LCD-驱动原理剖析课件

LCD驱动原理QA-QE李绚5GLCD驱动原理5GTFT-LCD驱动电路信号TFT-LCD驱动电路模块TFT-LCD驱动电路信号第一部分TFT-LCD驱动电路信号第一部分图象表示规格名称解像度长宽比ColorGraphicsAdapterCGA320×2008:5EnhancedGraphicsAdapterEGA640×35064:35VideoGraphicsArrayVGA640×4804:3SuperVGASVGA800×6004:3eXtendedGraphicsArrayXGA1024×7684:3EngineeringWorkStationSPARC1152×90032:25SuperXGASXGA1280×10245:4UltraXGAUXGA1600×12004:3HighDefinitionTVHDTV1920×108016:9QuadrableXGAQXGA2048×15364:316SVGA3200×24004:3液晶显示器的图象表示规格图象表示规格名称解像度长宽比ColorGraphicsATFT-LCD模块电路驱动方框图DC/DCconverter

TimingControllerSourcedriverICGatedriverIC

InterfaceconnectordataTTL/LVDSTTL/RSDS/Mini-LVDSVddGammaLCCsVcomdataVcomstv,cpv

sth,cph,load,mpolTFT-LCD模块电路驱动方框图DC/DCconvertVESA了解视频电子标准协会（VideoElectronicsStandardsAssociation,VESA）是由代表来自世界各地的、享有投票权利的140多家成员公司的董事会领导的非盈利国际组织，总部设立于加利福尼亚州的Milpitas，自1989年创立以来，一直致力于制订并推广显示相关标准。主页：/

VESA总线(VedioElectronicStandardAssociation)是一个32位标准的计算机局部总线，是针对多媒体PC要求高速传送活动图象的大量数据应运而生的。它的数据传输率最高可达132Mbytes/s。它的许多引线引自CPU，因而负载能力相对较差。随着Pentium级计算机的不断普及，PCI总线产品所占的市场份额日渐提高，VESA总线产品将面临被淘汰的趋势。

VESA了解VESA标准下TFT-LCD时序构成

ActivepixelsT/LBorderB/RBorder数据信号同步信号后沿前沿解析度XGA@60HzXGA@75HzSXGA@60HzSXGA@75Hz行信号有效像素1024pixels1024pixels1280pixels1280pixels无效像素320pixels288pixels408pixels408pixels行右边缘0pixels0pixels0pixel0pixel行前沿24pixels16pixels48pixels16pixelsSync宽度136pixels96pixels112pixels144pixels行后沿160pixels166pixels248pixels248pixels行左边缘0pixels0pixels0pixel0pixel场信号有效行768lines768lines1024lines1024lines无效行38lines32lines42lines42lines场上边缘0line0line0line0line场前沿3lines1lines1line1line场Sync宽度6lines3lines3lines3lines场后沿29lines28lines38lines38lines场下边缘0line0line0line0line像素时钟频率65MHz(15.4nS)78.5MHz(12.7nS)108MHz(9.3nS)135MHz(7.4nS)VESA标准下TFT-LCD时序构成ActivepixelTFT-LCDBlockInputSignal

TFT-LCD模块输入信号类型有：1）CMOS/TTL输入信号2）低压差分(LVDS)输入信号信号分类：数据信号，控制信号，时钟信号。其中数据信号即数字视频信号，转移到显示单元上即8Bit灰度数据。TFT-LCDBlockInputSignalTFCMOS/TTL输入的数据信号线和T/CONPin是

