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TFT LCD驱动控制电路 目的 了解TFT LCD驱动电路相关基础知识 增强对液晶显示原理的理解 主要内容 液晶模组概述输入 输出信号驱动电路系统电源电路灰阶极性反转Vcom调节Gamma调试方法 1 1TFT LCD模组结构 液晶模组概述 1 透光 TFTOff 不透光 TFTOn 常白模式 1 2TFT LCD显示实现 面板上的象素就像一个 窗户 可改变施加在象素上的电压大小来控制 窗户 的开关程度 从而实现发光的分级灰阶功能常白模式 TFTOff 透光TFTOn 不透光通过增加电压使液晶分子排列最大程度地接近垂直于基板 从而实现漏光较小的黑态 1 3面板驱动电路组成 LVDS连接器 TMDS TTL TTL A Dboard DVI VGA LVDS TMDS 最小化传输差分信号TTL 晶体管 晶体管逻辑电平LVDS 低压差分信号 图象数据产生 信号格式转换 变换成面板显示的控制和数据信号 图象显示 1 4图像数据信号流程 SourceDriverIC 源极驱动IC DataDriverIC XCOF ColumnDriverIC GateDriverIC 栅极驱动IC YDriverIC YCOF RowDriverIC 1 5常用名称 SourcePCB 栅极驱动IC X PCB PCBA TCONboard 2 输入 输出信号 2 1模块输入信号 TTL Transistor to TransistorLogic 信号线上3 3V代表数据 1 0V代表数据 0 信号的每一位都使用一条单独的数据线进行传输特点 工作频率低 电磁干扰大 传输距离短 低压差分信号 LVDS LowVoltageDifferentialSignaling 噪声以共模的方式在一对差分线上耦合出现 并在接收器中相减从而可消除噪声利用 Pair和 Pair之间的电压差来表示数据 当电压差为正代表 1 相反就是数据 0 特点 高速 低噪声 低功耗和传输距离较长 DifferentialSignal Pair Pair 1 2V RGB三路基色信号的每一位都使用一条单独的数据线进行传输 如6bitTTL 需要3 6 18根信号线 R信号6根 R0 R5 G信号6根 G0 C5 B信号6根 B0 B5 TTLDataMapping LVDSDataMapping 特点 在一个时钟周期内连续传送7个数据 如8bit信号仅需要4pairs 8根信号线 与TTL相比 信号线的引线数变少 TCON的尺寸大小就可以变小 信号的振幅变小 减少EMI 2 1TCON SourceIC接口信号 TTL信号 Mini LVDS信号和LVDS一样有正 负信号对构成差分对 主要用于TCON和源极驱动器之间的接口 一对信号线连续传输6或8个数据 一个时钟同时传输左 右两个象素的数据与TTL信号相比 T CON的Pin数显然减少 RSDS信号 ReducedSwingDifferentialSignal 与LVDS 低压差分信号 类似 主要用于TCON和源驱动器之间的接口 ClockP N D0P N D1P N D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2P N D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D3P N D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D4P N D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D5P N D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 R G B R G B 50nSand3cycle Mini LVDSDataMapping RSDSDataMapping TCON输出数据信号比较 T CON的定义 T CON TimingController的缩写它将ADboard供给的图像数据信号 控制信号以及时钟信号分别转换成适合于数据和栅极驱动IC的数据信号 控制信号 时钟信号 它的功能是色度控制和时序控制 内含RAM 具有数据反转 像素极性反转功能 并具有自动刷新模式和老化用的图形 3 驱动电路系统 3 1时序控制器 TCON TCON输出控制信号 源驱动器的控制信号STH 行数据的开始信号CPH 源驱动器的时钟信号 数据的同步信号 TPorLoad 