gm5020晶片的等离子彩电的研制

基於基於 Genesis gm5020 晶片的等離子彩電的研製晶片的等離子彩電的研製 uPD16305 在等離子體顯示器中的應用在等離子體顯示器中的應用 PDP 資料驅動模組資料驅動模組 STV7610A 及其應用及其應用 基於基於 Genesis gm5020 晶片的等離子彩電的研製晶片的等離子彩電的研製 2004 8 19 摘要 gm5020 是加拿大 genesis 公司為液晶顯示器和其他點陣顯示器產生的高度集成的 圖像處理晶片 介紹了該晶片的特點 功能 原理 並利用 gm5020 設計了等離子彩電 給 出了其硬體結構和軟體流程 等離子彩電能安全避免輻射 是 100 的綠色環保電視 由於不受磁氣和磁場的影響 具有機身纖薄 重量輕 螢幕大 色彩鮮豔 畫面清晰 亮度高 失真度小 節省空間等優 點 等離子彩電 PDP 實現電視 電腦 電訊的三合一 直接滿足了寬帶多媒體資訊網的 要求 PDP 電視是目前彩電大型化的方向之一 在未來的數碼時代將逐步取代體積巨大的盒 體狀 CPT 顯示器而成為未來彩電市場的主導產品 世界上最大的幾家 PDP 生產廠家紛紛宣 佈推出了 PDP 新產品 昭示著 PDP 已開始躍上顯示器市場的大舞臺 但是 PDP 價格高昂 嚴重制約了它的普及 採用 gm5020 設計平板顯示器 具有簡單 靈活 費用低等特點 國內外大多數液晶顯 示器都採用了這種晶片 我們用 gm5020 設計等離子彩電 藉以實現降低等離子彩電的成本 1 gm5020 的特點及功能 gm5020 是加拿大 genesis 公司為液晶顯示器 LCD 和其他點陣顯示器生產的高度集成 的圖像處理晶片 具有以下主要的特徵 1 三個 ADC 輸入 RGB 作為電腦顯卡的輸入 2 一個 8 bit ITU R BT656 視頻輸入信號 YUV 埠 3 一個數位視頻交互介面 DVI 內含高帶寬數位資訊加密保護 HDCP 4 具有圖像放大 縮小 凍結功能 5 具有在屏顯示 OSD 控制的功能 6 片內有 8051 結構的單片機 7 具有幀率轉換 FRC 控制的功能 8 視頻工作頻率高達 160MHz 9 最高解析度 SXGA 為 1280 1024 10 提供一個支援平板顯示器 LCD 或 PDP 的輸出介面和一個支援 CRT 顯示器的輸出 介面 11 提供一個 9 線雙向的資料介面 GPIO 與外部的 MCU 相連 12 一個 2 線 I2C 介面和一個 6 線 I2C 介面 13 具有調節 RGB 和 YUV 信號的色度 對比度 亮度 飽和度的功能 gm5020 的供電電壓為 3 3V 採用 292pin 和 27mm 27mm 的 PBGA 封裝形式 gm5020 原理框圖如圖 1 所示 除四個外部時鐘外 所有時鐘都是由 gm5020 內部通過直接數位同步 DDS 來產生所需要的同步時鐘 gm5020 有兩種重定方式 硬體重定和軟體重定 硬體重定指 gm5020 的 reset 腳 T1 接低電平 1 s 後使 gm5020 復位 軟體重定指通過設置寄存器 HOST CONTROL 的位 SOFTWARE RESET 0 使 gm5020 復位 gm5020 可接收三種輸入資料模式 1 24bit RGB 2 8bit ITU RBT656 CCIR626 422 3 數位視頻交互信號 DVI gm5020 能夠測量輸入視頻信號的行掃描 HS 和場掃描 VS 時間參數 用於檢測輸 入視頻信號是否改變和確定輸入視頻信號的模式 gm5020 能夠對捕獲的數位圖像資料進行背景 亮度 色度 對比度 飽和度調節 