1:1连接，控制信号和时钟信号需要另外的通道输入；信号线上3.3V代表数据“1”,0V代表数据“

0”。3.3V0V3.3V0VClockData‘0’‘1’CMOS/TTL信号CMOS/TTL3.3V0V3.3V0VClockData‘CMOS/TTL信号通信pin脚连接示意图(单通道模式)TimingControllerR0R1..R6R7。。B0B1..B6B7。。。。。。G0G1..G6G7R通道G通道B通道CMOS/TTL信号通信pin脚连接示意图(单通道模式)TiCMOS/TTL输入数据结构两种模式对比CMOS/TTL单通道数据结构CMOS/TTL双通道数据结构CMOS/TTL输入数据结构两种模式对比CMOS/TTL单通Single-portmode&Dual-portmode在单通道模式时，一个时钟周期内，R、G、B三个独立通道分别为R&G&B三个Dot传递一个灰度数据，即一个完整的Pixel灰度。在双通道模式时，R、G、B三个独立通道又被分别分为两个奇偶通道，奇数通道为奇数像素传递数据，偶数通道则为偶数像素传递数据，一个时钟周期内，同样也是传递一个完整的Pixel灰度。双通道增加了T/Con芯片的连接Pin数，但是同样也提高了数据传输速度。Single-portmode&Dual-portmTimingControllerPair1+Pair1-Pair2+Pair2-Pair3+Pair3-Pair4+Pair4–Clock0V1.2V0V1.2VData200mV200mV-++-‘0’‘1’对8bit灰度数据来说，在四对线上传输CMOS/TTL信号，包括数据信号，控制信号和时钟信号：R0~R7，B0~B7，G0~G7，Hsyc，Vsyc，DE；利用+Pair和-Pair之间的电压差表示数据“1”，相反就是数据“0”。LVDS信号TimingControllerPair1+PairLVDS信号特征在一个时钟周期内每个通道连续传送7Bit（R&G&B）。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。LVDSSignal的认识DifferentialSignal=(+Pair)-(-Pair)LVDS信号特征LVDSSignal的认识LVDS信号传输示意图传输8bit灰度数据需要四个差分通道，与CMOS/TTL信号传输的区别就是RGB没有独立通道，通道0～3均可以传输RGB灰度数据，且在一个周期内传输一个完整的Pixel灰度数据。LVDS信号传输示意图LVDS接口的数据格式LVDS接口的数据格式

CMOS/TTL信号传输采用并口方式，即8位灰度数据同时通过并行线进行传送，这样数据传送速度大大提高，但并行传送的线路长度受到限制，因为长度增加，干扰就会增加，数据也就容易出错。LVDS信号传输采用多通道串口方式。串口是每条通道顺序传输8位灰度数据。但是并口并不比串口传输速度快，由于8位通道之间的互相干扰，传输时速度就受到了限制。而且当传输出错时，要同时重新传8个位的数据。串口没有干扰，传输出错后重发一位就可以了。所以要比并口快。再加上LVDS信号有四条通道传输8位数据，这样比CMOS/TTL传输通道要快许多。

CMOS/TTL信号传输采用并口方式，即8位灰度数据TFT-LCD模块接口的比较TFT-LCD模块接口的比较T/CON的定义T/CON:TimingController的简写，信号控制器。将从外部供给的数据信号、控制信号以及时钟信号分别转换成适合于驱动IC的数据信号、控制信号、时钟信号。它的功能是色度控制和时序控制。ControlSignal

的种类ForSourceDriverICSTH(StartHorizontal):行数据的开始信号CPH(ClockPulseHorizontal):源驱动器的时钟信号（数据的同步信号）TPorLoad(DataOutputfromDriverICtoPanel):数据从源驱动器到显示器的输出信号MPOL(DataPolarityInversion):为了防止液晶老化，在液晶上的电压要求极性反转ForGateDriverICSTV(StartVertical):Gate开始CPV(ClockPulseVertical):Gate的同期信号OE1(OutputEnable):GateOutputControlOE2(MultiLevelGate):多灰度等级用的信号T/CON的定义ControlSignal的种类驱动原理——驱动原理1.输入到T/CON的信号：（1）TTL（TransistorTransistorLogic）输入

Data与

T/CONPin以

1:1Connecting并行方式传输，在一个Clock内同时传输6Bit数据3.3V0V3.3V0VClockData‘0’‘1’驱动原理——驱动原理1.输入到T/CON的信号：（2）LVDS（LowVoltageDifferentialSignal)Clock0V1.2V0V1.2VData200mV200mV-++-‘0’‘1’在Clock1Period内，有7个Bit成Serial传送。+Pair在–Pair之上时取

1的值,相反取0的值。与TTL相比，信号的线数减少，因此T/CON的Size小。与TTL相比，Signal的振幅要小，因此对

EMI有利.驱动原理——驱动原理（2）LVDS（LowVoltageDifferenti驱动原理——驱动原理TTLMini-LVDSRSDSClkROGOBOREGEBE6666661Dot线数:6lineClock=67.5MhzRGBR0G0B0R1G1B1R2G2B2R3G3B3R4G4B4R5G5B51Dot线数:1pair(2line)Clock=67.5*3=202.5MhzR

