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TET-LCD模块TCON和DCDC


TFT-LCD 模块TCON信号和DCDC 电源电路的理解
殷新社 2005年5月13日

京东方光电电路开发科

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TFT-LCD 模块电路驱动方框图
DC-DC电源 变换器 灰度等级电压

源驱动器
栅 驱 动 器 栅 驱 动 器

>源驱动器

TFT-LCD

模 块 接 口

时序控制 器(ASIC)

SXGA TFT-LCD Panel ( 1280 x1024 )

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VESA标准下TFT-LCD时序构成
Back porch Front porch
T/L Border

数据信号
Sync

Active pixels

B/R Border

同步信号 DE信号
解析度 有效像素 无效像素 行右边缘 行信号 行前沿 Sync宽度 行后沿 行左边缘 有效行 无效行 场上边缘 场信号 场前沿 场Sync宽度 场后沿 场下边缘 像素时钟 频率 XGA @60Hz 1024 pixels 320 pixels 0 pixels 24 pixels 136 pixels 160 pixels 0 pixels 768 lines 38 lines 0 line 3 lines 6 lines 29 lines 0 line 65 MHz(15.4nS) XGA @ 75Hz 1024 pixels 288 pixels 0 pixels 16 pixels 96 pixels 166 pixels 0 pixels 768 lines 32 lines 0 line 1 lines 3 lines 28 lines 0 line 78.5 MHz(12.7nS) SXGA@60Hz 1280 pixels 408 pixels 0 pixel 48 pixels 112 pixels 248 pixels 0 pixel 1024 lines 42 lines 0 line 1 line 3 lines 38 lines 0 line 108 MHz (9.3nS) SXGA@75Hz 1280 pixels 408 pixels 0 pixel 16 pixels 144 pixels 248 pixels 0 pixel 1024 lines 42 lines 0 line 1 line 3 lines 38 lines 0 line 135 MHz(7.4nS)

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TFT-LCD 模块输入信号

TFT-LCD模块输入信号类型有: 1)TTL/CMOS输入信号 2)低压差分(LVDS)输入信号 3)最小传输差分(TMDS)输入信号

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什么是CMOS/TTL信号
? CMOS/TTL – 输入的数据信号线和T/CON Pin是 1:1连接 – 信号线上3.3V代表数据“1”, 0V代表数据“ 0”
※ Need 21 Pin if XGA 6bit 1CH
3.3V

Clock
0V 3.3V

R1 R2 R3 R4 . . . B3 B4 B5 B6 . . .

T/CON

Data
0V

‘0’

‘1’

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CMOS/TTL输入数据结构
DE 信 号
1 2 3 4 1022 1023 1024

时 钟 CLK

CMOS/TTL单口 数据结构

R [0: 7 ] G [0 : 7 ] B [0 : 7 ]

无效 无效 无效

1 1

2 2

3 3

4 4

1022 1022

1023 1023

1024 1024

无效数据 无效数据 无效数据

1

2

3

4

1022

1023

1024

DE 信 号
0 1 510 5 11

时 钟 CLK R E [0 : 7 ]
无效 无效 无效 无效
R 0 [0 : 7 ] R 2 [0 : 7 ] R 1 0 2 0 [0 :7 ] R 1 0 2 2 [0 :7 ]

无效数据 无效数据 无效数据 无效数据

CMOS/TTL双口 数据结构

G E [0 : 7 ] B E [0 : 7 ] R O [0 : 7 ] G O [0 : 7 ] B O [0 : 7 ]

G 0 [0 : 7 ] B 0 [0 : 7 ]

G 2 [0 : 7 ] B 2 [0 : 7 ]

G 1 0 2 0 [0 :7 ] B 1 0 2 0 [0 :7 ]

G 1 0 2 2 [0 :7 ] B 1 0 2 2 [0 :7 ]

R 1 [0 : 7 ]

R 3 [0 : 7 ]

R 1 0 2 1 [0 :7 ]

R 1 0 2 3 [0 :7 ]

无效 无效

G 1 [0 : 7 ]

G 3 [0 : 7 ]

G 1 0 2 1 [0 :7 ]

G 1 0 2 3 [0 :7 ]

无效数据 无效数据

B 1 [0 : 7 ]

B 3 [0 : 7 ]

B 1 0 2 1 [0 :7 ]

B 1 0 2 3 [0 :7 ]

