μPD16305在等离子体显示器中的应用
μpd16305在等离子体显示器中的应用
介绍了nec公司生产的专用于等离子体显示器的行驱动芯片μpd16305的性能特点及其在pdp显示系统中的应用。它为pdp扫描电极的驱动电路提供了高达180v的驱动信号,显示效果令人满意。
关键词: 等离子体显示器 高压驱动 μpd16305
等离子体显示器(plasma display panel,简称pdp)是近几年发展起来的新型平板显示器件,它利用气体放电产生的紫外线激发荧光粉发光显示图像。它具有超薄的外形、平面显示、高亮度、宽视角、不受磁场影响等优点,是大屏幕壁挂电视的主流发展方向。但是,它的驱动电压高达180v,因而一些常用的显示驱动器无法满足pdp对高驱动电压的要求。例如,supertex公司生产的用于场发射显示器(fed)的hv53/5408,只能提供90v的驱动电压。
为了降低驱动电路的成本、缩小驱动电路的体积,我们使用了nec公司的μpd16305高压驱动器作为pdp的驱动电路。实践证明,以μpd16305为核心设计的驱动电路,简单易调、占用体积小、显示效果好。下面对此芯片的性能特点以及它在pdp驱动电路的具体应用进行简要的介绍。
1 性能特点
μpd16305是nec公司推出的专用于ac-pdp的行驱动器,它在工艺上使用了高压cmos结构。它由40位的双向移位寄存器、锁存器和高压cmos驱动块组成。其逻辑块的供电电压为5v(cmos电平输入),驱动块可实现200v、400ma的高电压、大电流输出。它还具有如下特点:片上集成了40位双向移位寄存器;低功耗(1mw);工作温度范围宽(-40～+85℃)。
为了使芯片的封装形式与标准封装一致,μpd16305采用了80管脚的标准qfp塑料封装。但对芯片有用的64个管脚分别由芯片的三个方向引出,并且引脚在芯片上呈逆时针排列。其中有40个高压输出管脚、10个电源管脚、1个逻辑输入管脚和1个逻辑输出管脚、6个控制管脚以及6个空管脚。各管脚功能说明如下:
o1～o40(管脚1～20,45～64):高压输出端
vss1(管脚24、41):逻辑块地
vdd1(管脚26、39):逻辑块电源
vss2(管脚22、23、42、43):驱动块地
vdd2(管脚21、44):驱动块电源
a(管脚30):右移数据输入端/输出端
b(管脚35):左移数据输入端/输出端
(管脚25):移位方向控制端,当=1时,a脚为输入端,b脚为输出端,移位寄存器执行右移功能;
当=0时,b脚为输入端,a脚为输出端,移位寄存器执行左移功能
pc(管脚27):极性反转控制端
clk(管脚31):时钟输入端
(管脚32):数据清除端(低有效)
(管脚36):锁存使能控制端,当=1时,执行锁存功能;当=0时,数据通过
blk(管脚37):输出置位控制端,当blk=1时,输出与pc同相;当blk=0时,输出与pc相异或后输出
nc(管脚28、29、33、34、38、40):空管脚
为了解决高压芯片的散热问题,μpd16305将高压输出对称地放置到芯片的两端;为便于电路的安装、调试,将控制管脚放置到芯片的同一侧。
μpd16305的功能结构可分为三部分:40位双向移位寄存器、40位锁存器和高压输出功能块。它除了有40路的高压输出以外,还有一个低压的输入和一个低压的输出。并且这两个输入输出端口都是双向的,当一个为输入时,另一个为输出,其输出是移位寄存器输出的最后一位。将此输出与另一片μpd16305的输入相连,可以级联驱动40路以上的显示器。对于分辨率为852×480的pdp来说,只需12片μpd16305就可以了。图1示出了μpd16305的主要功能块。
移位寄存器、锁存器和高压输出块的真值表分别如表1、2、3所示。
在这三部分电路中,高压输出驱动电路部分是μpd16305芯片的核心部分,它为负载提供了高电压、大电流的输出,高压输出直接驱动pdp屏的显示单元,点亮被选中的象素。图2为μpd16305高压输出驱动电路图。
