μPD16305在等離子體顯示器中的應(yīng)用

介紹了NEC公司生產(chǎn)的專用于等離子體顯示器的行驅(qū)動(dòng)芯片μPD16305的性能特點(diǎn)及其在PDP顯示系統(tǒng)中的應(yīng)用。它為PDP掃描電極的驅(qū)動(dòng)電路提供了高達(dá)180V的驅(qū)動(dòng)信號(hào),顯示效果令人滿意。?

??? 關(guān)鍵詞: 等離子體顯示器? 高壓驅(qū)動(dòng)? μPD16305?

??? 等離子體顯示器(Plasma Display Panel,簡(jiǎn)稱PDP)是近幾年發(fā)展起來的新型平板顯示器件,它利用氣體放電產(chǎn)生的紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光顯示圖像。它具有超薄的外形、平面顯示、高亮度、寬視角、不受磁場(chǎng)影響等優(yōu)點(diǎn),是大屏幕壁掛電視的主流發(fā)展方向。但是,它的驅(qū)動(dòng)電壓高達(dá)180V,因而一些常用的顯示驅(qū)動(dòng)器無法滿足PDP對(duì)高驅(qū)動(dòng)電壓的要求。例如,Supertex公司生產(chǎn)的用于場(chǎng)發(fā)射顯示器(FED)的HV53/5408,只能提供90V的驅(qū)動(dòng)電壓。?

??? 為了降低驅(qū)動(dòng)電路的成本、縮小驅(qū)動(dòng)電路的體積,我們使用了NEC公司的μPD16305高壓驅(qū)動(dòng)器作為PDP的驅(qū)動(dòng)電路。實(shí)踐證明,以μPD16305為核心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路,簡(jiǎn)單易調(diào)、占用體積小、顯示效果好。下面對(duì)此芯片的性能特點(diǎn)以及它在PDP驅(qū)動(dòng)電路的具體應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。?

1 性能特點(diǎn)?

??? μPD16305是NEC公司推出的專用于AC-PDP的行驅(qū)動(dòng)器,它在工藝上使用了高壓CMOS結(jié)構(gòu)。它由40位的雙向移位寄存器、鎖存器和高壓CMOS驅(qū)動(dòng)塊組成。其邏輯塊的供電電壓為5V(CMOS電平輸入),驅(qū)動(dòng)塊可實(shí)現(xiàn)200V、400mA的高電壓、大電流輸出。它還具有如下特點(diǎn):片上集成了40位雙向移位寄存器;低功耗(1mW);工作溫度范圍寬(-40～+85℃)。?

??? 為了使芯片的封裝形式與標(biāo)準(zhǔn)封裝一致,μPD16305采用了80管腳的標(biāo)準(zhǔn)QFP塑料封裝。但對(duì)芯片有用的64個(gè)管腳分別由芯片的三個(gè)方向引出,并且引腳在芯片上呈逆時(shí)針排列。其中有40個(gè)高壓輸出管腳、10個(gè)電源管腳、1個(gè)邏輯輸入管腳和1個(gè)邏輯輸出管腳、6個(gè)控制管腳以及6個(gè)空管腳。各管腳功能說明如下:?

??? O₁～O₄₀(管腳1～20,45～64):高壓輸出端?

??? V_SS1(管腳24、41):邏輯塊地?

??? V_DD1(管腳26、39):邏輯塊電源?

??? V_SS2(管腳22、23、42、43):驅(qū)動(dòng)塊地?

??? V_DD2(管腳21、44):驅(qū)動(dòng)塊電源?

??? A(管腳30):右移數(shù)據(jù)輸入端/輸出端?

??? B(管腳35):左移數(shù)據(jù)輸入端/輸出端?

??? (管腳25):移位方向控制端,?當(dāng)=1時(shí),A腳為輸入端,B腳為輸出端,移位寄存器執(zhí)行右移功能;?