数据从源驱动器到显示屏的输出信号MPOL POL 数据即行反转信号 为了防止液晶老化 而在液晶上的电压要求极性反转 栅极驱动器的控制信号STV StartVertical 栅的启动信号 也是一帧图像的开始CPV ClockPulseVertical 栅的移动信号OE1 OutputEnable 栅的输出控制信号OE2 MultiLevelGate 多灰度等级用的信号 3 2栅极驱动器 Gatedriver 接受TCON输出的控制信号 循序地对栅极线输出适当的开电压和关电压 以驱动TFTLCD的栅极线 Gateline 当移位寄存器为逻辑1时 输出高电位VGH 当移位寄存器为逻辑0时 输出低电位VGL GatesignalTiming STV CPV OE2 Gate1 Gate2 移位寄存器在每经过一个时钟 CPV 周期 便将其输入级的逻辑状态传送到其输出级电平转换器即时将3V 0V的低电压逻辑准位转移到开 关象素TFT所需的VGH或VGL缓冲放大输出若以电位转换器的输出直接驱动栅极线 驱动能力可能不够 因此需要加上缓冲放大器 栅极驱动器结构 Gatedriver 3 3源极驱动器 Sourcedriver 接受TCON控制 将高频输入的数字视频信号存储在缓存中 配合栅极扫描信号的开启 将数字视频信号转换成要输出至象素电极的灰度电压 以驱动TFTLCD面板的数据线 源极驱动器由多个数据驱动IC串联而组成 并要求提供给液晶盒的电压值必须在时间平均上接近零 尽量减少直流成分 以防液晶老化变坏 LVCKP N Tx Rx LVDS LVR1P N LVG1P N LVB1P N LVR2P N LVG2P N LVB2P N RGBData TP SCLK Tx Mini LVDS RSDS POL ShiftRegisters FirstLineLatches SecondLineLatches DAC OutputBuffers GMA1GMA2 GMA14 1 2 3 4 645 1 2 T CON SourcedriverIC 例 6bits 灰度64 源极驱动器结构 Sourcedriver 以取样时钟SCLK的上升沿接收TCON输出的一个象素数据 RGBData 到源极驱动器寄存器 当一行全部象素数据被读取后 以输出脉冲TP将全部数据同时移到保持存储器 移到保持寄存器的数据在DAC处转换为输出至象素电极的灰度电压 源极控制信号时序 DatasignalTiming CPV Gaten Gaten 1 TP Data Data OE2 Gate SourcesignalTiming 3 4栅 源极信号关系 3 5图象数据输出实例 STH TP Panel 1st 2nd Panel 3rd CPV CPV STV Panel Data Line1stfirstdata Line1stlastdata Don tcare 4 电源电路 1 数字逻辑电源 DVDD 3 3V LDO一般情况下是3 3V 有时是2 5V 2 Analog主电源 AVDD 12V 脉冲调制集成电路PWMIC主要用在源驱动器的输出电源和Gamma校正电源 3 栅极开启电源 VGH 27V 主要采用RC电荷泵电路提供栅极打开的电源 该电源为正电源VGH 4 栅极关断电源 VGL 8V 也是采用电荷泵电路提供栅极关端电源 该电源为负电源VGL 电源电路将接口输入的电源电压 5v 3 3v 变换成数据驱动和Gamma电路所需要的各种直流电压 AVDD DVDD VGH VGL IC内部D A的位数与灰度对照表 5 灰阶 GrayLevel 5 1灰阶 对于自然影像 我们需要显示出不同的明亮程度 即灰阶 灰度阶数由数据驱动IC内部D A的位数决定 一般区分灰阶的数目是2N 例如 3 bit源极驱动IC能显示的灰阶数为23 8 常白模式 5 2Gamma电压电路 运算放大器用途 便于Gamma校正电压跟随器输出电压近似输入电压幅度 Uo Ui 并对前级电路呈高阻状态 对后级电路呈低阻状态 因而对前后级电路起到 隔离 作用 5 3Gamma电压 IC输入数据 输出电压和输出灰度关系 IC内部电路 输入数据 灰度 输出电压 输入数据 灰度 输出电压 表1 1 表1 2 N 2n R X2n G X2n B 23n n 数字数据的位数 bit N 能显示的颜色数 R G B三基色组合形成各种颜色 能显示的颜色数是由RGB的数字信号的位数来决定的 5 4Color 说明 PixelInversionMethods 上一帧 下一帧 反转类型 帧反转 行反转 列反转 点反转 6 极性反转 Polarityinversion 