0 ，已成为大屏数字 电视和高清晰度电视理想的显示器件。 与国外相比，国内在这个领域起步较晚，技术基础相对薄弱，尚处于研究 开发阶段。目前开展彩色p d p 研究的单位有西安交通大学、中电集团南京第5 5 研究所、彩虹集团公司、东南大学等。2 0 0 2 年下半年彩色p d p 的低价格化和低 功耗化，加速了彩色p d p 的普及进程，彩色p d p 作为电子信息产业新的经济 增长点已经开始变成现实，中国无疑是彩色p d p 的最大市场之一，发展中国的 彩色p d p 产业对2 l 世纪中国经济高速发展具有非常重要的意义。 1 3p d p 与c r t ，l c d 的对比 很多消费者钟情于p d p 显示器，是因为p d p 具有很多显著的优点。下面 简单介绍一下p d p 的优点： 1 ) 超大、超薄、多种显示终端、宽视角、可按受数字电视、无x 射线辐射 2 ) 显示器各个发光单元的结构完全相同，不会出现图象几何畸变。其屏幕亮度 非常均匀，没有亮区和暗区 3 ) 不会受磁场影响，具有很好的环境适应能力，不存在聚焦问题，完全消除了 2 浙江大学顽士研究生毕业论文 c r t 使用年久散焦及色彩漂移问题，其表面的平直也使大屏幕边角处的失真 和色纯度变化彳导到彻底改善，且弥补了c r t 不能做到3 8 ”以上大屏幕的不 足。 4 ) 它色彩反映快，不会出现液晶电视的拖尾现象。它弥补了背投电视亮度低、 对比度差、笨重且体积大的缺点，更免去了l 2 年就要更换投影管的烦恼。 p d p 等离子显示器是未来大屏幕数字电视系统化发展、高新技术和消费时 尚的必然趋势。在接下来几年，p d p 将在与l c d 的激烈竞争中得到长足发展。 表1 1 显示了最新的p d p 和l c d 技术所能达到的性能指标。 表1 - 1p d p 和l c d 的性能对比 2 0 0 5 年量产技术2 0 0 7 年量产技术 p d p 面板t f t - l c d 面板p d p 面板m ：l c d 面板 对比度 5 d ：l8 0 0 ll1 2 0 ：l1 2 0 0 ：l 峰值亮度 1 2 0 05 0 01 5 0 08 0 0 色彩重现度 9 0 0 68 0 1 0 0 9 5 颜色i o 亿色1 6 7 0 万色4 0 亿色1 0 亿色 f 大尺寸化3 5 1 0 2 英寸1 0 1 6 0 英寸3 7 1 2 0 英寸1 0 - 8 0 英寸 ( 4 2 英寸主流)主流2 0 - 3 2 英寸主流4 2 5 0 英寸主流2 6 - 4 0 英寸 响应时间 1 0 u s1 2 m sl o u s5 8 m s 视角 1 7 0 01 7 0 。 1 7 0 。1 7 0 。 分辨率 1 0 2 4 + 7 6 81 3 6 6 7 6 81 0 2 4 7 6 81 9 2 0 1 0 8 0 1 0 2 妒1 0 2 41 0 2 4 1 0 2 41 3 6 酽7 6 8 寿命6 0 0 0 0 h6 0 0 0 0 h6 0 0 0 0 h6 0 d 0 0 h 功耗 3 0 0 w 2 2 0 w2 2 0 w 1 5 0 w 尽管等离子与其他显示器相比，具有以上的优点，但是，由于等离子显示器 设计上的独特性，也使得它不可避免地具有一些缺点：比如耗电量较大，一般等 离子的耗电量都达到3 0 0 w ( 以4 2 英寸为例) ，屏幕也由于显示屏上的玻璃较薄， 浙江大学硕士研究生毕业论文 所以不能承受重压，还有就是p d p 的价格虽然这几年一直呈现下降的趋势，但 是依然较高，虽然p d p 已经开始走入家庭。但是远耒普及 1 4p d p 今后发展的方向 进一步提高产品性能，降低价格以突破市场是p d p 今后发展所面临的主要 课题。