毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真

毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真摘要随着TFT_LCD技术迅猛发展，并且它拥有着性能优良、大规模生产特性好、自动化限度高、原材料成本低廉诸多长处，从而广泛应用于诸多领域。在这样背景下，对其驱动电路也提出了更高规定。本文即旨在进行TFT_LCD列驱动电路设计和仿真，设计构造分为数字某些和模仿某些两大某些，重要涉及双向移位寄存器、数据寄存器、数据锁存器、电平位移、D/A变换和输出缓冲六个某些。一方面会对列驱动电路原理和工作过程做进一步理解，然后在参照已有经验基本上，提出了本设计总体构造和功能模块划分。另一方面，通过Multisim和Cadence仿真工具对设计方案成果进行验证。最后，在各个模块基本上，建立了整体芯片构造框图。电路设采用Multisim和Cadence工具进行仿真，仿真成果表白，所设计驱动电路基本满足液晶显示屏性能规定。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第1页。核心字：列驱动；薄膜晶体管；γ校正；D/A变换毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第1页。AbstractAsTFT_LCDtechnologyisdevelopingrapidly，andithasexcellentperformancecharacteristicsoflarge-scaleproduction，highdegreeofautomation，low-costrawmaterialsaswellasmanyotheradvantages,whicharewidelyusedinmanyfields.Inthiscontext,thedrivingcircuitisalsoputforwardhigherrequirements.ThisarticleaimstoconductTFT_LCDcolumndrivercircuitdesignandsimulationdesignstructureisdividedintothedigitalpartandanalogpartoftwomajorparts，includingbi-directionalshiftregister，dataregister，datalatches，leveldisplacement，D/Aconversionandoutputbuffersixparts.Wewillfirstcolumndrivecircuitoftheprincipleandprocessin-depthunderstanding.Then，inreferencetopreviousexperienceonthebasisofthisdesign，wewillpresenttheoverallstructureandthedivisionoffunctionalmodules.Secondly，weuseMultisimandCadencesimulationtoolstoverifytheresultsofthedesign.Finally，ineachmoduleonthebasis,wecreateablockdiagramoftheoverallchip.CircuitdesignusingMultisimandCadencetoolforsimulation，simulationresultsshowthatthedrivecircuitbasicallydesignedtomeettheperformancerequirementsoftheliquidcrystaldisplay.毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第2页。Keywords：column-driven；thin-filmtransistor；theγ-correction；theD/Aconversion毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第2页。第一章绪论1.1液晶显示技术发展历程液晶，最早是奥地利植物学家莱尼茨尔在1888年某次测定有机物熔点时偶尔发现，。她经常从胡萝卜中萃取胆固醇，有一天，她注意到了加热一种苯甲酸胆固醇所产生颜色变化:当加热至摄氏145度，固态化合物慢慢熔化成钻稠白云状液体，继续加热，温度上升至摄氏179度，钻稠白浊特性消失，变成了清澈透明液体，这种化合物似乎有两个不同样熔点，而当该化合物冷却时，同样现象重复浮现，只是顺序反转，最后形成固态结晶体。