图2中, a、b、c 三路信号是由同一信号(锁存器输出的信号)经过分离得到的。它们分别输入到高压输出驱动块的三个输入端,其中a和b信号反相,a和c信号同相。
当a=1、b=0、c=1时,n1、p1、n3导通,n2、p2、p3截止,输出out=0;
当a=0、b=1、c=0时,n2、p2、p3导通,n1、p1、n3截止,输出out=vdd2。
由图可见,这种输出结构不同于普通的互补输出结构。这种电路结构的优点在于:它可以用前级的数字电平,驱动后面的功率级电路,这对于普通的推挽输出结构来说,是根本达不到的。
对于如图3所示的普通的cmos互补输出结构,假设vdd2=200v、gnd=0v、vthn=15v、vthp=-15v。若要使vout=gnd,即要使n管导通、p管截止,就需要满足①vgs>vthn;②vdd2-vgs<-vthp。这样,栅极电压vgs至少应该等于vdd2+vthp,即vgs至少应为200-15=185v,这就需要在芯片中加入电平转换电路,将cmos数字电平提升到可以驱动功率管的高电平。对于40路输出的μpd16305来说,可以想象它所占的体积将是巨大的,因而不利于芯片的集成。
2 μpd16305在pdp驱动电路中的应用
μpd16305是一种cmos结构的高压驱动电路,使用非常灵活。其输入可以是ttl电平,也可以是cmos电平,高压输出调节范围可从0v～200v。其内部有一内置二极管,此二极管的阳极接在μpd16305的vss2端,阴极接在μpd16305的vdd2端。由于pdp驱动电极(y)波形出现有多种电压,所以驱动芯片μpd16305提供稳定、恒定的电源电压是不可能完成该波形的。解决多电源电压的方法是将μpd16305的高压电源和高压地“浮”起来运用,使驱动芯片的电源脚和地脚在不同时刻与不同电压相接,从而使芯片的输出符合相应的要求。
在维持期里,所有y电极的波形完全一致。但在寻址期中扫描寻址时,各行的y电极有效时间不同,出现有多种电压。所以在维持期和寻址期,可以通过mos开关管的不同状态,使驱动芯片的电源脚和地脚在不同时刻与不同电压相接,以得到所需要的波形。这种连接方式降低了输出级mos管上的电压,应用起来有很大的余地。
在驱动pdp时,在维持期和寻址期的初始化阶段,利用的是μpd16305的全高或全低工作状态(可参见表3);而在寻址期的扫描阶段,利用的是μpd16305的移位工作状态,以实现逐行扫描。
μpd16305作为行驱动器使用时,控制信号与μpd16305的具体连接方式如图4所示。
μpd16305的控制信号中,信号可直接接到低压电源vdd1上。因为在驱动电路中,只在逐行扫描阶段才利用了移位功能,而且移位是朝一个方向进行的,因此没有必要增加额外的信号产生器,将其接至某一固定电位即可。
其它的控制信号如a、clk、stb、clr等,可根据从pdp屏上测得的数据,用可编程逻辑器件来产生,这里我们采用的是altera公司的flex10k10系列的芯片。
电源信号和地信号是通过电平转换电路驱动功率mos开关管提供的,电平转换电路的控制时序由cpld产生。最终产生的驱动波形如图5所示。
在实际应用中,要确保μpd16305所有的vdd1、vdd2、vss1、vss2管脚都要被使用,并且vss1和vss2必须接到同一电位上;由于μpd16305的管脚33在芯片内部被连接到了封装外壳上,所以必须保证此管脚开路,不能使用;为了防止器件发生闩锁效应,加电源时必须按照先加vdd1、再加逻辑信号、最后加vdd2的顺序进行;关断电源时,按照相反的顺序进行操作。
参考文献
1 mos integrated circuit μpd16305.nec datasheet,1997
2 侯伯亨.硬件描述语言与数字逻辑电路设计.西安:西安电子科技大学出版社, 1999
KQ300电力载波模块