p d p 技术及产品今后一段时间的主要发展趋势如下婀： ( 1 ) 提高p d p 产品的发光效率 富士通公司研究资料表明，通过放电气体和电极结构的改善，可使发光效 率从目前的1 8h n ，w 提升至2 5i m w 。再通过驱动电压波形的改善、荧光粉的 改善和障壁的改善，合计可使发光效率达到5l m w 。 ( 2 ) 提高p d p 产品显示画面质量 目前彩色p d p 产品的r 、g 、b 视频信号大多为8 位，发展趋势是采用l o 位或者1 2 位视频信号，显著提升p d p 产品的彩色和灰度再现能力。 ( 3 ) 高效、节能的p d p 显示屏制造技术 缩短工艺处理时间，降低制造能源消耗，降低材料成本。 “) 降低p d p 产品的功耗 优化产品结构设计和电路设计，使4 0 英寸级p d p 产品功耗从目前3 0 0 w 左 右降低到2 0 0 w 以下，甚至接近1 0 0 w 。 ( 5 ) 提高4 0 英寸级高分辨率p d p 产品市场竞争力 随着高清晰度电视产业的发展，4 0 英寸级高分辨率p d p 产品已成为等离子 体电视的发展重点，但需要解决价格偏高的问题。 显然，降低材料成本和设备成本是减少整个p d p 制造成本要采取的主要措 施，预计到2 0 1 0 年每块4 2 英寸板的材料费必须从2 0 0 0 年的4 8 0 美元降低到1 5 0 美元。就现在p d p 市场的实际情况看，市场和价格正处在一种僵持状态，一方 面突破市场需要减低成本，另一方面降低成本要达到规模产量价格才能下降。销 量取决于价格，但预定的价格，会给生产企业带来什么，这是不言自明的。但为 了打破这一僵局，生产厂家采取首先主动降低价格以启动市场，再在扩大产量的 基础上降低成本的市场策略已是必然的选择。 综上所述目前p d p 生产技术日趋成熟，市场前景十分巨大，而真正启动市 场的关键是降低成本，与此同时，我们必须注意相关技术如p a l c ，f e d ，有机 4 浙江大学硕士研究生毕业论文 e l 和各类投影显示技术的发展，并以此作为p d p 获得更好的性价比的动力。 1 5 本课题的研究对象及意义 本课题的研究对象是p d p 电路系统中的驱动芯片，包括p d p 扫描驱动芯片 和寻址驱动芯片。驱动芯片是整个p d p 系统中的重要部分，在电路系统结构中 直接与显示屏相连，决定最终显示屏能否电亮和图象能否正常同步输出。研制 p d p 扫描驱动芯片和寻址驱动芯片，主要是基于以下几个方面的考虑： 1 ) 就技术方面来说，p d p 驱动芯片需要实现将低压的逻辑控制电平转化为高压 的驱动电平。在高压部分，扫描芯片内部高压管耐压需达到1 8 0 v 以上，对 于寻址芯片来说，其高压管耐压也要求有8 0 讥因此该芯片涉及到功率集成 技术和高压集成技术，在在整个芯片的设计中同样也是难点，很有研究的价 值。 2 ) 就应用方面来说，市场的价格永远决定商品的竞争力，就p d p 的价格组成成 分来讲显示器和驱动电路的成本基本上各占三分之一，对显示屏而言，可 以通过提高制作工艺来降低成本，对驱动电路来讲，必须通过减少电路的体 积和复杂度来降低成本，随着屏幕象素的急剧增加，驱动和控制电路的规模 和复杂度也随之增加，寻找更好的驱动方式，更简单的驱动电路的要求日显 重要，而这又必须在对p d p 整个系统以及其内部电路的工作原理有个比较全 面的理解的基础上才能进行。 3 ) 目前，国外商品化p d p 显示器电路系统中的高压驱动电路都是各个公司自主 开发的专用集成电路，价格相对比较贵，为我国p d p 的国产化带来了很大的 阻碍。