TFT-LCD驱动控制电路解析.ppt

TFTLCD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3618根信号线，R信号6根（R0R5），G信号6根（G0C5），B信号6根（B0B5）,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4pairs8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,Dontcare,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VT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FlickerL127：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VT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V00.2V:AVDD0.2VV1V2V3V4V5V6V7V8V90.5*AVDD0.5*AVDDV10V11V12V13V14V15V16V17V18VSS+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PGamma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V9V9，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