?????????????????????????????????? 當(dāng)=0時(shí),B腳為輸入端,A腳為輸出端,移位寄存器執(zhí)行左移功能?

??? PC(管腳27):極性反轉(zhuǎn)控制端?

??? CLK(管腳31):時(shí)鐘輸入端?

??? (管腳32):數(shù)據(jù)清除端(低有效)?

??? (管腳36):鎖存使能控制端,當(dāng)=1時(shí),執(zhí)行鎖存功能;?當(dāng)=0時(shí),數(shù)據(jù)通過

??? BLK(管腳37):輸出置位控制端,當(dāng)BLK=1時(shí),輸出與PC同相;當(dāng)BLK=0時(shí),輸出與PC相異或后輸出?

??? NC(管腳28、29、33、34、38、40):空管腳?

??? 為了解決高壓芯片的散熱問題,μPD16305將高壓輸出對(duì)稱地放置到芯片的兩端;為便于電路的安裝、調(diào)試,將控制管腳放置到芯片的同一側(cè)。?

??? μPD16305的功能結(jié)構(gòu)可分為三部分:40位雙向移位寄存器、40位鎖存器和高壓輸出功能塊。它除了有40路的高壓輸出以外,還有一個(gè)低壓的輸入和一個(gè)低壓的輸出。并且這兩個(gè)輸入輸出端口都是雙向的,當(dāng)一個(gè)為輸入時(shí),另一個(gè)為輸出,其輸出是移位寄存器輸出的最后一位。將此輸出與另一片μPD16305的輸入相連,可以級(jí)聯(lián)驅(qū)動(dòng)40路以上的顯示器。對(duì)于分辨率為852×480的PDP來說,只需12片μPD16305就可以了。圖1示出了μPD16305的主要功能塊。?

??? 移位寄存器、鎖存器和高壓輸出塊的真值表分別如表1、2、3所示。?

??? 在這三部分電路中,高壓輸出驅(qū)動(dòng)電路部分是μPD16305芯片的核心部分,它為負(fù)載提供了高電壓、大電流的輸出,高壓輸出直接驅(qū)動(dòng)PDP屏的顯示單元,點(diǎn)亮被選中的象素。圖2為μPD16305高壓輸出驅(qū)動(dòng)電路圖。?

??? 圖2中, A、B、C 三路信號(hào)是由同一信號(hào)(鎖存器輸出的信號(hào))經(jīng)過分離得到的。它們分別輸入到高壓輸出驅(qū)動(dòng)塊的三個(gè)輸入端,其中A和B信號(hào)反相,A和C信號(hào)同相。?

??? 當(dāng)A=1、B=0、C=1時(shí),N1、P1、N3導(dǎo)通,N2、P2、P3截止,輸出OUT=0;?

??? 當(dāng)A=0、B=1、C=0時(shí),N2、P2、P3導(dǎo)通,N1、P1、N3截止,輸出OUT=V_DD2。?

??? 由圖可見,這種輸出結(jié)構(gòu)不同于普通的互補(bǔ)輸出結(jié)構(gòu)。這種電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于:它可以用前級(jí)的數(shù)字電平,驅(qū)動(dòng)后面的功率級(jí)電路,這對(duì)于普通的推挽輸出結(jié)構(gòu)來說,是根本達(dá)不到的。?

??? 對(duì)于如圖3所示的普通的CMOS互補(bǔ)輸出結(jié)構(gòu),假設(shè)V_DD2=200V、GND=0V、V_thn=15V、V_thp=-15V。若要使V_out=GND,即要使N管導(dǎo)通、P管截止,就需要滿足①V_gs>V_thn;②V_DD2-V_gs<-V_thp。這樣,柵極電壓V_gs至少應(yīng)該等于V_DD2+V_thp,即V_gs至少應(yīng)為200-15=185V,這就需要在芯片中加入電平轉(zhuǎn)換電路,將CMOS數(shù)字電平提升到可以驅(qū)動(dòng)功率管的高電平。對(duì)于40路輸出的μPD16305來說,可以想象它所占的體積將是巨大的,因而不利于芯片的集成。?