因此，研制具有我国自主知识产权的p d p 驱动集成电路十分必要，推 动国内p d p 技术的进步以及p d p 产业的发展都有着重要的意义。 5 浙旺大学硕士研究生毕业论文 第二章p d p 的工作原理 p d p ( p l a s m ad i s p l a yp a n e l ) ，即等离子显示屏，台湾地区称之为电浆显示 屏。p d p 是一种利用气体放电的显示技术，其工作原理与日光灯很相似。它采用 了等离子管作为发光元件，屏幕上每一个等离子管对应一个像素，屏幕以玻璃作 为基板，基板间隔一定距离，四周经气密性封接形成一个个放电空间，放电空间 内充入氖、氙等混合惰性气体作为工作媒质，在两块玻璃基板的内侧面上涂有金 属氧化物导电薄膜作激励电极。当向电极上加入电压，放电空间内的混合气体便 发生等离子体放电现象，也称电浆效应“1 。气体等离子体放电产生紫外线，紫外 线激发涂有红、绿、蓝荧光粉的荧光屏，荧光屏发射出可见光，显现出图像。当 每颜色单元实现2 5 6 级灰度后再进行混色，便实现彩色显示。从工作原理上 讲，p d p 技术同其它显示方式相比存在明显的差别，在结构和组成方面领先一步。 从技术原理看，由于p d p 中发光的等离子管在平面中均匀分布，这样显示 图像的中心和边缘完全一致，不会出现扭曲现象，实现了真正意义上的纯平面。 由于其显示过程中没有电子束运动，不需要借助于电磁场，因此外界的电磁场也 不会对其产生干扰，具有较好的环境适应性。p d p 是一种自发光显示技术，不需 要背景光源，因此没有视角和亮度均匀性问题。而三色荧光粉共用同一个等离子 管的设计也使其避免了聚焦和汇聚问题，可以实现非常清晰的图像。 2 1 彩色等离子体显示器的分类 彩色p d p 从工作方式上分为交流p d p 、直流p o p 和交直流混合型p d p 三种， 目前已实现商品化生产的均为交流彩色p d p 。交流型的p o p 根据电极结构的不同， 又可分为单基板型和双基板型两种类型。双基板型a c - p d p 的两个用于维持放电 的电极呈正交分布在上下两个基板上，气体放电发生在两个基板之间，也被称为 对向放电式a c p d p 。但是现在由于带电粒子在电场的作用下会轰击涂敷在基板 上的荧光粉，使荧光粉加速老化，影响了器件的寿命，双基板a c - p d p 在实际产 品中已经比较少。而单基板型a c p d p 具有结构简单、易于制作、放电效率高等 优点，现在已经成为p o p 产品的主流。而且单基板型由于两根用于维持放电的电 极平行位于同一基板上，放电过程中的带电粒子被束缚在两个电极附近，减少了 电子对荧光粉的轰击，从而大大延长了显示屏的使用寿命，所以目前的产品都采 6 浙江大学顽士研究生毕业论文 用单基板型较多单基板型a c - p d p 又常因为它的放电形式被称为表面放电型 a c p d p 。 典型的表面放电型a c - p b p 的显示屏结构如图2 1 所示。显示器的气体放电 腔由水平、垂直电极形成许多小单元，称为亚像素单元( s u b - p i x e l ) 。相邻的3 个单元依次涂有红、绿、蓝三基色荧光粉组成一个像素单元，整个显示器由以百 万计的像素组成。介质层上镀有氧化镁( m g o ) 保护层，可以利用m g o 具有高的 二次电子发射率、低的溅射率来降低点火电压和延长显示器的寿命啪。 图2 1 表面放电型a c - p d p 显示屏结构 在电极结构中，x 电极作用是提供一个维持电压，完成放电单元的放电维持， y 电极对屏进行逐行扫描并与x 电极维持放电单元的放电。a 电极是寻址电极， 根据图象信号对需要进行维持放电的单元进行选择。 