常见像素阵列极性反转方式 帧反转 列反转 行反转和点反转 在一个帧写入结束 下一个帧写入开始前 整帧上象素所存储的电压极性都是相同的 每个象素所存储的电压极性 都与其上下左右相邻元素的极性相反 同一行上象素所存储的电压极性都是相同的 同一列上象素所存储的电压极性都是相同的 帧反转在一个帧写入结束 下一个帧写入开始前 整帧上象素所存储的电压极性都是相同的 FrameInversion DotInversion 点反转每个象素所存储的电压极性 都与其上下左右相邻元素的极性相反 6 Vcom调节 由于 Vp 引起理论性的Vcom电压与实际适用的Vcom电压的电压差 因此需要调节Vcom使Flicker最小 Flicker最小标准 人眼判断 调节VCOM的原因 调节VCOM的方法 2 控制盒方法 1 Resistor方法 Ap Gamma调试方法 Gamma调试总体流程 Ap 1 Step1 测量V T曲线 确定Gamma电压与光强的对应关系 byPEorAutoV Tmea System Step2 可编程Gamma系统安装 Buf20820Eva Board Step3 确定L255和L0所对应Gamma电压 CA210 Step4 根据SourceDriverIC的Spec 可以知道各参考Gamma通道所对应的灰阶 Step5 根据r 2 2曲线可以具体算出各个关键点需要的透过率 按照step3测得的L255亮度 可计算出个主要灰阶对应的亮度值 Step6 通过可编程Gamma软件接口调节各个关键GAMMA值 使各关键灰阶的测得亮度与step5的计算值相等 CA210 Buf20820Eva Board Step7 用CA210测量Gamma曲线 CA210 Step8 测试亮度均匀性和Flicker L127 CA210 Step9 计算Gamma电阻阻值 记录Gamma电压 CA210和万用表 Step10 用示波器测量上电顺序和驱动时序 Lecroyoscilloscope Gamma调试流程示例 Step1 测量V T曲线 确定Gamma电压与光强的对应关系 byPEorAutoV Tmea System V TCharacteristicsofPanel NormallyBlack 初步估计Vcom PanelDCV TCurve ModuleV TCurve 提示 V0值取决于源极驱动IC的Gamma特性 在32inch中源极驱动器要求满足系列等式 因此在32inch的Gamma调试中取V0 0 2V AVDD 0 2V V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 0 5 AVDD0 5 AVDD V10 V11 V12 V13 V14 V15 V16 V17 V18 VSS 0 2V Ap 2 Model 32 FFSHDTVResolution 1366x768 Gamma调试条件 Step2 可编程Gamma系统安装 Buf20820Eva Board TheBUF20820Eva softwareinterface Note 需在评估板上测试P Gamma所需的参考电压 Vref high Vref low 并填入右图所示对话框 该系统可将Gamma电压实时变更 BUF20820的存储器只能进行一次写操作 BUF20821可进行20次写操作 Ap 3 RS232 用于AnalogGamma的Gamma调试系统 用于可编程Gamma的Gamma调试系统 Step3 确定L255和L0所对应Gamma电压 CA210 确定V11 预设V1 灰阶L255的测量值上升 3 当L255的测量值最大时 V1 即为V1 如右表所示确定V181 预设V18 灰阶L255的测量值上升 3 当L255的测量值最大时 V18 即为V18确定V91 预设V9 V9 用CA210测量灰阶L0的亮度2 V9 灰阶L0的测量值上升 3 当L0的测量值最小时 V9 即为V9确定V101 预设V10 灰阶L0的测量值上升 3 当L0的测量值最小时 V10 即为V10 Vcenter 最大亮度 Ap 4 确定最大亮度 RelationshipbetweengraylevelandGammavoltage Step4 根据SourceDriverIC的Spec 可以知道各参考Gamma通道所对应的灰阶 Ap 5 32 HDTV8bitsourcedriver NOTE 考虑CA210测量范围限制 选用表中橙色部分进行Tuning Step5 根据r 2 2曲线可以具体算出各个关键点需要的透过率 按照st