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等离子体显示器(plasma display panel,简称pdp)是近几年发展起来的新型平板显示器件,它利用气体放电产生的紫外线激发荧光粉发光显示图像。它具有超薄的外形、平面显示、高亮度、宽视角、不受磁场影响等优点,是大屏幕壁挂电视的主流发展方向。但是,它的驱动电压高达180v,因而一些常用的显示驱动器无法满足pdp对高驱动电压的要求。例如,supertex公司生产的用于场发射显示器(fed)的hv53/5408,只能提供90v的驱动电压。
为了降低驱动电路的成本、缩小驱动电路的体积,我们使用了nec公司的μpd16305高压驱动器作为pdp的驱动电路。实践证明,以μpd16305为核心设计的驱动电路,简单易调、占用体积小、显示效果好。下面对此芯片的性能特点以及它在pdp驱动电路的具体应用进行简要的介绍。
1 性能特点
μpd16305是nec公司推出的专用于ac-pdp的行驱动器,它在工艺上使用了高压cmos结构。它由40位的双向移位寄存器、锁存器和高压cmos驱动块组成。其逻辑块的供电电压为5v(cmos电平输入),驱动块可实现200v、400ma的高电压、大电流输出。它还具有如下特点:片上集成了40位双向移位寄存器;低功耗(1mw);工作温度范围宽(-40～+85℃)。
为了使芯片的封装形式与标准封装一致,μpd16305采用了80管脚的标准qfp塑料封装。但对芯片有用的64个管脚分别由芯片的三个方向引出,并且引脚在芯片上呈逆时针排列。其中有40个高压输出管脚、10个电源管脚、1个逻辑输入管脚和1个逻辑输出管脚、6个控制管脚以及6个空管脚。各管脚功能说明如下:
o1～o40(管脚1～20,45～64):高压输出端
vss1(管脚24、41):逻辑块地
vdd1(管脚26、39):逻辑块电源
vss2(管脚22、23、42、43):驱动块地
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a(管脚30):右移数据输入端/输出端
b(管脚35):左移数据输入端/输出端
(管脚25):移位方向控制端,当=1时,a脚为输入端,b脚为输出端,移位寄存器执行右移功能;
当=0时,b脚为输入端,a脚为输出端,移位寄存器执行左移功能
pc(管脚27):极性反转控制端
clk(管脚31):时钟输入端
(管脚32):数据清除端(低有效)
(管脚36):锁存使能控制端,当=1时,执行锁存功能;当=0时,数据通过
blk(管脚37):输出置位控制端,当blk=1时,输出与pc同相;当blk=0时,输出与pc相异或后输出
nc(管脚28、29、33、34、38、40):空管脚
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μpd16305的功能结构可分为三部分:40位双向移位寄存器、40位锁存器和高压输出功能块。它除了有40路的高压输出以外,还有一个低压的输入和一个低压的输出。并且这两个输入输出端口都是双向的,当一个为输入时,另一个为输出,其输出是移位寄存器输出的最后一位。将此输出与另一片μpd16305的输入相连,可以级联驱动40路以上的显示器。对于分辨率为852×480的pdp来说,只需12片μpd16305就可以了。图1示出了μpd16305的主要功能块。
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在这三部分电路中,高压输出驱动电路部分是μpd16305芯片的核心部分,它为负载提供了高电压、大电流的输出,高压输出直接驱动pdp屏的显示单元,点亮被选中的象素。图2为μpd16305高压输出驱动电路图。
图2中, a、b、c 三路信号是由同一信号(锁存器输出的信号)经过分离得到的。它们分别输入到高压输出驱动块的三个输入端,其中a和b信号反相,a和c信号同相。
当a=1、b=0、c=1时,n1、p1、n3导通,n2、p2、p3截止,输出out=0;
当a=0、b=1、c=0时,n2、p2、p3导通,n1、p1、n3截止,输出out=vdd2。