日后她发既有机物融化后在加热状态下都会由透明白色浑浊液体变成透明清亮液体，这是人们对液晶最原始结识。正是莱尼泽这一发现，直接将液晶呈当前了世人面前。不久，德国物理学家莱曼观测发现这些液体还会显示出各向异性晶体所有双折射性，因而把它命名为“液晶”。初期液晶作为显示屏材料很不稳定，作为商用尚存在着许多需要解决问题。因而，制造商们不断去寻找更好办法以提高液晶显示屏性器发展难题，科技进步恰恰为这一切提供了也许。通过将近40年发展，液晶显示屏技术接近成熟。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第3页。20世纪60年代初，人们发现给液晶充电会变化它分子排列，继而导致光线扭曲或者折射。重复实验之后，人们又发现了光电效应，即向列液晶透明薄层通电时会浮现浑浊现象。随着时间推移，越来越多实验让人们对液晶构造特性和应用有了更加深刻结识。终于，1971年创造了第一台液晶显示屏，就是最初TN_LCD，即扭曲向列。这一技术迅速普及开来，在诸多领域得到了推广应用，涉及计算器，电子表等。美国人最先提出了TFT_LCD技术，自此登上舞台。但是TFT-LCD技术真正发展是在1993年，日本率先实现了TFT_LCD大规模生产，液晶显示屏开始向便宜，低成本方向发展之后，薄膜式晶体管TFT_LCD开始进一步向高品位发展。1997年，第一批大基板尺寸第三代TFT_LCD生产线在日本建成。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第3页。当前，由于薄膜晶体管液晶显示屏具备重量轻、平板化、低功耗、无辐射、显示品质优良等特点，其应用领域正在逐渐扩大。同步随着应用领域扩大，对液晶显示屏规定也正在向大尺寸，高辨别率，高彩色化发展，这也使得人们研究和开发新驱动方案，如当前新IC驱动技术。1.2TFT_LCD重要技术特点TFT_LCD从1960创造开始通过不断改良和发展，在二十世纪几十年代才真正发展起来，是采用新材料和新工艺大规模半导体全集成电路制造技术。TFT是在玻璃或塑料基板等非单晶片上通过溅射，化学沉积工艺形成制造电路必要各种膜，通过对膜加工制作大规模半导体集成电路。随着近年来TFT技术日益成熟，彩色液晶平板显示屏也得以迅速发展，于1991年成功转型为笔记型计算机用面板，TFT_LCD已迅速成长为主流显示屏，从此进入TFT_LCD时代。从1991年第一代开始，当前已发展至第9代，甚至第10代生产线。与之相应是，面板尺寸，像素数，像素数密度也在按类似于摩尔定律规模增长。特别是进入五代线后来，面积与产能不断扩大，TFT_LCD已经成为主流。固然，这项技术依然在不断地进步，工艺越来越简化，生产效率越来越高，直接使得价格越来越低。TFT_LCD之因此能迅速成长至此，这与它自身特点是分不开，它重要有如下四特点：（1）合用范畴广：在很大温度范畴内都可以正常使用（-20℃到50℃），并且通过温度加固解决TFT_LCD低温工作温度甚至可达到-80℃，同步它既可以用移动终端显示，也可以用台式终端显示，连投影都可以，是性能优良且全面全尺寸显示终端。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第4页。（2）合用特性好：TFT_LCD产品尚有着较高安全性和可靠性，再加上当前已经平板化，又轻薄以便多了。此外，TFT_LCD功耗极低，可以节约大量能源，升级容易，使用寿命长，高辨别率，显示方式多样等诸多长处。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第4页。（3）TFT_LCD制造技术拥有着很高自动化限度，大规模工业化生产特性好，当前TFT_LCD技术已经基本成熟，大规模生产成品率也极高。同步它还易于集成和更新换代，由于是大规模半导体集成电路技术和光源技术完美结合，继续发展潜力巨大。当前已有非晶，多晶和单晶硅TFT_LCD，将来必定还会有其他材料TFT浮现。（4）环保特性好：最重要是它没有辐射，不会损害使用者健康。随着着TFT_LCD电子书浮现，无纸办公，无知印刷时代启动，是人类学习，传播和记载方式革命。显而易见，TFT_CD更易于集成和更新换代特点赋予了它辽阔发展前景。此外，除了上面所说外，TFT_LCD尚有着大面积，功能强大，应用领域广泛等其她特点。1.3TFT_LCD国内外状况对比要看TFT_LCD国内外状况对比，咱们一方面来看下全球大尺寸TFT_LCD面板各地区市场占有率：下图可以看出重要是台湾，韩国，日本占据了这片市场，而国内显然还十分稚嫩，图中显示韩国大尺寸TFT_LCD出货量在超过日本，成为全球第一大TFT_LCD生产国。