時序控制器TCON的研究與設計

摘要：闡述了TFT-LCD的顯示原理、系統結構和時序控制器TCON的設計方案。該模塊設計主要為減少中、小尺寸TFT-LCD時序控制器的芯片管腳數，提高通用性，與一般TCON只能驅動2～3種分辨率的面板相比較，該設計支持8種顯示模式。實現對TFT-LCD面板的時序控制，產生源驅動器模塊和門驅動器模塊所需要的各種控制信號、Vcom的極性控制及顯示模式控制，實現對模擬RGB信號的顯示控制，源驅動器和門驅動器的時序控制信號可兼容多家LCD面板的時序要求。支持16：9和4：3的TFT-LCD面板。該設計可靈活應用于市場上大部分的中、小尺寸TFT-LCD面板。產品可應用于車載電視、便攜式DVD等。
關鍵詞：時序控制器；TFT-LCD；源驅動器；門驅動器

TFT-LCD以其低工作電壓、低功率、顯示效果好、易集成和輕巧便攜等特點率先進入顯示市場。TFT-LCD時序控制器TCON(Timing Contro-ller)主要用于模擬TFt-LCD的顯示控制。TCON為液晶屏上的驅動電路(源驅動器、門驅動器和VCOM極性控制)提供時序控制信號，從而實現模擬RGB信號的顯示控制。
對于大尺寸的液晶顯示面板，TCON控制器的設計相對復雜。在高分辨率顯示系統中，時鐘頻率很高，在產生基于時鐘信號的時序控制信號以前，需要先對同步時鐘進行擴頻處理，以減小EMI(Electromagnetic Interference，電磁干擾)，使其通過EMC測試。由于同步時鐘經過了擴頻處理，則視頻數據也要通過相應的處理才能正常顯示，否則就會遺失數據。對于中、小尺寸LCD的TCON控制相對簡單，基本的工作過程是首先由輸入的信號確定TFT-LCD屏幕的分辨率、工作模式、顯示模式等信息，然后根據這些信息來確定合適的參數值，最后產生所需要的控制信號，無需對視頻數據做處理就可以使TFT-LCD正常工作。
目前市場上現有的成品TCON芯片主要有：PVI的1004C、1004D；AU的UPS015、UPS017等，這些芯片只對特殊的TFT-LCD面板設計，一種TCON只能驅動2～3種分辨率的面板，此外，由于顯示模式控制信號使用的是外部輸入管腳，導致芯片的管腳數量較多，通用性較差。本文討論適用于中、小尺寸TFT-LCD的時序控制器，提高其通用性。

1 TFT-LCD的顯示原理及系統結構
TCON的時序信號是基于TFT-LCD面板(Panel)的需要產生的，理解TCON的原理，首先應了解LCD面板的顯示原理。典型的TFT-LCD面板內部結構如圖1所示。液晶具有透光可控性，改變施加在液晶兩端的電壓，液晶的透光率就會隨之改變。

一個液晶單元實現一個采樣點的顯示，因此，如果根據二值圖像的數據結構將液晶單元以矩陣方式排列成為液晶陣列(Crystal Array)，即可實現一幅圖像的顯示。通常，液晶陣列的排列有Strip和Delta兩種方式。不同排列方式決定了不同的RGB采樣順序，而一個像素由3個液晶單元構成(RGB)。因此，液晶陣列中液晶單元的個數決定了顯示分辨率。TFT-LCD是在超扭曲型STN的基礎上，通過TFT晶體管將顯示像素和掃描電極分割開來形成的，其特點是克服了STN-LCD的交叉效應。