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对于如图3所示的普通的cmos互补输出结构,假设vdd2=200v、gnd=0v、vthn=15v、vthp=-15v。若要使vout=gnd,即要使n管导通、p管截止,就需要满足①vgs>vthn;②vdd2-vgs<-vthp。这样,栅极电压vgs至少应该等于vdd2+vthp,即vgs至少应为200-15=185v,这就需要在芯片中加入电平转换电路,将cmos数字电平提升到可以驱动功率管的高电平。对于40路输出的μpd16305来说,可以想象它所占的体积将是巨大的,因而不利于芯片的集成。
2 μpd16305在pdp驱动电路中的应用
μpd16305是一种cmos结构的高压驱动电路,使用非常灵活。其输入可以是ttl电平,也可以是cmos电平,高压输出调节范围可从0v～200v。其内部有一内置二极管,此二极管的阳极接在μpd16305的vss2端,阴极接在μpd16305的vdd2端。由于pdp驱动电极(y)波形出现有多种电压,所以驱动芯片μpd16305提供稳定、恒定的电源电压是不可能完成该波形的。解决多电源电压的方法是将μpd16305的高压电源和高压地“浮”起来运用,使驱动芯片的电源脚和地脚在不同时刻与不同电压相接,从而使芯片的输出符合相应的要求。
在维持期里,所有y电极的波形完全一致。但在寻址期中扫描寻址时,各行的y电极有效时间不同,出现有多种电压。所以在维持期和寻址期,可以通过mos开关管的不同状态,使驱动芯片的电源脚和地脚在不同时刻与不同电压相接,以得到所需要的波形。这种连接方式降低了输出级mos管上的电压,应用起来有很大的余地。
在驱动pdp时,在维持期和寻址期的初始化阶段,利用的是μpd16305的全高或全低工作状态(可参见表3);而在寻址期的扫描阶段,利用的是μpd16305的移位工作状态,以实现逐行扫描。
μpd16305作为行驱动器使用时,控制信号与μpd16305的具体连接方式如图4所示。
μpd16305的控制信号中,信号可直接接到低压电源vdd1上。因为在驱动电路中,只在逐行扫描阶段才利用了移位功能,而且移位是朝一个方向进行的,因此没有必要增加额外的信号产生器,将其接至某一固定电位即可。
其它的控制信号如a、clk、stb、clr等,可根据从pdp屏上测得的数据,用可编程逻辑器件来产生,这里我们采用的是altera公司的flex10k10系列的芯片。
电源信号和地信号是通过电平转换电路驱动功率mos开关管提供的,电平转换电路的控制时序由cpld产生。最终产生的驱动波形如图5所示。
在实际应用中,要确保μpd16305所有的vdd1、vdd2、vss1、vss2管脚都要被使用,并且vss1和vss2必须接到同一电位上;由于μpd16305的管脚33在芯片内部被连接到了封装外壳上,所以必须保证此管脚开路,不能使用;为了防止器件发生闩锁效应,加电源时必须按照先加vdd1、再加逻辑信号、最后加vdd2的顺序进行;关断电源时,按照相反的顺序进行操作。
参考文献
1 mos integrated circuit μpd16305.nec datasheet,1997
2 侯伯亨.硬件描述语言与数字逻辑电路设计.西安:西安电子科技大学出版社, 1999
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林肯提出了针对性极强的“中国第一，客户为先”战略
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μPD16305在等离子体显示器中的应用
服务型机器人走上台前 黑科技迎来高光期
vivo X60 Pro+的功能、卖点及价格介绍
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基于区块链设立的智能电网将会逐渐成为主流
R&S IQW100宽带I/Q数据记录仪可满足从外场到实验室测试需求的中端仪表
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