R1G,B1Dot线数:3pair(6line)Clock=67.5MhzR0

R3R2

R5R4同样3Pair1Dot1PixelRisingFalling2.从T/Con输出的信号驱动原理——驱动原理TTLMini-LVDSRSParameterTTLMini-LVDSRSDSSignalTTLdifferentialsignaldifferentialsignalPowerhighlowlowTransferlines6lines1pair(2lines)3pair(6lines)Clock67.5MHz202.5MHz67.5MHzNoiseweakstrongstrongEMIbadgoodGoodTransfermethodparallelserialParallel&serialRemarke.g.SXGA,6bit,75Hz驱动原理——驱动原理ParameterTTLMini-LVDSRSDSSignaResolution分辨率有效像素区域TotalScreen全屏H-sync@60Hz一行扫描时间SystemClockFrequency系统时钟频率DotClock@DualPortNo.ofSourceNo.ofGate@480@645@256SVGA800*6001056*62826.54μs40MHz20MHz543XGA1024*7681344*80620.68μs65MHz32.5MHz753SXGA1280*10241696*106615.64μs108MHz54MHz864SXGA+1400*10501890*109615.21μs124MHz62MHz975QVGA1280*9601728*100016.67μs104MHz52MHz864UXGA1600*12002112*125013.34μs158MHz79MHz1085QXGA2048*1536----13106每一帧的时间为

1/60=16.67ms一行扫描时间=[1/60]/1066=15.64us系统时钟频率=(15.64us/1696)-1=108MHzResolutionTotalScreenH-sync@6驱动原理——同期信号6个同期控制信号解释1.STV(Startvertical)：一列的开始信号，同样也是一帧的开始信号。2.CPV(Clockpulsevertical):

列的时钟脉冲信号。每个CPV脉冲过来时，打开一行TFT开关。3.STH(StartHorizontal):

水平数据的开始信号，代表了一行的开始。所以两个脉冲间隔时间即为扫描一行的时间，频率与CPV相同。4.CPH(Clockpulsehorizontal):

水平的时钟脉冲信号。每个CPH脉冲过来时为一个Dot像素电极充电，实现该像素的显示。5.Load(DataoutputfromDriverICtopanel):

Data输出控制信号。下降沿到来时，行数据从DriverIC传送到Panel上。所以两个脉冲间隔时间为扫描一行的时间，与CPV，SPH频率相同6.MPOL(DataPolarityInversion):

极性反转控制信号。当Load下降沿到达时，Data的极性根据MPOL极性进行反转。驱动原理——同期信号6个同期控制信号解释1.STDE(DataEnable)STHCPHTPorLoadMPOLActiveAreaHorizontalBlankingAreaDataOutput各控制和数据信号时序图

ForSourceDriverIC

DESTHCPHTPorMPOLActiveAreaHoSTVCPVOE1OE2Gate1Gate2

ForGate

DriverICSTVCPVOE1OE2Gate1Gate2CPVGate1Gate2TPDataData

DataOutput&GateOutput

CPVGate1Gate2TPDataDataCPVCPVSTVSTHTPPanel1st2ndPanel3rd

ControlSignal控制像素显示示意图

CPVCPVSTVSTHTPPanel1st2ndPanelSTVSTVistheVerticalStartingSignal,everySTVpulsewillstartoneframe.SoitsfrequencyisthesameasFramefreq.60HZ驱动原理——驱动原理STVSTVistheVerticalStCPVCPVistheVerticalPulseSignal,everyCpvpulsewillopenonelineofallTFTchannels.64KHZ驱动原理——同期信号CPVCPVistheVerticalPuCPHCPHistheHorizontalPulseSignal,everyCPHpulsewillstartonepixeldatastorage.驱动原理——同期信号CPHCPHistheHorizontalLOADLOADistheDataOutputSignal.Whenthefallingedgeiscomingout,thedatawillbesentfromDriver-ICtopanel.64KHZ驱动原理——同期信号LOADLOADistheDataOuMPOLMpolisthepolaritycontrolSignalwhichjudgedtheoutputvoltagepolaritytothepanel.16KHZ驱动原理——同期信号MPOLMpolisthepolarity信号比较1.STVVSCPV：SXGA60HZSTV60HZCPV64KHZ信号比较1.STVVSCPV：SXGA60HZSTV驱动原理——同期信号2.LOADVSMPOL：SXGA60HZLOAD64KHZ16KHZMPOL结论：采用1+2dot或2dot翻转方式。驱动原理——同期信号2.LOADVSMPO同期信号频率计算我们采用SXGA,6BIT,60HZ,以TTL信号点翻转方式为例，来介绍几个同期信号频率的计算。1.CPH：1688*1066*60=108MHZ2.STH：1066*60=64KHZ3.STV：60HZ4.CPV：1066*60=64KHZ5.LOAD：1066*60=64KHZ6.MPOL：1066*60/2=32KHZSXGA：1280*1024VESA：1688*1066…………………………OneFrameCph16881066STHCPVLOADSTV同期信号频率计算我们采用SXGA,6BIT,60HZ,以T第二部分TFT-LCD驱动电路模块第二部分LVDSconnector给PCBA提供视频信号和工作电压VDD，VDDtypicalvalue为5V。如果VDD不正常，会直接导致电路驱动不良。LCDPanel功耗计算：VDD*IDD在不影响画面质量的前提下，当然是功耗越低越好。一、DC/DCBlockLVDSconnectorLCDPanel功耗计算：一、

