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TCON电路板组成详解

可以看到TCON实现的主要是三个部分的功能

DCDC为系统需要的各种电平供电,

gamma部分为显示信号产生合适的灰度值,

时序控制部分将前级主板传来的数据与控制信号转化成屏幕需要的格式。信号转换可以是LVDS转mini-LVDS,也可以是转RSDS等,依据具体信号格式需求而定。

1.电源控制

??首先,DCDC供电为屏驱动和TFT开关等部分提供合适的电压。

对TFT来说,需要栅极驱动信号和源极的数据信号,分别由Gate Driver和Source Driver来提供。

? ? 对于栅极来说,一般只包括两个电压VGH和VGL。VGH负责开启TFT,VGL负责关闭TFT。VGH,VGL具体的典型值随屏规格的不同有所区别。例如,对于某种屏幕,VGL典型值为-23V,VGH典型值为+31V。因此,通过测量栅极电压也可以帮助我们诊断与排查屏故障。

? ? 对于源极来说,导通后其上电压直接对液晶进行充电,通过Gamma 芯片输出不同灰度值的对应电压,可以控制屏幕灰度变化,这通常是某一个电压范围,例如0-16.3V,中间划分256个灰阶。因此,电源就需要输出一路模拟电源AVDD,来作为Gamma芯片的电压划分参考。? ??用于逻辑控制的DVDD,一般为3.3V。同时对于液晶来说,还需要提供Vcom作为像素参考电压,一般直接由gamma芯片提供。

图片? 图片? ?

?这里我们举个实例芯片TPS65160来更好地说明。? ??

TPS65160手册链接:https://xcc2.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/d_pdf/DataSheet_Pdf/8bb77f57cc9d782aa1094310b9353507a308bf99.pdf? ??

TPS65160是一款为tv和TFT LCD panel供电专用的电源IC。TPS65160具有8至14V的输入电压范围,输出Vs范围高达20V,500KHz/750KHz固定开关频率。

图片? ??如图所示,是其一种应用电路参考,可以看到,提供了所需的屏数据驱动电压Vs,栅极驱动电压VGL、VGH,逻辑电压Vlogic。

2.gamma电路

??前面我们已经简单介绍了关于gamma的一些知识,知道了我们需要在屏幕端做gamma近似2.2的校正。这项校正工作就是由gamma电路来实现的。? ??

gamma电路主要分为两种,

一种是电阻分压式,通过设定不同的阻值来获得对于需要的gamma电压输出,这种方式成本低,但是精度不易保证,且调整较为繁琐。

另一种是P-gamma芯片,也就是可编程的gamma芯片,用户可以通过接口写入寄存器,较为准确的控制gamma输出电压,具有易于调整的特点,同时可以集成Vcom基准电压,但价格会相对较贵。

? 图片? ??

如上图所示是一种gamma芯片的架构。

输入端可以提供几路静态电压基准,在图上由R11至R44调整阻值给出。

输出若干路gamma基准电压,送到源极驱动进一步分压,来作为灰阶划分的基准。

gamma基准电压平均分成上下两路,分别用于LCD列驱动器的上部、下部gamma曲线。该部分详细的例子可以参考MAX9591的应用。? ??

我们再以美信的MAX9668举例来进一步说明。? ??

MAX9668可输出8路电压基准,用于TFT LCD的gamma校准,同时还有一路电压基准用于VCOM。 图片? ??该芯片集成了可多次编程(MTP)的存储器,用户可通过I2C接口对寄存器进行写入配置,修改gamma值与Vcom的值,通过10位DAC与缓冲器保证输出的gamma电压稳定。同时对于Vcom采用放大器保持其稳定,保证图像的输出质量。

3.时序控制

??TCON板上电稳定后,通过I2C总线读取EEPROM中的启动程序,来完成TCON的初始化工作。读取完毕正常工作后,TCON开始按照时序送出控制信号和数据信号给屏驱动。? ??

某型号时序示意图如下所示:? 图片? ??

接下来我们介绍下部分控制信号。? ??

STV,start vertical,列开始信号,同样也是一帧的开始信号。? ??

CPV/CKV,clock pulse vertical,列的时钟信号。? ??

STH,start horizontal,行开始的信号。? ??

CPH/CKH,clock pulse horizontal,行的时钟信号。? ??

OE,output enable,GCOF输出使能信号。当OE被拉高时,会拉低栅极的输出,避免同一个栅极信号传输到相邻的两行。? ??

POL,polarity inversion,极性反转信号。? ??

TP,是一种源极的数据锁存信号,source data latch。TP上升沿时,表明输入数据在data buffer里面准备完毕,可以输入进行灰阶电压转化。当TP下降沿时,说明数据的灰阶电压转化源极完成,output buffer可以开始输出正确的灰阶电压。? ??