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什么是LVDS?
? LVDS – 对6bit的XGA来说,在三队线上传输21个CMOS/TTL信号,输入信号和 T/CON Pin是 7:2 连接 6bit的XGA的信号:R0~R6, B0~B6, G0~G6, Hsyc, Vsyc, DE – 利用+Pair和-Pair只见的电压差表示数据“1”,相反就是数据“0”。
Clock
1.2V + 0V Pair 1 + Pair 1 Pair 2 + Pair 2 Pair 3 + Pair 3 Pair 4 + Pair 4 -

※ Need 8 Pin if XGA 6bit 1CH
200mV

Data
+ 1.2V 0V ‘0’ ‘1’

200mV

T/CON

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什么是LVDS信号?
? LVDS 信号 – 在一个时钟周期内连续传送7个数据。 – 与TTL相比,信号线的引线数变少,TCON的尺寸大小就可以变小。 – 与TTL信号相比,信号的振幅变小,减少EMI.
? LVDS Signal的认识 Differential Signal = (+ Pair) - (Pair)

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LVDS接口的数据格式
2 4 /3 6 位 图像数据 图 象 控 制 器 DE 发送器 数据通道 0 2 4 /3 6 位 图 像 数 据 LVDS 接受器 数据通道 2 数据通道 3 时钟通道 DE 时 序 控 制 器
G0 R5 B1 B0 使能 帧同步 B7

数据通道 1

Hsync, Vsync, CTL0~3

LVDS

6 位控制信号:

6 位控制信号:Hsync, Vsync, CTL0~3

C lo c k LV D S 的 逻 辑 连 接

C lo c k

通道 0 通道 1 通道 2 通道 3

R1

R0

G0

R5

R4

R3

R2

R1

R0

G2

G1

B1

B0

G5

G4

G3

G2

G1

B3

B2

使能

帧同步 行同步

B5

B4

B3

B2

R7

R6 T /7

B7

B6

G7

G6

R7

R6

前 1 个周期

1 个周期

后 1 个周期

时钟通道

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TMDS接口的数据格式
2 4 /3 6 位 图 像 数 据 发送器 图 象 控 制 器 DE 数 据 通 道 0 数 据 通 道 1 数 据 通 道 2 TMDS
6 位控制信号: H sync, V sync, C TL0~3

2 4 /3 6 位 图 像 数 据 DE 时 序 控 制 器 接受器 TMDS

6 位 控 制 信 号 : H sync, V sync, C TL0~3

时 钟 通 道

C lo c k TM DS 的 逻 辑 连 接

C lo c k

B9

B8

B7

B6

B5

B4

B3

B2

B1

B0

DC 平 衡 代 码 编 码 代 码 : 0 为异或运算 1 为同或运算

该 8 位是经过编码的 8 位灰度数据

在 TM DS 连 接 上 传 送 像 元 灰 度 数 据 字 符 的 编 码 结 构

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TFT-LCD 模块接口的比较
接口类型 输入信号类型 驱动信号类型 最大频率 电源电压 功耗 门槛电压 时钟线 连接线类型 6bit XGA 数据连接线 8bit XGA 数据连接线 8bit QXGA 数据连接线 连接器(对QXGA) DVI 接口 差分电压 单端电流驱动 165MHz 3.3V 小 150mV 1 对两根 带屏蔽的双绞线 3 对6 根 3 对6 根 3 对双口12 根 24/29 针 LDI 接口 差分电压 回路电流驱动 162MHz 3.3V 小 100mV 1 对两根 双绞线 3 对6 根 4 对8 根 6 对双口24 根 36 针 TTL 接口 TTL 电平 电压 65MHz 5V 大 2.4V 1 或2 根 18 根单线 24 根单线 四口96 根 101 针

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TFT-LCD 模块的时序控制器 Timing Controller

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什么是TCON?
? T/CON的定义:
– T/CON : Timing Controller的缩写 – 从Video Card出来的要在TFT-LCD显示屏上显示的数据 在TCON 中经过变换生成显示的数据信号和驱动器的控制信号

? T/CON种类:
– T/CON 输入信号
? TTL (Transistor Transistor Logic) ? LVDS (Low Voltage Differential Signaling)

– T/CON 输出数据信号
? TTL (Transistor Transistor Logic) ? 由TI提出的mini-LVDS (降低EMI, 线路板) ? 由NS提出的RSDS (Reduced Swing Differential Signal) (降低EMI 和线路板

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TCON的驱动器的控制信号 ? 控制信号的种类:
– 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) TP or Load: 数据从源驱动器到显示屏的输出信号 MPOL :(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。 STV (Start Vertical) : 栅的启动信号 CPV (Clock Pulse Vertical) : 栅的移动信号 OE1 (Output Enable) : 栅的输出控制信号 OE2 (Multi Level Gate) : 多灰度等级用的信号

– 门驱动器的控制信号
? ? ? ?