2 2 表面放电型a c _ p d p 的工作过程 表面放电型a c p d p 的发光原理比较简单，利用在电极之间加电压方式，使 放电空间的气体产生电离效应而放出紫外线，用这个紫外光轰击涂在玻璃管壁表 面上的荧光粉时，荧光粉就会被激发出可见光，而涂在玻璃管壁表面上的荧光粉 的种类决定可见光的颜色。图2 2 表示的是表面放电型a c - p d p 的工作原理图。 了 浙江大学硕士研究生毕业论文 舟 莳基扳 _ _ _ j _ _ a _ _ _ 屉 蓁獭蓁 、 ! 。崖 牺 爨瑟露莲i 瓣 、 一 币蕞扳 图2 2 表面型放电式a c - p d p 放电单元结构 上图是单个像素单元的工作原理，要实现整个显示屏上所有像素的协调工 作，就必须引进驱动方式来控制所有像素单元。就彩色p d p 的驱动方式而言， 近几年发展迅速，出现了很多新的驱动方式，而其中富士通的a l i s ( a l t e r n a t e l i g h t i n go f s u r f a c em e t h o d ) 驱动方法，比较容易同时实现高亮度和高分辨率嘲 该论文中讨论的s t v 7 6 1 0 a 采用的还是比较传统的寻址与显示分离的驱动技术 ( a d s ) ，这也是目前应用比较多的，很多其他的工作方式都是在其基础上发展 起来的。在a d s 工作方式下，每个电视场被分成若干个子场，通过每个子场分 别完成初始化过程、选址过程和维持过程，来实现一个电视场的显示嘲。下面详 细介绍各个过程： 初始化过程 初始化过程的作用是使全屏的所有放电单元达到一致状态，为接下来的选址 过程做好准备每予场的初始化过程又分为三个阶段，首先是在x 电极上施加一 高电压正脉冲，幅度远高于x ，y 电极间的着火电压，使全板所有单元不论内壁 有无壁电荷均能产生一次强烈的放电，产生大量的壁电荷。通过放电，消除各单 元问壁电荷的不均匀性。同时产生的壁电压大于气体的着火电压，使单元在正脉 冲过去后产生自放电，消除单元内的壁电荷，由于自放电过程慢，所以在施加高 脉冲后，必须留有充分的自放电时间。 第二个阶段是对在自放电过程中由于单元畸变等原因没有消除的壁电荷进 行放大。自放电后，在x 电极上积累的是电子，y 电极上积累的是正离子，为了 对壁电荷数量进行放大后消除，在自放电后，y 电极上施加一正脉冲，使有壁电 8 浙江大学硕士研究生毕业论文 荷的单元产生一次放电，已无壁电荷的单元将不再放电，从而不再产生新的壁电 荷。然后，在y 电极上再旌加一个负脉冲，使壁电压极性反转。 第三阶段是消除第二阶段产生的壁电荷，以确保下一步选址时，单元内的壁 电荷对选址不至于造成影响。消除单元内的壁电荷方法是在所有的y 电极上施加 一幅度逐渐上升的斜坡脉冲，此斜坡脉冲的作用是不论单元内壁电压的幅值是多 少，一旦壁电压的幅值与斜坡脉冲某一位置的幅值相加大于或等于气体的着火电 压，单元就放电，放电后，使原壁电荷的数量减少，减少到一定程度后，放电熄 火。随着斜坡脉冲幅度的缓慢上升，一旦满足放电条件，再发生一次弱放电直至 当斜坡脉冲达到最大时为止。由上述分析可知，斜坡脉冲的施加，可以通过一系 列的弱放电逐渐消除单元内的壁电荷，最后达到斜坡脉冲的最大幅值与单元内的 残留的壁电荷之和小于着火电压。这里要注意的是斜坡脉冲的上升速度一定要 慢，使单元一旦放电，电压的上升不足降低壁电荷消失的速度，达到产生弱放电 的目的。上述各过程各电极上电压和电荷积累状态如图2 3 所示。 笆当苣当 ”州yo v a 高压放电后 x y b 自放电后 奄舟 酋酋 xo vy _ 1 7 0 r c 残留壁电荷放大 x 丫 d 攘除后 图2 3 初始化过程中各电极上的电压和电荷积累 9 浙江大学硕士研究生毕业论文 选址过程 消除单元内的壁电荷后，进入选址过程。