L/R,shift direction control,控制数据的传输方向。? ??

XAO,output all-on control,XAO线拉低时,栅极信号为高,此时可以将TFT残留的电荷释放掉。

这其中的控制信号,一部分送给SCOF(源极驱动/列驱动),STH、CPH、POL等;一部分送给GCOF(栅极驱动/行驱动),STV、CPV等。? ??

COF(Chip On Flex,or,Chip On Film),常称覆晶薄膜,是一种将集成电路固定在柔性线路板上的晶粒软膜构装技术,运用软质附加电路板作为封装芯片载体将芯片与软性基板电路结合。SCOF,即source COF,源极COF,对应列驱动,GOF同理,对应gate COF,行驱动。? ??注意这里SCOF、GCOF信号关于行列的对应关系,例如,栅极控制每行的开关状况,但是提供栅极信号的参考时钟CPV实际是某一列的gate的参考信号(某时刻任意一行的开关状态是确定的,由同一个gate信号提供)。

??GCOF驱动信号、gate时序控制大致如下示意:? 图片? 图片? ??数据输出时序如下示意图所示:? 图片? 图片? ??同样举例一个时序控制芯片,National Semiconductor的FPD8734。? ??手册地址:http://pdffile.icmartonline.com/pdf_file_A/20200531/pdf_pdf/pdf1/NSC/FPD87346_datasheet_328066/534673/FPD87346_datasheet.pdf? ??

该系统将LVDS信号转变为RSDS信号为屏提供驱动,FPD8734在其中作为时序控制器。? ??在系统里面,我们也可以看见前面章节所说的构成部分,gary scale reference,灰阶参考部分,即前述做gamma校正的部分,提供合适的灰阶电压参考给RSDS CD(即列驱动)进一步细分灰阶。? ??

时序控制IC FPD8734为行驱动和列驱动提供启动信号start pulse,同时也提供其他时钟和控制信号,例如信号反转,RSDS数据信号等。? 图片

4.削角电路

??削角电路(GPM,gate pulse modulation)是一种用于控制栅极gate信号的DCDC配合电路,主要用于减少扫描线和像素之间的电容耦合效应,改善馈通电压造成的画面闪烁。其示意波形如下图所示。

? 图片? ??

TFT作为MOS开关本身是存在寄生电容的,Cds、Cgs、Cgd等。由于寄生电容的耦合作用,当gate获得的控制信号从开启到关闭时,TFT变为截止,寄生电容Cgd仍保留了一定的电压变化量V,该电压成为馈通电压(feedthrough voltage)。实际上,源极驱动电压的变化和Vcom的波动同样会带来馈通电压,但是一般不如栅极寄生电容Cgd带来的明显。馈通电压的存在使得液晶的Clc与Cs上保存的像素电压发生了一定偏移,造成画面闪烁。? 图片? ??为解决此问题一般有两种方法:

一方面可以降低馈通电压来减小影响,另一方面调整Vcom电压进行补偿。? ??

对Cgd、Cs、Clc构成的回路使用电荷守恒Q=CU可以求得馈通电压表达式,如下图所示。

? 图片? ??

在此也举一个削角处理的IC的例子,RT8901B。此处我没有找到实际相关手册,资料来源于网上博客,找到手册以后会补上。?

图片? ??

为解决馈通电压问题,也出现了三阶驱动电路以及更高阶的驱动电路。主要是期望在不改变Vcom的前提下,实现电压补偿。? ??

三阶驱动的主要原理是利用Cs的馈通电压,来补偿Cgd产生的馈通电压。由于需要Cs做补偿,因此该方法只适合Cs On Gate的面板架构。关于面板架构Cs On Gate与Cs On Common的介绍可参考以下链接:http://www.goodlcm.com/article16/info/30.html? 图片? ??Cs On Gate的架构,实际上存储电容Cs是来自与显示电极与下一条即将开启的Gate信号线(如图右下半红色部分)。因此,下一条Gate线的开启与关闭,是会影响到Cs存储的电压的,但由于开启的时间(us)一般远小于屏幕刷新时间(ms),因此可以忽略其影响。? ??

了解了这些以后,再回到三阶驱动原理。三阶驱动的波形图如下图示意。从波形我们可以看出,三阶驱动与二阶明显不同的是gate的电平会有三段。当第N行关闭时,首先将gate拉到最低值,然后等待第N+1行信号关闭时,将gate拉回,这个时候由于Cs的馈通电压补偿,可以补偿一部分的N+1行Cgd带来的馈通电压。也就是说,每一行的电压补偿,实际是由上一行的Cs来反馈实现的。我们把这部分拉回的电压记作Ve,计算的参考式也在图中有所表示。


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