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栅驱动器的控制信号的波形
STV

CPV OE1

OE2 Gate 1

Gate 2

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数据输出和门控制信号

CPV TP OE2

Data Gate n Data Gate n+1

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Mini-LVDS信号
? mini-LVDS信号 – 和LVDS一样有正负信号对构成。主要用于TCON和源驱动器之间的接口。 – 一对信号线连续传输6~8个数据。 – 与TTL信号相比,T/CON的Pin书虽然减少,但mini-LVDS内部时钟的频率 增加。 (例如,XGA 6位60Hz情况下TTL为32.5MHz,而mini-LVDS为97MHz)

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Mini-LVDS信号
? mini-LVDS T/CON – 左、右输出口输出信号。

4块源驱动器

4 块源驱动器

mini-LVDS
mini-LVDS 左输出口

T/CON

mini-LVDS 右输出口

LVDS 1CH or 2CH

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Mini-LVDS输出时钟频率
? mini-LVDS Output Pair & Frequency
– 解析度越高数据输出的信号对数就增加。 – 输出时钟频率和输入时钟频率,根据内部PLL的组合来决定。 输出数据对数 内部 PLL组合 输出频率 一个时钟周期

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Mini-LVDS和RSDS
Items Input LVDS CH Input Clock Freq. Data Output Pair Data MUX Output Clock Freq. Offset Voltage Differential Voltage mini-LVDS 2CH 54MHz 5 + 5 = 10 Pairs 6:1 97MHz 1.2V 200~600mV RSDS 2CH 54MHz 9 + 9 = 18 Pairs 2:1 54MHz 1.3V 200~600mV VDIFF = VP - VN ex. SXGA 6bit 60Hz Remark

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控制器增加的其它功能
时序控制除了完成时序功能外,还可以根据需要增加以下的功能:

1、TDDI功能:降低TTL信号的EMI 2、FRC ( Frame Rate Control) :提高图像质量 3、SSGC (Spread Spectrum Generate Clock): 降低EMI 4、MLG (Multi Level Gate): 降低闪烁 5、ODC (Overdrive Control): 提高响应时间

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TFT-LCD模块的电源电路

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TFT-LCD模块的电源
1)数字逻辑电源 (DVDD) - LDO 一般情况下是3.3V,有时是2.5V。 2) Analog 主电源(AVDD)部分 -脉冲调制集成电路PWM IC 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 - 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。 4)栅极关断电源 - 也是采用电荷泵电路 提供栅极关端电源,该电源为负电源.

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电源输入电路
电源(VDD)输入电路部分 : 电源的输入部分是指从模块连接器输入,用来产生模拟电源(AVDD)和 数字电源(DVDD) 1) Poly Switch 作用: 防止电源负载过电流 2) 3端滤波器 作用:分离噪声 3) 旁路电容 作用:减少噪声,减小AC Ripple

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脉冲调制集成电路PWM IC
L D

Vout =
VIN + PWM Cout Rload

Vin 1? D

D : Duty Cycle of The Switch

< Current Mode Boost Regulator> L X +
VIN

L

D +

+ -

Cout

Rload Vout -

VI N

+ Cout

Vout -

< First Cycle >

< Second Cycle >

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电感的选择

VIN * D ΔiL = [ A] 2 * L * fs

* 电感电流斜率的决定要素 - 输入电压,输出电压 (VIN, D) - 电感值 (L) - 开关频率(

fs )
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电感中电流波纹的重要性
1) 如果通过电感电流的斜率过大,那么开关峰值电流就变大. 如果DC/DC效率变低, 则电源的稳定性就变得不好.(影响Under Voltage 特 性等) 选择电感时,维持电源稳定时的最小值电感
? D 2 ? ( ) ? 1? V IN R DSON ? D ′ L > ? ?(H ) 0 . 144 fs ? ( D ) + 1 ? ? D′ ?

2) 若电感中电流变化值△i比电感中流过的平均电流(IL_AVG) 的值大,则在开关 过程中电感内的电流值就会不连续;所以必须将△i 设定在平均电流值以下, 3) 输出电压的 Ripple还受电感中流变化大小的影响. 如果电感中电流变化(current ripple)越小,输出电压的Ripple也变小. 4) 电感饱和电流 : 要求电感不能工作在饱和状态下。

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正电压的电荷泵电路
Vc

Vc ≒ Va + Vb Va Vb

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负电压的电荷泵电路

Vc

Vb
Va

Vc ≒ Va - Vb

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LDO (Low Drop Output) 电路

+5V

+3.3V

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MLG (Multi-Level-Gate) 电路
OE2

AVDD

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