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液晶显示器电源管理的电路设计

发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:587

贾金萍 张鹏 张志东

  摘 要:介绍了一新型液晶显示电源管理的电路设计,该电路用硬件有效控制液晶显示上、下电时序,且具有极低的静态功耗、良好的温度补偿和软、硬件调节液晶显示对比度的功能。

  关键词:液晶显示;电源管理;时序控制;静态功耗;温度补偿;对比度调节

1  引  言
  要实现液晶显示器显示须具备以下4 个单元:控制器(controller) 、电源管理单元(pmu) 、驱动电路(driver) 、液晶显示器件(lcd) 。对于分辨率较小的液晶显示器件,如128×64、128×32等模块都具有控制器、电源管理单元、驱动器于一体的芯片。但对于高分辨率的液晶显示器(如320×240 ,640×480) 需要单独的控制器、电源管理单元、驱动器。本文给出了一种高分辨率液晶显示器电源管理电路的设计方案。

2  电路设计方案
  实现液晶显示须具备4个单元,其框图如图1所示。本文给出的电源管理电路设计方案具有驱动电压产生、时序控制、温度补偿和对比度调节的功能,其框图如图2所示。

图1 液晶显示系统4个单元框图

2. 1  驱动电压产生电路
  液晶显示不仅需要逻辑电源,而且要有驱动电源。驱动电源因驱动芯片的不同而异,本文以日本日立公司ht66130/ ht66137为例。该系列芯片是驱动高分辨率液晶显示器的芯片,所需驱动电压为vlcd 、v0 、vm3种。由于占空比达1/240 ,vlcd电压达15v以上,我们选用美信公司的dc/dc器件max1606产生15.9v的vlcd电压,经电阻分压得到v0 和vm ,v0 和vm再经运算放大器提供给ht66130和ht6613,如图2所示。

图2 液晶显示电源管理框图

2. 2  时序控制电路
  所有液晶显示器对于上电、下电时序都有严格要求。如果上电、下电时序不符合要求,则不能正常显示,常常会出现乱码、锁存、残留显示等现象。以日本日立公司驱动芯片ht66130/ht66137驱动320×240液晶显示屏为例,对上电、下电时序的要求如图3所示,一般液晶显示驱动芯片要求也大致如此。

  通常液晶显示器的电源管理电路是依靠cpu用软件来控制信号的时序,以保证液晶显示器件对上电、下电时序的要求。这就占用更多的通用输入、输出口(gpio),而且对于上电瞬间软件尚未运行起来,只能依靠cpu的gpio的默认状态来控制。目前智能手机等双cpu系统更不易依靠软件来实现控制。本文设计的电路仅需一个gpio(即显示使能信号disp) ,就可以控制上、下电时序及驱动电源的开关,而且对disp无任何时序要求。

图3 日立公司ht66130/ht66137时序图

  对上电时序,一般必须有一帧频初始化时间后,才可置显示使能信号为高电平。传统做法是依靠cpu的gpio口延时来控制。本文设计的电路利用d型触发器,并以帧频信号(frame)为时钟输入,以显示使能信号(disp)为d输入并控制clear端,q端输出控制整个驱动电路的开关。这样既可以实现disp输入的时序控制,又可以用disp控制整个驱动电源电路的开关。由于disp可关掉驱动电路,所以可以实现待命状态驱动电路功耗很小,仅有触发器和门电路的静态电流。为了满足驱动电压稳定后disp信号输入,我们采用与门控制disp与驱动电压输入来实现disp输出。

  下电时,必须严格遵循显示使能信号、驱动电源、显示时钟/ 数据信号、逻辑电源的时序。为满足下电时序要求,一般也是利用cpu的gpio来控制。该设计利用d触发器及与门可实现disp置低提前于驱动电压。采用disp信号控制电源电路,当disp置低时,ht66130/ht66137驱动芯片的驱动电源完全关掉,无须另外的gpio口来控制。测试表明电路运行正常,能有效地控制上电、下电的时序,无乱码、锁存、残留显示等现象。而且在待命状态驱动电路功耗很小,仅为0.2 mw(包括电路与液晶显示器件)。

2. 3  温度补偿电路
  为保证液晶显示能在较宽的温度范围正常工作,温度补偿电路十分必要。所用液晶屏的驱动电压与温度特性如图4 实线所示。由此利用热敏电阻的温度特性及电阻的串并关系,优化出了电路设计,具体电路如图5。r1=638 kω,r2=110 kω,r3=62 kω,rth的特性如表1。用r1、r2 、r3 、rth和dc/dc(max1606)输出电压的计算公式:


进行了模拟计算,结果如表1,由表1所得曲线如图4。表1和图4表明电路输出和液晶屏的要求吻合,电路能够保证液晶在-20~70°c 范围内正常显示。而且高、低温测试结果证实,在-
贾金萍 张鹏 张志东