选址过程要完成的工作是对全屏进 行顺序扫描，为所要点亮的单元积累维持放电时所需的壁电荷。 选址是在a ，y 电极间进行的，并采用一次一行的选址方式。在选址到某一 行时，给需选址单元对应的a 电极施加一正脉冲数据信号，该行对应的y 电极施 加一负脉冲，使电压之和大于a ，y 电极间的着火电压，由于选址时x 电极施加 一正电平，选址放电在x ，y 电极上的介质表面形成壁电荷。某行选址时，其他 行中掩加的是不足以导致a ，y 闾放电的负电压。 屏上所有行均选址后，所有选址单元内均产生了壁电荷，有壁电荷存在，相 当于将一子场的图象信号用壁电荷写入了相应的单元内。 维持过程 选址过程完成后就进入维持过程，维持是在x ，y 电极间进行的，其作用是 使在选址过程中积累了壁电荷的单元进行维持放电发光。维持的第一个脉冲必须 与选址单元内的壁电压的极性相同，以确保所加的维持脉冲的幅度和壁电压之和 大于x 、y 电极间的着火电压，产生用于显示的放电。随着放电的进行，单元内 的壁电荷由逐渐减少直至无壁电压，最后过渡到反向积累，到放电结束时，壁电 压的极性与放电前极性相反。下一个极性相反的脉冲至目来时与上一脉冲刚好极性 相反，因此，第二个脉冲到来后，刚好与上一次放电产生的壁电压极性相同，相 加大于着火电压，再一次放电。所以在维持阶段，x 、y 电极上施加的必须是双 极性脉冲。同时，为了不误写，维持电压必须小于着火电压，防止在经过选址过 程后没有积累壁电荷的单元也发生放电。选址和维持阶段各电极上的电荷和电压 情况如图2 4 所示。 a v ai r e 寻e 蛋 矿皆舌飞n 矿珏 e 兰当酋 x 1 0 0 v 1 i r - 1 粥vx o v y 1 7 0 v e 选址后f 第一次维持 图2 4 选址过程和维持过程中各电极的电荷和电压 l o 浙江大学硕士研究生毕业论文 上述的过程还可以通过下面的子场驱动波形图更加清晰的理解，具体如图 2 5 所示： a 籀圈吐 图2 5 子场驱动波形 由上图可以看出a c o p d p 初始化过程是全屏同时进行的，接下来通过逐行 对y 电极施加负电压j 与a 电极上的电压对各个显示单元是否积累壁电荷进 行选择，其他不被扫描的各行施力l - v s c ( v s c 与a 电极上的高电压叠加仍然低于 着火电压) 。如果某个单元需要点亮，经过驱动电路处理，在a 电极上将被施加 正电压，与、1 3 r 叠加高于着火电压，产生放电在各电极上积累壁电荷；相反如果 某个单元不需点亮，这时a 电极上为零电压，与、，y 叠加小于着火电压，不会发 生放电，在各个电极上也就没有积累壁电荷。所有y 电极扫描完一次，就完成 了整个屏幕的选址过程，全屏幕同时进入维持过程，再通过对y 电极和x 电极 上施加维持放电所需的脉冲完成一个子场的点亮( 这里的v s 与壁电压叠加需大 于着火电压) ，接下来全屏进入下一个子场的工作过程，依次完成一个电视场八 个子场，就实现了整个显示屏一个电视场的显示。 o o o o o x k k k ；。k 浙江大学硕士研究生毕业论文 2 3 八子场灰度显示原理 根据人眼的视觉特性，当一定强度的光突然作用于视网膜，不能在瞬间形成 稳定的主观亮度感觉，而有一个短暂的过渡过程，随着时间的增长，主观亮度感 觉由小到大，达到最大值后又降低到正常值，图2 6 显示了在不同亮度下亮度感 觉与作用时间的关系。可以看出，人眼对一定强度光的亮度感觉不仅取决予光的 强度，而且还与光作用的时间有关系。对于窄的光脉冲作用于人眼时，主观亮度 感觉与光脉冲的关系如图2 7 所示，由图可以看出，当光脉冲消失后，亮度感觉 并不立即消失，而是按指数形式减少。