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ACRipple电源(VDD)输入电路部分VDD/DVDD

LDO电路

DVDD：DC/DC模块输入电压，由VDD生成的数字电源。用于各IC和Driver-IC工作电压。标称值为3.3V。该电路主要模块为IC4（RT9164）

VDD/DVDDLDO电路LDO是一个降压型的DC/DC转换器。LDO的工作原理是通过负反馈调整输出电流使输出电压保持不变。

BasicAdjustableRegulator&CircuitBasicAdjustableRegulator&CDC/DC

BlockVON：DC/DC模块输出电压,提供给Gate-Driver-IC用于打开TFT开关标称值为25v。VOFF：DC/DC模块输出电压,提供给Gate-Driver-IC用于关闭TFT开关.标称值为-8V.VON1：DC/DC模块输出电压，为MLG模块提供电源.AVDD:DC/DC模块输出电压,用作模拟电源.标称值为12v.AVDD主要用在源驱动器，Gamma校正电源，Vcom数字调节电路电源（IC7）。DC/DCBlockPCBpictureDC/DCBlockDC/DCBlock电路中主要芯片有IC2（EL7516），IC3（Sl431B）。VOFFVONAVDDVDDDVDDIC2电路中主要芯片有IC2（EL7516），IC3（Sl431BIC2：PWM（脉冲宽度调制）ICPin描述：其中VIN（Inputport）为VDD，VOUT（Outputport）为AVDD。1）VC：Compensationpin.内部误差放大器补偿引脚输出.COMP和地之间连接一个串联的RC。2）FB：电压反馈引脚，FB调整电压（参考电压）的标称值为1.294V。在升压调节器输出(VOUT)和AGND之间连接外部电阻分压器，中心抽头连接至FB。分压器须靠近IC放置，并减小引线面积，以降低噪声耦合。3）SHDN*：关断控制输入引脚。驱动SHDN*至低电平可关闭IC。4）GND：AGND&PGNDpin.模拟地和功率地。5）SW：Powerswitchpin.连接至IC内部MOSFET的漏极。将电感/整流二极管连接点接至SW，并尽可能减小引线面积，以降低EMI。6）VIN：模拟电源输入引脚。通过一个电阻接入VDD，并采用最小1uF的陶瓷电容直接旁路至GND。7）LB1：FSEL（Frequencyselect）pin.该引脚为低电平时，振荡器频率设置为640KHz；为高电平时，频率为1.2MHz。该输入具有6uA的下拉电流。IC2：PWM（脉冲宽度调制）IC8)LB0：Soft-startcontrolpin.软启动控制引脚。在该引脚连接一个软启动电容（CSS），如果不需要软启动可将该引脚开路。软启动电容以4uA固定电流充电，经过限流时间t=2.4*105CSS后，SS引脚电压充至1.5V，达到满电流限。当SHDN*为低电平时，软启动电容被放电到地电位。当SHDN*变为高电平时，软启动电容首先充至0.4V，然后开始软启动过程。PCB原理图中VDD/AVDDBlock电路整理如下图，比较直观便于分析。8)LB0：Soft-startcontrolpin.软+-PWMVINLDCoutRload<CurrentModeBoostRegulator>+-VINLCoutRloadXLDVIN+-Cout

<FirstCycle>

<SecondCycle>+Vout-+Vout-D:DutyCycleofTheSwitch脉冲调制集成电路PWMIC输出电压+PWMVINLDCoutRload<CurrentMoVbVc≒Va+Vb

VaVc正电压的电荷泵电路正电荷泵：跨接电容A端通过二极管接Va，另一端B端接振幅Vb的PWM方波。当B点电位为0时，A点电位为Va，即VAB=Va；当B点电位上升至Vb时，因为电容两端电压不能突变，两端的电压差维持在VAB=Va，此时A点电位上升为Vb+Va。所以，A点的电压就是一个PWM方波，最大值是Vb+Va，最小值是Va。（假设二极管为理想二极管）VbVc≒Va+VbVaVc正电压的电荷泵电路正电负电压的电荷泵电路负电荷泵：跨接电容A端通过二极管接Va，另一端B端接振幅Vb的PWM方波。当B点电位为Vb时，A点电位为Va，即VAB=Va-Vb；当B点电位下降至0时，因为电容两端电压不能突变，两端的电压差维持在VAB=Va-Vb，此时A点电位为Va-Vb。所以，A点的电压就是一个PWM方波，最大值是Va，最小值是Va-Vb。（假设二极管为理想二极管）VbVaVc≒Va-Vb