之后稳居第一位，维持了市场支配性地位。然而好景不长，韩国遭到来自台湾公司剧烈冲击，虽然在第1季度曾浮现过一段市场占有率逆转现象。从下半年开始，随着韩国国内公司第5代生产线正式投入批量生产，韩国市场占有率又重新浮现增长，最后仍以39.9%占有率排名第一位。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第5页。技术上，当前TFT_LCD技术已经成熟，困扰液晶平板显示屏三大难题：视角、色饱和度、亮度已经获得解决。再看一下中日韩台TFT_LCD产业技术现状对比：毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第5页。从上面咱们可以明显看出当前国内大陆和台湾地区，韩国以及日本发展差距，就这种状况，咱们不也许不依赖进口。世界TFT_LCD产业现状及发展方向决定了中华人民共和国大陆TFT_LCD产业发展规模及前景。中华人民共和国大陆TFT_LCD产业发展比日韩及欧美发达国家要晚近二十年。但中华人民共和国大陆TFT_LCD产业发展有其独特特点和局限，重要有如下特点：（1）中华人民共和国大陆TFT_LCD产业来势凶猛，良性循环机率低，产业链失衡，生产线、设备落后。（2）中华人民共和国大陆TFT_LCD产业一开始就受到本地政界大力支持，产业发展有关上游材料生产均有待极大开发生产。（3）中华人民共和国兴起FPD产业，将逐渐成为世界FPD产业核心，中华人民共和国FPD产业发展也将面临艰巨挑战，同步中华人民共和国TFT_LCD产业仍是全球焦点。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第6页。至今，国内仅能生产电脑显示屏、笔记本电脑用中档尺寸和小尺寸面板产品，全球市场份额局限性10%，尚没有液晶电视用大尺寸面板生产能力。与几乎同步起步韩国和台湾相比，国内TFT_LCD产业存在巨大差距，亟须大力发展。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第6页。1.4课题研究内容及意义随着液晶显示蓬勃发展，TFT_LCD驱动芯片业迎来了巨大市场，其中最为明显是TFT_LCD驱动IC增长。为了在这个巨大市场中占有一席之地，国内IC行业面临着发展机遇和挑战。为了更好掌握产业发展积极权。本文针对这一发展趋势规定，研究与设计了TFT_LCD列驱动电路，参照了既有产品某些设计经验，依照数字电路和模仿电路设计流程和“自顶向下”设计思想一方面对芯片进行层次化功能划分;然后进行各个功能模块原理图输入和仿真。最后，根据芯片资料提出功能、性能指标、对芯片功能、性能进行了模仿验证。本文采用仿真验证工具是Multisim和Cadence，数字某些与模仿某些均采用原理图输入办法。依照工作原理，本文将把整个电路划分为六个模块:双向移位寄存器、数据寄存器、数据锁存器、电平位移、D/A转换器和输出缓冲器。其中前二个某些为数字模块，后两个某些是模仿模块。在第二章中，本文将一方面简介源驱动芯片工作原理和系统架构;第二章将简介数字某些电路设计;第四章简介电平位移模块和模仿某些电路设计;第五章则给出SXGATFT_LCD源驱动芯片系统实现;第六章是对整体设计过程一种总结，并给出了将来可以改进地方。第二章至第五章每个某些都将会从它工作原理、构造、性能指标和仿真成果各个方面加以简介，必要时给出详细分析推导。第二章显示原理2.1液晶显示基本原理2.1.1LCD器件构造毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第7页。液晶显示屏件(LCD，LiquidCrystalDisplay)面板由20多项材料以及元件构成，面板厚度不到1cm，十分轻薄短小，并且不同类型LCD所需材料不尽相似。基本上，LCD构造犹如一种三明治，如图所示，在一种液晶盒中普通涉及玻璃基板，彩色滤光片，偏光板，配向膜，印制电路板等材料，当灌入液晶材料后，一种液晶显示屏件就形成了。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第7页。2.1.2液晶显示原理液晶是分子排布或指向具备某种规律、介于固体与液体之间，具备规则性分子排列有机化合物。它具备液体流动性和晶体双折射性，并且在电场作用下会变化其分子排列。液晶特点是构成液晶分子指向有规律，而分子之间相对位置无规律，前者使液晶具备晶体才具备各向异性，后者使之具备液体才具备流动性。液晶显示屏原理是运用液晶物理特性，在通电时导通，使液晶排列变得有秩序，从而光线容易通过，不通电时，排列则变得无序，从而制止光线通过。如下图所示：TFT_LCD液晶显示屏显像原理是采用“背透式”照射方式。