基于多種技術的高效LCD驅動器

因此需要一種極具魯棒性和可靠的接口解決方案，它能通過數量更少但工作在更高頻率的數據線實現數據傳送。與傳統的多分支架構相比，被稱為PPDS(點對點差分信令)的點對點接口架構可以確保利用更少的數據線實現從T-con(Tx)到CD(Rx)的可靠數據傳輸。意法微電子(ST)公司的PPDS設計團隊目前正在開發相應的芯片，該芯片只需利用一對通道就能實現FHD/120Hz應用的可靠數據傳輸。

PPDS的特性

1. 給PCB設計帶來的好處 PPDS使用的協議與其他接口不同。由于PPDS協議通過數據線傳送多種信息，因此無需用于配置的功能引腳，也無需額外的導線。

圖1給出了應用PPDS所能獲得的好處。由于數據輸出引腳和其他控制線數量的減少，T-con尺寸變小了。由于每個CD內都有內部端接電阻，因此數據線上不再需要單獨的端接電阻。由于數據線數量少，伽瑪參考電壓低，因此可以設計出很薄的PCB。

圖1：PPDS應用實例。

另外，數據傳送特性也更好了，因為snacked時鐘與PCD設計中的連線不交疊，也無需過孔，從而大大降低了電磁干擾(EMI)。另外一個好處是，正如后文要提到的那樣，通過使用循環DAC，芯片尺寸也變得更小了。

2. PPDS系統 圖2所示的PPDS系統可以實現10位的顏色。當輸入LVDS 10位信號時，內部的T-con查找表可以為驅動芯片內部的12位線性DAC生成12位數字Digital代碼。

圖2：PPDS系統框圖。

轉換到12位的數字伽瑪可以利用驅動芯片中的12位DAC實現10位顏色。

3. PPDS數字伽瑪 圖3對數字伽瑪系統和傳統系統作了比較。傳統系統通過安裝在驅動芯片中的R-ladder可以再生8位的數字化數據。

圖3：數字伽瑪系統。

在數字伽瑪系統中，驅動芯片中由查找表實現的現有伽瑪信息為10位，查找表中的這10位是由驅動芯片中的線性DAC根據8位顏色輸入再生出來的。

4. PPDS協議 圖4給出了通過數據線發送到協議的信息。諸如像素反轉、電荷共享時間、線路延時補償、預充電設置和黑幀(Black Frame)插入等信息都是在每根數據線上數據之前發送的。

圖4：PPDS內部的協議信息。

5. 水平線延時補償(HLDC) 當面板尺寸很大時，由于門線負載的增加經常會導致信號延時，進而縮短充電時間。為了防止發生這個問題，連線兩端都需要連接一個門驅動芯片，然而這樣做不僅會增加成本，而且只能恢復50%的充電時間。

PPDS可以通過將它分成6到8個輸出時間來控制每個芯片或芯片輸出，從而有效保護由于門信號延時造成的充電時間損失。這種情況下連線兩端就無需使用門驅動芯片。源驅動芯片的輸出也被控制到相同的門信號延時，從而使充電時間損失減至最少。

6. 去偏移功能 可以在每根線中進行去偏移測試，以便選出最佳的時鐘/數據延時，并在傳送前保持每種配置或數據。

用于LCD驅動芯片的DAC

對LCD驅動芯片而言，DAC方法可分成R-DAC和C-DAC。R-DAC是如下所示的串聯電阻(圖5)，用于選擇與數字速率一致的輸出電壓。對于10位R-DAC來說，有一個2X1024梯形(R-ladder)阻排，如圖5a所示。

圖5：DAC類型：a)R-DAC和b)循環DAC。

對R-DAC來說，R-ladder尺寸變得較大，具體取決于灰度比特的數量。10位R-DAC的R-ladder尺寸要比8位的大四倍。為了解決尺寸增大的問題，可以采用新的內插設計方法。循環DAC通過重復取樣和保持來輸出數據：通過容量為2倍的切換來實現。

循環DAC的好處

1. 芯片尺寸小 循環DAC的最大好處是芯片尺寸不隨灰度比特的增加而增加。這得歸功于循環DAC的堆疊架構，這種架構由兩個DAC-上下各一個組成，如圖5b)所示。每個DAC帶2個電容，不管比特數量是多少，它們都可以縮小芯片尺寸。

2. 低功率損失 驅動芯片的大部分功耗在緩沖放大器上面。循環DAC中的緩沖放大器設計簡單，因此可以顯著降低功耗。

3. 低芯片溫度 由于功耗低，因此芯片溫度也很低。對同樣條件下的溫度比較表明，循環DAC在FHD/60Hz時的溫度在10℃以下。由于降低了溫度，因此不再需要使用頂部接地片和散熱焊盤，從而有效提高了性價比。

圖6：10位R-DAC和12位循環DAC的尺寸比較。

4. 低輸出電壓誤差 為了減小芯片尺寸，R-DAC采用了內插法設計。如圖7所示，10位R-DAC形成一個8位的R-ladder，切換額外的2位，最終輸出10位。電阻誤差和內插器誤差會影響AVO(驅動芯片之間的輸出電壓偏差)和DVO(驅動芯片內部的輸出電壓偏差)，但在循環DAC情況下，只存在容性誤差。由于容性誤差遠小于阻性誤差，因此具有更精確的輸出特性。

圖7：8:1內插式R-DAC。

5. 更少數量的伽瑪參考電壓 由于循環DAC通過切換決定輸出電壓，而伽瑪參考電壓的數量是6，這個數量要比R-DAC小得多，并且與灰度比特數量無關。而10位R-DAC需要18-22個參考電壓，在增加GS時還需要更多。由于參考電壓數量少，PCB尺寸就可以做得較小。而數量較少的線纜和連接器引腳也有助于降低材料成本。

6. 快速設置時間 循環DAC結構如圖8所示。每個通道有2個DAC。當第一個DAC完成轉換后，第二個DAC被驅動，并在輸出階段之初一直保持轉換后的數據不變。而如圖7所示的R-DAC在R-ladder、解碼器和放大器準備依次處理時對上升/下降沿進行延時。

圖8：循環DAC的結構。

許多工程師認為電容的誤差或可靠性比電阻差。然而，對用1000片晶圓制作的用于驅動芯片的R-DAC和循環DAC的可靠性和匹配性的測量和分析表明，聚乙烯電容要好于聚乙烯電阻，前者更容易獲得較精確的輸出。

圖9：R-DAC與循環DAC之間的穩定時間比較。

本文小結

PPDS非常適合于設計很薄的PCB，因為從T-con到驅動芯片的連線數量較少。PPDS還能利用協議發送大量的驅動芯片控制信息到數據線。另外，還有HLDC和去偏移功能，它們分別有助于保證像素充電時間和發送/接收安全數據。