  摘 要:介绍了一新型液晶显示电源管理的电路设计,该电路用硬件有效控制液晶显示上、下电时序,且具有极低的静态功耗、良好的温度补偿和软、硬件调节液晶显示对比度的功能。

  关键词:液晶显示;电源管理;时序控制;静态功耗;温度补偿;对比度调节

1  引  言
  要实现液晶显示器显示须具备以下4 个单元:控制器(controller) 、电源管理单元(pmu) 、驱动电路(driver) 、液晶显示器件(lcd) 。对于分辨率较小的液晶显示器件,如128×64、128×32等模块都具有控制器、电源管理单元、驱动器于一体的芯片。但对于高分辨率的液晶显示器(如320×240 ,640×480) 需要单独的控制器、电源管理单元、驱动器。本文给出了一种高分辨率液晶显示器电源管理电路的设计方案。

2  电路设计方案
  实现液晶显示须具备4个单元,其框图如图1所示。本文给出的电源管理电路设计方案具有驱动电压产生、时序控制、温度补偿和对比度调节的功能,其框图如图2所示。

图1 液晶显示系统4个单元框图

2. 1  驱动电压产生电路
  液晶显示不仅需要逻辑电源,而且要有驱动电源。驱动电源因驱动芯片的不同而异,本文以日本日立公司ht66130/ ht66137为例。该系列芯片是驱动高分辨率液晶显示器的芯片,所需驱动电压为vlcd 、v0 、vm3种。由于占空比达1/240 ,vlcd电压达15v以上,我们选用美信公司的dc/dc器件max1606产生15.9v的vlcd电压,经电阻分压得到v0 和vm ,v0 和vm再经运算放大器提供给ht66130和ht6613,如图2所示。

图2 液晶显示电源管理框图

2. 2  时序控制电路
  所有液晶显示器对于上电、下电时序都有严格要求。如果上电、下电时序不符合要求,则不能正常显示,常常会出现乱码、锁存、残留显示等现象。以日本日立公司驱动芯片ht66130/ht66137驱动320×240液晶显示屏为例,对上电、下电时序的要求如图3所示,一般液晶显示驱动芯片要求也大致如此。

  通常液晶显示器的电源管理电路是依靠cpu用软件来控制信号的时序,以保证液晶显示器件对上电、下电时序的要求。这就占用更多的通用输入、输出口(gpio),而且对于上电瞬间软件尚未运行起来,只能依靠cpu的gpio的默认状态来控制。目前智能手机等双cpu系统更不易依靠软件来实现控制。本文设计的电路仅需一个gpio(即显示使能信号disp) ,就可以控制上、下电时序及驱动电源的开关,而且对disp无任何时序要求。

图3 日立公司ht66130/ht66137时序图

  对上电时序,一般必须有一帧频初始化时间后,才可置显示使能信号为高电平。传统做法是依靠cpu的gpio口延时来控制。本文设计的电路利用d型触发器,并以帧频信号(frame)为时钟输入,以显示使能信号(disp)为d输入并控制clear端,q端输出控制整个驱动电路的开关。这样既可以实现disp输入的时序控制,又可以用disp控制整个驱动电源电路的开关。由于disp可关掉驱动电路,所以可以实现待命状态驱动电路功耗很小,仅有触发器和门电路的静态电流。为了满足驱动电压稳定后disp信号输入,我们采用与门控制disp与驱动电压输入来实现disp输出。

  下电时,必须严格遵循显示使能信号、驱动电源、显示时钟/ 数据信号、逻辑电源的时序。为满足下电时序要求,一般也是利用cpu的gpio来控制。该设计利用d触发器及与门可实现disp置低提前于驱动电压。采用disp信号控制电源电路,当disp置低时,ht66130/ht66137驱动芯片的驱动电源完全关掉,无须另外的gpio口来控制。测试表明电路运行正常,能有效地控制上电、下电的时序,无乱码、锁存、残留显示等现象。而且在待命状态驱动电路功耗很小,仅为0.2 mw(包括电路与液晶显示器件)。

2. 3  温度补偿电路
  为保证液晶显示能在较宽的温度范围正常工作,温度补偿电路十分必要。所用液晶屏的驱动电压与温度特性如图4 实线所示。由此利用热敏电阻的温度特性及电阻的串并关系,优化出了电路设计,具体电路如图5。r1=638 kω,r2=110 kω,r3=62 kω,rth的特性如表1。用r1、r2 、r3 、rth和dc/dc(max1606)输出电压的计算公式:


进行了模拟计算,结果如表1,由表1所得曲线如图4。表1和图4表明电路输出和液晶屏的要求吻合,电路能够保证液晶在-20~70°c 范围内正常显示。而且高、低温测试结果证实,在-
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