当光源照射时，先通过下偏光板向上透出，借助液晶分子来传导光线。由于上下火层电极为FET电极和公共电极，在FET电极导通时，液晶分子排列状态同样会发生变化，也通过遮光和透光来达到显示目。但不同是，由于FET晶体管具备电容效应，可以保持电位状态，先前透光液晶分子会始终保持这种状态，直到FET电极下一次再加电变化其排列方式为止。从电子学角度阐述液晶显示屏件显示原理为:在外加电场作用下具备偶极矩液晶棒状分子在排列状态上发生变化，使得通过液晶显示屏件光被调制，从而呈现或明或暗、透过与不透过显示效果。液晶显示屏件中每个显示像素都可以单独被电场控制，不同显示像素按照驱动信号控制在显示屏上合成各种图像，液晶显示驱动功能就是建立这种电场。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第8页。液晶显示有三大长处:液晶自身不发光，只是反射环境光;用十显示液晶厚度普通在几十微米如下，加上电极板也只有几毫米，因此液晶元件普通薄并且轻，应用十分以便;液晶显示屏耗电量普通极低，基本上不耗电能。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第8页。2.2TFT元件构造特性和工作原理2.2.1TFT元件构造在TFT_LCD中，TFT功能就是电气开关。图2.1表达了TFT元件平面图和截面图。它是三端器件，普通在玻璃基板上设有半导体层，在其两端有与之相连接源极和漏极，并通过栅极绝缘膜与半导体层相对放置，设有栅极。运用施加于栅极电压Vg来控制源、漏电极之间电流。栅极源极漏极半导体层图2.1TFT基本构造TFT器件和MOS器件工作原理一致，唯一区别在于MOS器件半导体材料是单晶体材料，TFT半导体材料是薄膜材料。对于TFT工作于线形区时，即VDS<(VDS-Vth)，漏极电流为:对于TFT工作于饱和区时，即VDS>(VDS-Vth)，漏极电流为：毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第9页。关断状态漏电流方程为：毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第9页。其中，VDS是源漏间电压，ID是源漏间电流VGS是栅源间电压，VT是阈值电压，μ是有效迁移率，Cox是栅氧化层厚度，W是沟道宽度，L是沟道长度。ION大小反映了沟道导电能力强弱，如果ION太小，将影响MOS管增益和输出动态范畴，反之如果ION太大，则会引起直流功耗过大。迄今有诸多关于TFT元件研究开发正在进行，但实现使用化是单晶硅TFT（a-SiTFT）、多晶硅TFT（p-SiTFT）、使用单晶硅MOSFET（c-SiMOSFET)硅类半导体晶体管。由于a-SiTFT电子移动速率低于1cm2/V.sec，而驱动IC需要较高运算速率来驱动电路，并巨不易将驱动IC集成到基板上。相比之下，p-Si电子移动速率可以达到100cm2/V.sec，同步也更容易将驱动IC集成到基板上，可以减少生产成本，并使产品重量更轻、厚度更薄。同步p-SiTFT比老式a-Si小，因此解析度可以更高。2.2.2TFT工作原理TFT_LCD象元由阵列基板侧面液晶象元电极，公共电极以及封闭在两者之间液晶构成，象元通过一种薄膜晶体管控制加到其上电压，如图2.2所示：显示数据薄膜晶体管液晶公共电极图2.2TFT_LCD象元构造毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第10页。TFT_LCD每个象素都是一种薄膜晶体管，其具备存储特性，且其存储时间长短取决于TFT关态电阻和液晶象素电容，存贮电容RC常数。因而，TFT_LCD驱动方式不同于TN和STN。TFT_LCD象素在显示系统中构造如图2.3所示:当扫描驱动器施加给扫描电极一种选取电压时，TFT_LCD显示灰度级由数据驱动器电压和存储在象元上电压决定。即当TFT栅极G与源极S未选通时，TFT处在截止态，源极S与漏极D之间相称于开路，外电路电压不会施加到液晶像素上。当行扫描信号选通了某一行所有TFT栅极G后，源扫描信号依次选通此行上TFT源极S。行扫描信号和源扫描信号同步选通TFT将被打开，源、漏极之间导通，源扫描信号即数据信号写入液晶像素和补偿电容Cs。由于液晶像素与补偿电容对电荷存储特性，在TFT截止后，写入数据信号会保存一段时间。可以设定这个保存时间为半帧周期，下半帧时，变化写入信号极性，即可保证液晶像素处在交流驱动状态。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第10页。