人眼的上述特性称为人眼的视觉惰性 董 器 嚣 | 、 廷 憎 ，、殳 i h 毖 多钳 、 j _丐一 时强t l 图2 6 亮度感觉和时间的关系 蓬 能 权 铂 善 时崤 图2 7 主观亮度和光脉冲的关系 当人眼受到重复频率高于临界闪烁频率以上的光脉冲的刺激，人眼不再感 受到闪烁，此时主观亮度感觉等于光脉冲的平均亮度值啪。如图2 8 所示，只要 光脉冲的频率高，在一定时间段内可以用光脉冲个数来区分亮度的层次。a c p d p 就是运用这个原理来实现不同的亮度显示的。 镌 鬟 日墨凸口口 蓑i 西丑凸 t繁t 对辑对棚 厂l 一蒙 对嚼对脚 图2 8 光脉冲个数和亮度感觉的关系 1 2 篙撒濠棒 渐江大学硕士研究生毕业论文 对于a c p d p 来讲，在维持显示期，每个单元的状态，只有点亮和不点亮两 种，每次放电在瞬间完成，而且放电单元有记忆功能，不能用调制脉冲宽度或控 制放电强度的方法来改变显示的亮度，即实现多灰度显示，考虑到每次维持放电 的强度相同，放电引起发光就是一个发光脉冲，所以在p d p 中也可以通过调节维 持脉冲个数的方法来实现多灰度级显示，这也是寻址与显示分离的子场驱动方法 的基础。 现在采用a d s 驱动方式的a c p d p 都采用八分场的方法，也就是把一个电 视场分成八个子场，对于时间的分配每个子场之间是不均衡的。如图2 9 所示。 p d p - i 作时首先把每个像素信号量化为八位编码的数据，每位数据的权重由显示 该位时显示期的维持脉冲的个数来决定。各个子场的初始化阶段，选址阶段的时 间是一样大小的，区别在于各个子场的维持显示阶段的时间呈现1 ：2 ：4 ：8 ： 1 6 ：3 2 ：6 4 ：1 2 8 的关系，维持显示阶段时间越长，表明可以施加的维持脉冲数 越多，根据图2 8 光脉冲个数和主观亮度的关系可以得出权重越大的位为高电平， 说明该像素单元给人眼的感觉就越亮，从而可以实现灰度显示。而各子场的维持 显示阶段的时间比恰能实现灰度从0 ( 0 0 0 0 0 0 0 0 ) 到灰度2 5 5 ( 1 1 1 1 1 1 1 1 ) ，一共 2 5 6 级的灰度显示。 图2 9 八子场灰度显示原理图 浙江大学硕士研究生毕业论文 2 4 彩色a c - p d p 的系统结构 电路系统是彩色a c - p d p 整机的重要组成部分，p d p 显示图象的质量如何和电 路系统的性能有着极其密切的关系。电路系统的设计与显示屏的结构是紧密联系 的，显示屏放电单元的结构、电极的引出方式等因素都直接决定电路系统的结构。 虽然电路系统的结构会因显示屏的不同而有所变化，但总体来说，依据功能、作 用不同，a c - p d p 的电路系统均可分为四个主要部分：接口电路、存储控制电路、 电极驱动电路和电源d c d c 转换电路。下面分别介绍电路系统的这四个部分： 1 接口电路 接口电路是p d p 整机的重要组成部分，它对外部输入的图象信号作解码( 对 于v g a 信号输入则不用解码) 、数字化、格式转换处理，以使其满足a c p d p 的后 级处理电路的数据要求，并产生如同步、消隐、数据时钟等图象控制信号送给后 级存储控制电路嘲。 。 彩色等离子体显示器要求能够正确接收并显示计算机及视频两种类型的图 象信号。所谓的计算机图象信号主要是指标准v g a 图象及字符格式，视频信号包 括n t s c 、p a l 制式的符合视频输入( c v b s ) 、s - r i d e o 输入及射频( r f ) 电视信号 输入。