大尺寸TFT顯示器源極驅動解決方案

引言
TFT LCD（薄膜晶體管液晶顯示器）正在改變人們看計算機和TV的界面。低EMI的特點使得它可以變得很薄、很輕，節省空間，而且亮度更高，更好地融入環境，因此很多人都認為這些平板顯示器件引領未來之路。
Solomon Systech公司在顯示器驅動方面已經取得和掌握了豐富的經驗、技術，現在他們已開發出多種TFT源驅動器，可以通過一個驅動電路單元及一個大尺寸的TFT LCD應用相匹配。該類源驅動采用了高速RSDS接口，電壓輸出水平精確，有電荷分享能力，并采取了TCP設計，故能充分發揮TFT穩定的平板顯示的各種重要優勢，包括良好的對比度、很高的幀頻率、響應快和視角寬等。一個TFT LCD模塊由一個TFT面板、一個驅動電路單元、一個背光系統和一個組裝單元構成(圖1)。本文將討論這種新型源驅動IC的功能和與TFT LCD模塊系統有關的一些信息。
圖1  TFT LCD模塊組成

TFT源驅動器結構
上述TFT源驅動器由移位寄存器、數據鎖存器、電平平移器和數字/模擬信號轉換器、輸出及修復緩沖器等電路模塊構成(圖2)。
圖2  TFT源驅動器的組成模塊
下面列出的各項因素在實現源驅動器最優性能時必須予以考慮:
(1). 在功率安全情況下的動態模式和靜態模式功耗。
(2). 輸出緩沖器的驅動能力。每通道的負載為50pF_180pF，具體數值取決于平板的尺寸和分辨率。
(3). 輸出穩定所花費的時間。這意味著要確保源極驅動器輸出端保持的電壓水平在柵線關閉前都能處于有效狀態。例如，SXGA分辨率達1024柵線，幀頻率達75Hz。柵線的掃描時間就應該是1/75/1024 =13(s。輸出所要求的時間應該少于13(s。
(4). RSDS接收器的最大時鐘頻率。這將直接影響到應用的分辨率和所允許的幀頻率。
(5). 源驅動器輸出的一致性, 輸出引腳間電壓的差異將會影響顯示的質量。
SSD1211/13/31/33系列TFT源極驅動器采用了RSDS接口、電荷共享的驅動算法、內部6bit DAC（用于SSD1231/33）、內部8bit DAC（用于SSD1211/13），點或N線反相，支持針對筆記本PC、監視器和LCD TV應用的SVGA、XGA、WXGA、 SXGA、UXGA、QXGA的驅動系統。
圖3給出一個用于PC監視器的17英寸SXGA平板顯示器實例。該平板顯示器利用SSD1231實現了6 bit DAC精度。
圖3  一個用于17" SXGA  PC平板顯示器實例

RSDS接口
抑制擺幅差分信號（Reduced Swing Differential Signaling，RSDS） 接口是一種差分信號協議，它與LVDS（低壓差分信號）類似，區別在于針對的應用不同。采用RSDS接口后，系統可以改善TCON（時序控制器）和源驅動器間的連接，提高其速度，減少互聯、降低功耗和EMI。
RSDS采用了一種低電壓差分擺幅(+/- 200 mV)和2:1的數據復用率，由此實現了較為簡單的、功耗更低的接收結構。
該源驅動可以在高達85MHz的時鐘頻率下工作，帶有一個RSDS接口。除了它的電壓擺幅與TTL接口相比較小外，這種差分信號架構還可以極大的壓制高速信號通路產生的EMI。
圖4示出彩色bit映射，它支持6bit和8bit源驅動器。對6bit接口來說，數據的總線的MSB可略去。
圖4  彩色位映射
由于RSDS接口利用雙沿信號觸發器以串行方式發送數據，對一個總共采用20條線的6bit應用來說，總線的總寬度只包括了9對數據信號和一對時鐘信號。對傳統的6bit TTL接口來說，需要36條數據線和2條時鐘信號線。對于采用RSDS接口的系統來說，可以在TFT－LCD模塊中做到將總線寬度整體減少47.4％。

電荷分享輸出驅動
隨著應用的尺寸不斷變大，面板的負載也相應增加，動態功耗也將大大增加。這會影響到系統的功率預算。為了滿足這一要求而且為了實現在手持式筆記本電腦中的應用，Solomon Systech的源驅動器采用了電荷分享輸出驅動算法，以減小功耗。
由于平板顯示將采用點式或者N線反相顯示，該源驅動器輸出應該保證一半在VCOM電壓之上，而一半在VCOM電壓之下。電荷的分享是通過讓儲存在源驅動器輸出中的電荷重新分配來實現的，因此可以將消耗的動態電流節省一半。
使用電荷分享技術時，輸出波形與傳統的波形不同(圖5，圖6)。對于帶有電荷分享能力的輸出來說，接近VCOM電壓的地方始終要有一段時間用來讓電荷在所有其他輸出引腳之間實現再分布。此后，波形將回歸到傳統的驅動波形上。
圖5  無電荷分享的傳統輸出波形
圖6  電荷分享的輸出波形
與其他傳統的節能技術不同，電荷分享不會讓源驅動器的驅動能力下降。這是因為電荷共享只是復用了儲存在輸出端的能量，而輸出緩沖器的偏置電流將保持不變。此外，電荷分享的持續時間由水平線鎖存脈沖控制，無需另外采用專門的硬件。因此，Solomon Systech的源驅動器具有更高的驅動能力，而且功耗更低。

IC封裝設計
根據不同的應用,在TAB封裝中,最大做到9+9伽馬輸入是可能的。SSD1231 的TAB封裝中有5+5輸入引腳，設計簡便,方便互聯。請參考圖7和圖8所示的詳細的TAB外形圖和引腳分配。
圖7  SSD1231T TAB 封裝設計
圖8  SSD1231 TAB引腳分布
SSD1231T為源輸出提供了2個測試引腳，以方便制造中的檢驗，這樣當面板上的任何一根垂直線出現中斷時，就會出現一對空置的用于信號修復的緩沖器。

結語
TFT LCD監視器和TV將朝著更高的分辨率、更優良的品質和更大的物理尺寸發展。Solomon Systech 新開發的系列源驅動器將促成實現這些不同的應用。
同時，Solomon Systech 正在開發一組用于COG應用的源和柵驅動器，它們將進一步減小TFT模塊的物理尺寸和重量。重要的是，它還將通過TAB/COF與PCB材料的節省來降低監視器/TV系統材料方面的成本。