Vc负电压的电荷泵电路负电荷泵：VbVaVc≒Va-Vb先了解MLG电路的作用，应先知道Flicker现象的原理。极性变换：液晶分子不能够一直固定在某一个电压不变，不然时间久了，即使将电压取消掉，液晶分子会因为特性的破坏，而无法再因应电场的变化来转动，以形成不同的阶。液晶显示器内的显示电压就分成了两种极性，一个是正极性，而另一个是负极性。当显示电极的电压高于公用电极电压时，就称之为正极性。而当显示电极的电压低于公用电极的电压时，就称之为负极性。不管是正极性或是负极性,都会有一组相同亮度的灰阶。

FirstFrame(+)SecondFrame(-)+++-+--+-++-+--+-++-+--+-++-+--+-++-+--+-++-+--+-+-++-++-++-+-+-+-+-----Name++++++++++++------------FrameInversionLineInversionColumnInversionDotInversion二、MLGBlock先了解MLG电路的作用，应先知道FlickerFirstF所谓Flicker的现象，就是当你看液晶显示器的画面上时，画面会有闪烁的感觉。正负极性的同一灰阶电压有差别（差别原因开态电流，正负极性变换时，充电效率并不同），当然灰阶的感觉也就不一样。在不停切换画面的情况下，由于正负极性画面交替出现，就会感觉到Flicker的存在。

Flicker现象最容易发生在使用帧反转的极性变换方式，因为帧反转整个画面都是同一极性，当这次画面是正极性时，下次整个画面就都变成了是负极性。假若你是使用common电压固定的方式来驱动，而common电压又有了一点误差，这时候正负极性的同一灰阶电压便会有差别，整个一帧画面的像素显示也都有差别。

所谓Flicker的现象，就是当你看液晶显示器的画面上时，画而其它面板的极性变换方式，虽然也会有此flicker的现象，但由于它不像帧反转是同时整个画面一齐变换极性，只有一行或是一列，甚至于是一个点变化极性而已。因为反转频率很高（微秒计），以人眼的感觉来说，就会比较不明显。至于crosstalk的现象，它指的就是相邻的点之间，要显示的资料会影响到对方，以致于显示的画面会有不正确的状况。虽然crosstalk的现象成因有很多种，只要相邻点的极性不一样，便可以减低此一现象的发生。综合这些特性，点反转的优势就很明显了。OT目前采用的反转方式是以前知道调节Vcom是为了减弱Flicker现象，其实这样理解是误区，Flicker现象是Panel工艺上的问题，调节Vcom只是为了让屏幕中心位置Flicker现象变弱，改变中心部位的画质就可以适应人们的视觉效果了。++----++++----++++----++而其它面板的极性变换方式，虽然也会有此flicker的现象，驱动电压波形示意图Vkb=Vd-Vp。由于寄生电容的存在，Pixel上的电压与Vd充电电压存在一定的偏差，因为在充电结束后，寄生电容会分流一部分电荷，这便使得Vp小于Vd。差值变为△Vp。

驱动电压波形示意图Vkb=Vd-Vp。由于寄生电容的存在，OE2-+-通过op-amp的反转增大，可将OE2signal变化成与Out相同的波型。-将Out波型和DC电压相结合，提高Out波型的电压Level。-将Levelup的波型输入到GateDriverIC。OutMLG构成电路OE2--通过op-amp的反转增大，可将OE2signOE2MLGMLGGateoutput波形OE2MLGMLGGateoutput波形MLG电路MLG是

Multilevelgate的简写，Gate开启电压由2个level的VGH构成。由于在H_L时,TFT还没有关断.这时在t3区间发生Recharging，可得到ΔVp减小的效果Vgh21Ht2t3VcomVdataVgh1VglMLG电路Vgh21Ht2t3VcomVdataVgh1VgOE2=4v，VON1=12.75v，MLG=26v。合成后的VON开启电压如图所示。LCD_驱动原理剖析课件Gamma电路主要为灰度级提供14个基准电压。SourceDriverIC依据这14个基准电压并通过内部的电阻网络产生各个灰度等级的电压