由于2 1 英寸p d p 的分辨率是6 4 0 * 4 8 0 ，4 2 英寸p d p 的分辨率为8 5 2 * 4 8 0 ，因此 要求接口电路能对v g a 和视频信号分别进行处理，处理后得到的图象格式分别适 合2 1 英寸和4 2 英寸彩色等离子体显示器的显示格式。图2 1 0 是比较典型的接口电 路的构成。 图2 1 0 典型的接口电路的系统结构 中央控制单元提供p d p 整机所需的所有全局信号如行、场同步，数据时钟等， 1 4 浙江大学硕士研究生毕业论文 并通过串行总线存取各功能模块芯片的寄存器以及对其工作加以控制、协调，同 时依据接收到的遥控或者本机键盘的信号对p d p 整机的工作按照用户要求加以实 时调整。 数字解码器的输入信号包括外部视频信号输入v i d e o - v h s 和外部射频信号 ( r f ) 经电子调谐器解调输出的普通全电视信号( c v b s ) ，中央控制单元通过总 线控制数字解码器从而实现对v i d e o s 一、h s 以及c v b s - - - 个不同通道信号的解码输 出。依据上图，同时进入模拟开关的信号有两路：v g a 的模拟r 、g 、b 和数字解码 器输出的模拟r 、g 、b 信号，由中央控制处理单元控制模拟开关来选择v g a 或视频 两个通道的信号送到后级的视频处理和模数转换a d 电路。 a d 转换后的r 、g 、b 信号各有8 位，经过色彩校正电路后同时送给中央控制 单元傲必要的后级处理( 如信号同步、缓冲) 。色彩校正主要完成如下两部分 功能：1 ) 反伽玛校正。由于外界输入的图象信息大多为c r t 显示器设计，预先进 行了y 校正，而p d p 具有线性输入特性，所以为确保彩色p d p 正确的显示图象，在 接目部分还应对显示数据进行相应的反y 校正。2 ) p d p 由于其他可见光引起三基 色色域不平衡。p d p 内部所充气体放电除了产生真空紫外线外，还存在可见光波 段的桔黄色光，这就相对于从感官上降低了蓝色分量，因此可通过色彩校正人为 增强蓝色光亮度以提高p d p 整机的图象色彩质量。 2 存储和控制电路 通过接口电路处理，v l d e o s - v h s 以及c v b s 被转换为8 位的r 、g 、b 信号，然 后送入存储和控制电路。该部分电路全部为数字电路。所要实现的功能主要是进 行数据的转换、存储和读出等处理。它主要有四部分组成：数据分流和预处理、 子场数据整理和存储和驱动控制电路。其中数据分流和预处理按照显示屏寻址电 极分为上、下两部分的特定结构而将图象数据分开；子场数据整理和存储主要将 分流后的数据按予场分离、并存储到帧存储器里；驱动控制电路主要产生驱动电 路的逻辑控制信号，用来控制后面的扫描驱动芯片和寻址驱动芯片。 3 电极驱动电路 电极驱动电路是直接与寻址电极、扫描电极和维持电极直接相连的电路，完 成显示数据的最后处理和高压驱动电极的功能。在实际电路中所有的维持电极是 浙江大学硕士研究生毕业论文 连在一起的，不需要电极驱动芯片，而扫描电极和寻址电极则分别有其专门的 电极驱动芯片来完成驱动功能。由于在完成分子场显示的过程中，各个电极上需 要施加不同幅值的高压，这些电压的产生都是靠高压选择电路来实现的。 4 电源转换电路 电源部分主要包括开关电源和d c d c 变换电路，用以产生整个电路系统所需 的各种电压。 1 6 浙江大学硕士研究生毕业论文 1 7 爨姆繇埙整卿dqd_u步球o譬jii灏 浙江大学硕士研究生毕业论文 第三章p d p 寻址驱动芯片的设计 a c - p d p 系统中有两种驱动芯片：扫描驱动芯片和寻址驱动芯片，其中扫描 驱动芯片是用来驱动扫描电极的驱动芯片，而寻址驱动芯片是用来驱动p d p 显示 屏寻址电极的驱动芯片。下面通过剖析s t 公司的s t v 7 6 1 0 a 来对芯片的电路结构 及功能做具体的介绍。 