输入数据1输入数据2输入数据3TFTTFTSDLyquidcystalLyquidcystal公共电极公共电极图2.3TFT_LCD象元在显示系统中构造毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第11页。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第11页。第三章驱动原理3.1液晶驱动办法液晶显示驱动方式有许各种，依照常用液晶显示屏件种类，液晶显示屏件驱动方式重要可分为如下几大类。即直接驱动法，有源矩阵驱动法，射束寻址驱动法，铁电液晶驱动法，彩色液晶驱动等。TFT_LCD普通采用有源驱动法。TFT_LCD有源矩阵驱动也叫开关矩阵驱动，其重要特点是在显示面板各像素点设立了开关元件(TFT)。TFT作用是把液晶像素和信号电极较好分隔开来，即有源开关作用。这种行、列电极交叉构成点阵显示方式，不但提高了显示屏响应时间，同步在灰度控制上也可以通过点脉冲直接控制，可以做到非常精准，因而每个节点都相对独立，并可以进行持续控制，使TFT色彩更逼真，显示模式也更灵活。在显示过程中，由于在某一时刻只有一行单元被选中，其他行都处在选中状态，从而彻底消除了交叉效应。同步，由于液晶显示像素存储效应，只要TFT单元漏电流足够小，写入数据信号在一帧时间内可基本保持不变，就能实现占空比接近100%静态显示效果。对TFT_LCD来说，当前最为常用共有4种驱动办法，即帧反转，行反转，列反转和点反转，图3.1为这4种驱动办法示例图。帧反转12341++++2++++3++++4++++12341----2----3----4----毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第12页。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第12页。行反转12341++++2----3++++4----12341----2++++3----4++++列反转12341+-+-2+-+-3+-+-4+-+-12341-+-+2-+-+3-+-+4-+-+点反转12341+-+-2-+-+3+-+-4-+-+12341-+-+2+-+-3-+-+4+-+-图3.1液晶显示驱动办法1)帧反转:即一帧中所有数据电压极性相似，但对于公共电极电压前一帧与后一帧极性相反。2)行反转:即一帧中相邻行数据电压相对于公共电极电压极性相反。3)列反转:即一帧中相邻列数据电压相对于公共电极电压极性相反。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第13页。4)点反转:即一帧中相邻象素电压相对于公共电极电压极性相反。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第13页。帧反转驱动办法用于辨别率较低场合，尽管功耗低，但驱动电压较大，并且闪烁现象严重，因此TFT_LCD普通不用。由于在相似帧频前提下，辨别率提高，就意味着时钟频率增长，即对每个象素写入时间将变短，因而普通对于辨别率较低，屏幕较小显示屏，如辨别率为VGA和SVGATFT_LCD用行反转，更高辨别率则用点反转方式。总之，帧反转驱动办法用于辨别率较低场合，其驱动电压较大，功耗较高，但电路简朴;行反转驱动办法用于辨别率中档显示屏，其驱动电压较小，功耗较低，但电路比帧反转要复杂某些;点反转驱动办法用于辨别率较高场合，电路最为复杂，但图像效果最佳。3.2TFT_LCD驱动原理3.2.1TFT_LCD系统构造图3.2是TFT_LCD显示系统电路框图，其按功能可以提成接口电路，视频信号变换电路，时序控制电路，电压变换电路，公共电极驱动电路和显示模块等6个某些。其中显示模块涉及有效显示区、扫描驱动芯片以及列驱动芯片。输入接口某些负责将输入数据信号、同步信号、控制信号和电源信号送入时序驱动电路板;视频信号变换电路则负责将输入信号转换成适合TFT_LCD显示数据信号，然后通过时序控制电路同步和定位，连同栅、源驱动芯片控制信号，时序信号和同步信号共同通过输出接口送入显示模块;电源变换电路将输入直流电压转换成各个某些所需直流工作电压以及直流驱动电压和背光源所需交流电压;公共电极驱动电路将产生公共电压，和数据线驱动电压共同作用，从而完毕TFT_LCD显示工作。视频信号变换视频信号变换数据驱动电路接口数据驱动电路接口栅极驱动电路栅极驱动电路液晶显示液晶显示屏时序控制电路时序控制电路毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第14页。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第14页。