2 μPD16305在PDP驅(qū)動(dòng)電路中的應(yīng)用?

??? μPD16305是一種CMOS結(jié)構(gòu)的高壓驅(qū)動(dòng)電路,使用非常靈活。其輸入可以是TTL電平,也可以是CMOS電平,高壓輸出調(diào)節(jié)范圍可從0V～200V。其內(nèi)部有一內(nèi)置二極管,此二極管的陽極接在μPD16305的V_SS2端,陰極接在μPD16305的V_DD2端。由于PDP驅(qū)動(dòng)電極(Y)波形出現(xiàn)有多種電壓,所以驅(qū)動(dòng)芯片μPD16305提供穩(wěn)定、恒定的電源電壓是不可能完成該波形的。解決多電源電壓的方法是將μPD16305的高壓電源和高壓地“浮”起來運(yùn)用,使驅(qū)動(dòng)芯片的電源腳和地腳在不同時(shí)刻與不同電壓相接,從而使芯片的輸出符合相應(yīng)的要求。?

??? 在維持期里,所有Y電極的波形完全一致。但在尋址期中掃描尋址時(shí),各行的Y電極有效時(shí)間不同,出現(xiàn)有多種電壓。所以在維持期和尋址期,可以通過MOS開關(guān)管的不同狀態(tài),使驅(qū)動(dòng)芯片的電源腳和地腳在不同時(shí)刻與不同電壓相接,以得到所需要的波形。這種連接方式降低了輸出級(jí)MOS管上的電壓,應(yīng)用起來有很大的余地。?

??? 在驅(qū)動(dòng)PDP時(shí),在維持期和尋址期的初始化階段,利用的是μPD16305的全高或全低工作狀態(tài)(可參見表3);而在尋址期的掃描階段,利用的是μPD16305的移位工作狀態(tài),以實(shí)現(xiàn)逐行掃描。?

??? μPD16305作為行驅(qū)動(dòng)器使用時(shí),控制信號(hào)與μPD16305的具體連接方式如圖4所示。?

??? μPD16305的控制信號(hào)中,信號(hào)可直接接到低壓電源VDD1上。因?yàn)樵隍?qū)動(dòng)電路中,只在逐行掃描階段才利用了移位功能,而且移位是朝一個(gè)方向進(jìn)行的,因此沒有必要增加額外的信號(hào)產(chǎn)生器,將其接至某一固定電位即可。

??? 其它的控制信號(hào)如A、CLK、STB、CLR等,可根據(jù)從PDP屏上測(cè)得的數(shù)據(jù),用可編程邏輯器件來產(chǎn)生,這里我們采用的是Altera公司的FLEX10K10系列的芯片。?

??? 電源信號(hào)和地信號(hào)是通過電平轉(zhuǎn)換電路驅(qū)動(dòng)功率MOS開關(guān)管提供的,電平轉(zhuǎn)換電路的控制時(shí)序由CPLD產(chǎn)生。最終產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)波形如圖5所示。?

????在實(shí)際應(yīng)用中,要確保μPD16305所有的V_DD1、V_DD2、V_SS1、V_SS2管腳都要被使用,并且V_SS1和V_SS2必須接到同一電位上;由于μPD16305的管腳33在芯片內(nèi)部被連接到了封裝外殼上,所以必須保證此管腳開路,不能使用;為了防止器件發(fā)生閂鎖效應(yīng),加電源時(shí)必須按照先加V_DD1、再加邏輯信號(hào)、最后加V_DD2的順序進(jìn)行;關(guān)斷電源時(shí),按照相反的順序進(jìn)行操作。?

參考文獻(xiàn)?

1 MOS INTEGRATED CIRCUIT μPD16305.NEC DATA?SHEET,1997?

2 侯伯亨.硬件描述語言與數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì).西安:西安電子科技大學(xué)出版社, 1999