3 1 芯片s t v 7 6 1 0 a 简介 s t v 7 6 1 0 a 是一款采用b c d 工艺制作的，应用于p d p 显示屏的寻址驱动芯片， 采用6 路数据并行输入，可以实现9 6 路的寻址，通过级连多块s t v 7 6 1 0 a 可以扩 展对p d p 显示屏的寻址功能叫。 该芯片具有以下几个特征： 1 采用t q f p l 4 4 的封装形式 2 6 路并行输入，9 6 路并行输出 2 时钟频率2 0 姗z 3 逻辑部分电压源：5 v 4 模拟部分电压源：9 0 v 5 驱动输出电流：一6 0 玎l a + 5 0 i i l a 6 工作温度：一2 0 - 8 5 7 可以通过管脚p o l 和b l k 可以实现所有输出预置高电平或低电平 芯片的封装和管脚定义如图3 1 所示。 1 8 塑垩查堂堕主至墅竺兰些笙苎 p h p s y m b o ；t y p e d c f 州o n 3 - 3 r t 躺辱4 1 州8 彤埠7 器 牌 7 0 - 7 1 诏1 0 6 - 1 1 0 - 1 1 1 - 1 4 2 - 1 4 3 1 - 2 - 4 2 - 潞- 1 0 7 - 1 0 8 v 舻 s u p p e r h 纳v o l t - 神s 叩p 峥口f p o t v l ! f o u t p u 扛 5 3 v g 哪5 v 咄s u p p 静 4 4 鑫 1 口岛1 4 4 v w g l 。l g r o u n do f p o w e r o l 由哦 飘 v s & g m 憎皤 l 0 9 嶂g r o u n d 5 5 y s s s 塘 i i 加u s 由# 协g = o u a d 7 3 协1 0 so u t l 缸o u t3 3 o u t p u tp o ro 哇 1 t 2 t 0 1 4 t o u t3 4 t o o u t 昭i n 执np o w e ro 4 协冀o u t 6 4 t o o 忻h 鼠np r w t s 0 科xh b 蜘- p 啦 5 p o l扣“np “脚州 5 2 f o r ，r v s 雠咖o r s 眦d h 虻呦 5 8 c l k h 供nc l o d 【硝“组s h 精r 哟蛐计 5 7 s t b 妇惧nl | 椭d d a t a b o 峨胁 拍t 0 6 4 b e i n 弘l 城，“p 城 f m m r ds h n r e g i s t e rb 附 4 4 t 0 4 1 ) 舶t 0 8 1 h 弭i t 蝴nf 甜- 州s 撇陬叼蛔o u t p l t 图3 1 芯片的管脚定义和外形图 乏。裟l；嚣ll li嚣裟；ii黧嚣il嚣嚣嚣麓 乏lll裟=黧ll 1黧黧祭蓉l嚣黧ll嚣嚣il 浙江大学硕士研究生毕业论文 3 2 芯片s t v 7 6 1 0 a 工作原理 c l k o u r 1o u 粥 图3 2 电路内部结构框图 v m u m v 嚣 篡椎社1 绺似 v , o 该寻址驱动芯片的内部结构框图如图3 2 所示。其工作原理是：量o r ：e 澄寸控 制6 个1 6 位移位寄存器的数据传输方向，当f 0 副厩为高电平时，移位寄存器 正向传输，a i - a 6 为输入，b 1 - b 6 为输出；当f o 到衙为低电平时则刚好相反。 当蓟e 良为低电平时，所有输出都为低电平；当茼承为高电平，f 百i l 为低电平时， 所有输出都被拉到高电平。当亘厦和f 石l 都处在高电平时，s t b 和信号输入才 能真正影响输出。s t b 控制数据的锁存，在s t b 高电