有相互獨立的水平和垂直兩個方向的放大和縮小功能 其值由輸入圖像尺寸和放大圖像尺寸 所確定 通過幀存儲介面實現視頻輸入資料和視頻輸出資料的幀率轉換 FRC gm5020 提供兩個 OSD 模式 字元模式和圖形模式 字元模式支援 4 種顏色字體同時顯 示 圖形模式支援 256 種顏色顯示 OSD 可以在內部 SRAM 或外部擴展 SDRAM 存儲字表 或點陣圖 通過對 OSD 寄存器的設置 可以控制其字型 尺寸 顯示位置顏色 閃爍 背 景透明 背景不透明 旋轉等功能 Gm5020 提供一個支援平板顯示器 LCD 或 PDP 的輸出介面和一個支援 CRT 顯示器 的輸出介面 輸出介面信號包括 18bit 和 24bit RGB 圖元資料 顯示允許 DEN 顯示時 鐘 行同步 DHS 和場同步 DVS 等信號 所有顯示的資料和時鐘與輸出時間 DCLK 同步 其顯示可通過 I2C 介面編程控制 2 gm5020 寄存器描述 gm5020 共設有 512 個內部控制寄存器 通過 I2C 介面對寄存器編程 可以控制 gm5020 以實現各種功能 下面對部分寄存器分類介紹 通用配置寄存器 00h 用於分別記錄公司 ID 版本號和晶片序列號 0 x006H 0 x0d5h 0 x0d6h 用於 FRC 設置 輸入模式控制寄存器 0 x50h 0 x004h 0 x6dh 0 x74h 用於設置輸入信號模式 ADC ADC 寄存器 50h 6Ah 用於設置 RGB 紅 綠 藍 的參數 TMDS 寄存器 6Bh 73h 用於設置 DVI 的參數 YUV 寄存器 7dh 86h 當輸入信號 Video 解碼為 YUV 時 用於設置 YUV 的參數 輸入模式寄存器 8dh A4h 用於存儲輸入信號模式的參數 包括輸入信號的水平 顯示起始位置 水平顯示終止位置 垂直顯示起始位置 垂直顯示終止位置 水平顯示延遲 和垂直水平顯示延遲 測量寄存器 A9h b6h 將測量 RGB 和 TMDS 信號的 HS VS HT 存入該寄存器 輸入時鐘寄存器 1Bh 20h 包括六個讀寫寄存器 用於設置合適時鐘脈衝 輸出寄存器 156h 1DFh 1FFh 分別用於定義輸出顯示的水平掃描匯流排數 HT 垂直掃描匯流排數 VT 水平顯示起始位置 水平顯示終止位置 垂直顯示起始位置 垂直 顯示終止位置和幀延遲等 OSD 控制寄存器 11Ah 153h 通過這些寄存器可以定義 OSD 模式和 OSD 所用的 四種顏色以及兩個 OSD 視窗的各自參數 背景亮度控制寄存器 24h 29h 通過這些寄存器設置 PWM 用於調節 LCD 的背景 亮度 GPIO 控制寄存器 24h 29h 用於檢測鍵盤的輸入狀態和輸出指示狀態 3 gm5020 在 PDP 顯示系統中的應用 圖 2 是 gm5020 應用在 PDP 平板顯示系統中的硬體電路結構圖 MCU 採用可編程晶片 AT89C51RD2 具有 64K Flash ram 軟體代碼存儲在該晶片內 MCU 的作用為 1 接收鍵盤或遙控的指令 2 通過 I2C 匯流排設置視頻解碼器 gm5020 TV 解諧器 PT2313 寄存器 完成指定的功能 視頻解碼器採用三星 LG 公司的 KS0127 Video S Video component Video 信號輸入 到 KS0127 KS0127 將視頻類比信號轉變為滿足 BT656 協定的 YUV 數據傳給 gm5020 TV 調諧器採用菲利浦公司的 Fl1236MK2 通過 I2C 匯流排選擇頻道 射頻信號經 TV 調諧器分解產生 Video 和 Audio 信號 音量控制器採用四通道的 PT2313 通過 I2C 