电源变换电路电源变换电路公共电极驱动公共电极驱动图3.2TFT_LCD显示系统从图3.2TFT_LCD显示系统构造中可以看到，驱动一块TFT_LCD显示屏，需要两组信号:源极数据信号和栅极行扫描信号。从驱动系统角度来看，这两组信号分别由两种驱动芯片来实现:列驱动电路和行驱动电路。源驱动电路作用就是对数据线施加目的电压，而栅驱动电路作用是实行开关导通和断开，工作时按照一次一行方式依次扫描栅极。每扫描到一条栅极线，与其相连TFT同步处在导通状态，通过漏极总线将数据线上信息提供应各信号存储电容，各像素液晶被存储信号勉励至下一种帧扫描时为止。这种办法循环地给每行栅电极施加选取脉冲，在一帧中每一行选取时间是均等。3.2.2TFT_LCD驱动电路工作过程图3.3为彩色TFT_LCD模块截面图:彩色TFT-LCD屏是由TFT阵列玻璃板和彩色滤光膜玻璃板之间加入液晶材料构成。为了控制液晶层厚度，在液晶层内分散分布玻璃(或塑料)微球，两个玻璃板表面涂布取向层(即配向膜)，控制液晶分子定向排列。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第15页。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第15页。图3.3彩色TFT_LCD截面图由于液晶存在工作电压阈值弛豫特性，在简朴矩阵驱动中对比度很低，显示容量很难增大。随着TFT液晶显示屏显示面积增大，主流高性能驱动办法均采用有源矩阵型。TFT_LCD有源矩阵驱动也叫做开关矩阵驱动，其重要特点是在显示面板各像素点设立开关元件(TFT)和信号存储电容。用M个行电极和和N个列电极交叉构成M×N点排列显示矩阵，以M个行电极和N个列电极控制M×N个显示点就可以得到任意文字、图形和图像。由于点阵画面上图像数据量庞大，在图像发送端会把图像数据准时间坐标进行分解，并且转换成准时间顺序串行信号，接受端显示屏准时间顺序接受串行信号，并把它解决成能显示图像，这个过程称为“扫描”。在驱动M×N矩阵TFT_LCD时，将扫描电路寻址信号送入栅线Y1，Y2,Y3...YM，将数据电路数据信号送入数据线X1，X2，X3...XN。TFT_LCD详细驱动过程普通采用“逐行扫描”方式，即顺序选通某一种总线Y上显示点，例如选通栅线Y1上象素，则选通Y1上所有TFT，从Y1起按顺序选到YM，称为一帧，将一帧时间进行分割，则每个栅极分给一定期间(称为选通时间)tl，t2，t3...tw，重复进行相似动作，即完毕一帧图像驱动。数据线X1，X2，X3...X。数据信号，由寻址信号通过控制开关TFT，写入到象素电容Cc和存储电容Cs、上成为象素电压。象素电压与公共电极上电压之差驱动显示图像。然后，关断栅极总线Y1上所有TFT和由Y1所选取象素，保持到下一种寻址信号到来为止，直到再一次写入数据信号更新画面。因此，由十液晶上保持着数据信号施加电压，实质上液晶在一帧时间内作静杰动作。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第16页。每一帧周期内，除了正在被寻址扫描行外，所有其她行TFT栅极皆为地电位，TFT处十截止状态，存贮在这些象素电容上电荷基板不变，灰度也不变，始终到下一帧到来为止。M行这样信号依次传播到矩阵液晶显示屏上从而构成一帧图像。每帧重复一次上述过程，图像刷新一次。在行回扫时间里，行存贮电容Cs上电荷所有放电完毕，而后重新充电存入下一行图像信号。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第16页。矩阵显示方式大尺寸液晶显示屏幕，由于行列数量均十分庞大，需要采用数片栅极驱动和源级驱动共同工作。第四章列驱动电路设计和仿真4.1列驱动电路设计毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第17页。数字电路基本单元为各种门电路，涉及反相器、与非门、或非门等，它们可以通过不同组合构成功能更加复杂电路构造，完毕更多功能规定。如下将逐个详细简介本设计中使用到某些基本门电路。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第17页。4.1.1列驱动电路构造本文研究TFT_LCD列驱动电路构造如下图所示，重要涉及移位寄存器、数据寄存器、数据锁存器、电平位移电路、数模转换器和输出缓冲六大模块。双向移位寄存器双向移位寄存器STHRSTHLRLVdd1CLKGNDSTB数据寄存器数据寄存器毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第18页。