匯流排選擇通道 控制音量 Volume 均衡 Balance 高低音質 Treble 4 工作溫度範圍寬 TA 20 85 3 STV7610A 管腳定義和工作原理 STV7610A 採用 144 管腳的 TQFP 封裝形式 各管腳分別按逆時針順序排列在四周 其中包 括 96 個高壓輸出管腳 13 個電源管腳 6 個邏輯輸入管腳 6 個邏輯輸出管腳 5 個控制管 腳和 18 個空管腳 各管腳功能說明如下 OUT1 OUT96 管腳 4 36 73 105 112 141 高壓輸出端 VSSSUB 管腳 55 整個晶片襯底接地 VSSSLOG 管腳 54 邏輯塊地 VCC 管腳 53 邏輯塊電源 VSSP 管腳 40 68 109 144 驅動塊地 VPP 管腳 1 2 66 107 108 驅動塊電源 A1 A6 管腳 59 64 正向資料登錄 輸出端 B1 B6 管腳 49 44 反向資料登錄 輸出端 CCK 管腳 56 時鐘輸入端 F R 管腳 52 移位方向控制端 當 F R 1 時 A 為輸入端 B 為輸出端 移位寄存器執 行正向移位功能 當 F R 0 時 B 為輸入端 A 為輸出端 移位寄存器執行反向移位功能 STB 管腳 57 鎖存使能控制端 當 STB 1 時資料鎖存 當 STB 0 時允許資料通過 POL 管腳 50 極性反轉控制端 BLK 管腳 51 輸出置位控制端 當 BLK 0 時 所有輸出端均為低 其餘管腳均為空腳 為解決晶片高壓部分的散熱問題 TV7610A 將高壓輸出端放置在一起 並採用了多重金屬 層技術 其中內層用來連接 CMOS 而在頂端採用較厚金屬層連接高壓部分功率器件 為便 地安裝調試 將所有控制信號放置在晶片的同一側 各控制管腳所加信號與移位寄存器狀態和高壓驅動塊輸出狀態的關係如表 1 表 2 所列 現以正向移位為說明 TV7610A 的工作原理 當 F R 1 時 在 CLK 時鐘的上升沿 資料從 Ai i 1 6 輸入移位至寄存器內 當 STB 1 時 鎖存器對前級數據進行鎖存 而當 STB 0 時 資料則由鎖存器輸出 只有 BLK POL 全為高時 資料才能由鎖存器輸出至高壓輸出端 因此 當對高壓輸出端進行全高或全低控制時 只需滿足 BLK 1 POL 0 或 BLK 0 即可 4 基於 TV7610A 的 PDP 驅動電路 在採用 ADS 定址顯示分離 技術的 PDP 中 為了實現不同的灰度等級 將一幀圖像分 8 個子場顯示 每幀圖像的開始是場準備期 每一個子場又由初始期 定址期和維持期構成 其具體波形可參見圖 2 在驅動 PDP 時 場準備期和子場初始期主要通過 TV7610A 的全低 工作狀態實現 見表 2 維持期通過相應驅動波形的工作狀態來實現 而在定址期掃描階 段 則 TV7610A 的移位元工作狀態來實現 為得到 A 電極 資料電極 在初始期 維持其 與定址期所需的電壓波形 應使驅動晶片的電源引腳 VPP 和地引腳 VSSP 在不同的時刻具 有不同的電壓 對於解析度為 852 480 的 42 英寸等離子顯示幕而言 A 電極需 852 3 2556 根輸出線 共需 27 片 TV7610A 每個晶片有 6 根資料線 這樣 共有 162 根資料線 為降低前級資料處理 的難度 設計時可將兩個相鄰晶片定為一組 共有一組資料線 奇數片和偶數片分別使用頻 反向的不同時鐘 即在一個時鐘的上升沿 奇數片 TV7610A 進行資料移位元 而在另一時 鐘的上升沿 偶數片 TV7610A 進行資料移位元 這樣 不提高時鐘頻率就能將資料登錄線 減少一半 但使用這種方式時 資料的輸入格式也應做相應的處理 晶片