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第18页。数据锁存器数据锁存器POL电平转换电路电平转换电路Vdd2GND数模转换数模转换输出缓冲电路输出缓冲电路S1S2S3S383S384图列驱动构造图4.1.2反相器毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第19页。反相器是构成数字电路基本单元，亦是构成其她各种门电路基本。图4.1即为本设计中电源电压为5V反相器电路构造图。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第19页。图4.1反相器电路构造图从图中可以看到，CMOS反相器采用正电源Vdd供电，PMOS管源极接电源正极，NMOS管源极接地。两个管子栅极连在一起，作为反相器输入端，两个管子漏极连在一起，作为反相器输出端。由于NMOS管Vds为正电压，PMOS管Vds为负电压，因此当CMOS反相器处在稳态时，无论输出高电平还是低电平，PMOS和NMOS中必然有一种截止而另一种导通，此时电源向反相器提供仅为纳安级漏电流，因此CMOS反相器静态功耗非常小。为了使得设计中反相器具备最大噪声容限，并且具备几乎相似上升时间和下降时间，NMOS和PMOS宽长比必要满足:其中，μn是NMOS管表面迁移率，μp是PMOS管表面迁移率，设计中沟道长度取最小值，此时该反相器可以获得较抱负输出，其仿真波形如图4.2所示:毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第20页。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第20页。图4.2反相器仿真成果4.1.3与非门和或非门与非门和或非门也是数字电路设计中非常基本门电路，与非门为上面两个PMOS并联，下面两个NMOS串连电路构造，如图4.3所示。其中两个串联NMOS管为工作管，而两个并联PMOS管为负载管。当输入A，B都是高电平时，串联NMOS管都导通，并联PMOS管都截止，因而输出为低电平。当输入A,B中有一种为低电平时，两个串联NMOS工作管中必有一种截止，于是电路输出为高电平。因而满足输出与输入之间“与非”逻辑关系。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第21页。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第21页。图4.3与非门电路构造图图4.4为两输入与非门仿真波形，从图中可以看到，该与非门具备非常抱负输出波形。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第22页。图4.4与非门仿真成果毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第22页。或非门构造与与非门类似，如图4.5所示。其构造为上面两个PMOS负载管串联，下面两个NMOS工作管并联。当输入A，B中至少有一种为高电平时，并联NMOS管至少有一种导通，串联PMOS管中至少有一种截止，十是电路输出低电平;当输入A，B都为低电平时，并联NMOS管都截止，串联PMOS管都导通，因而电路输出高电平。可见，电路实现了或非逻辑关系。或非门设计原理也与与非门基本相似。图4.6是本设计中或非门仿真成果。由图4.6可见，该或非门具备几乎相似上升时间和下降时间，符合设计预期。毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第23页。图4.5或非门电路构造图毕业设计方案TFTLCD显示关键技术电路设计和仿真全文共27页，当前为第23页。图4.6或非门仿真成果4.1.4传播门传播门运用P沟道MOS管和N沟道MOS互补特性可以连接成CMOS传播门。CMOS传播门也与CMOS反相器同样，是构成各种逻辑电路一种基本单元电路。图4.7即为本设计中用到CMOS传播门电路构造。T1是NMOS管，T2是PMOS管。T1和T2源极和漏极在构造上是完全对称，它们源极和漏极分别相连作为传播门输入端和输出端C和C'为一对互补控制信号，分别接在T1和T2栅极。之因此采用传播门是由于简朴MOS开关会存在阈值电压损失，例如NMOS管在传播高电平时和PMOS在传播低电平时，都会发生这样状况。因而为了保证在高低电平时，开关器件都可以精确无误工作，将NMOS和PMOS并联结合使用，即当N管无法工作时候，那段高电平由P管来完毕，而当P管无法工作时候，那段低电平由N管来传播。这样就可以实现从电源电压到地满摆幅传播。毕业