BUF16821-Q1：可編程伽馬電壓發(fā)生器與VCOM校準(zhǔn)器的深度解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對于TFT - LCD參考驅(qū)動(dòng)等應(yīng)用，一款性能優(yōu)異的可編程電壓參考器件至關(guān)重要。今天我們就來詳細(xì)探討TI推出的BUF16821 - Q1可編程伽馬電壓發(fā)生器與VCOM校準(zhǔn)器。

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1. 器件概述

BUF16821 - Q1專為TFT - LCD參考驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，具備16個(gè)可編程伽馬通道和2個(gè)可編程VCOM通道，每個(gè)通道均有10位分辨率，能快速輕松地調(diào)整輸出。其最終的伽馬和VCOM值可存儲在片上非易失性存儲器中，且支持最多16次寫入操作，方便應(yīng)對編程錯(cuò)誤或LCD面板返工。該器件有兩個(gè)獨(dú)立的存儲庫，可同時(shí)存儲兩條不同的伽馬曲線，便于動(dòng)態(tài)切換。

1.1 關(guān)鍵特性

• 汽車級標(biāo)準(zhǔn)：符合AEC - Q100標(biāo)準(zhǔn)，溫度等級3為 - 40°C至85°C，HBM ESD分類為2，CDM ESD分類為C4B，能適應(yīng)嚴(yán)苛的汽車應(yīng)用環(huán)境。
• 多通道與高分辨率：16通道P - Gamma和2通道P - VCOM，10位分辨率，可滿足高精度的電壓輸出需求。
• 非易失性存儲器：16x可重寫非易失性存儲器，兩個(gè)獨(dú)立的引腳可選存儲庫，方便存儲不同的伽馬曲線。
• 寬電壓范圍與大電流輸出：電源電壓范圍為9V至20V，數(shù)字電源為2V至5.5V，輸出可實(shí)現(xiàn)軌到軌，300 - mV（最小）擺幅到軌（10 mA），最大輸出電流> 300 - mA。
• 高速通信接口：支持 (I^{2}C^{TM}) 接口，支持400 kHz和2.7 MHz通信速率，能實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)傳輸。

2. 引腳配置與功能

BUF16821 - Q1采用HTSSOP - 28 PowerPAD?封裝，各引腳功能明確。例如，VCOM1和VCOM2為VCOM通道輸出；OUT1 - OUT16為DAC輸出；SCL和SDA為 (I^{2}C) 通信的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)引腳；BKSEL用于選擇存儲庫；A0為 (I^{2}C) 地址引腳。需要注意的是，模擬地（GNDA）和數(shù)字地（GNDD）必須連接在一起。

3. 規(guī)格參數(shù)

3.1 極限參數(shù)

• 電源電壓：VS最大為22V，DVDD（數(shù)字電源）最大為6V。
• 輸入輸出電壓與電流：數(shù)字輸入引腳電壓范圍為 - 0.5V至6V，電流為±10 mA；輸出引腳電壓范圍為 ((V - ) - 0.5) 至 ((V + ) + 0.5) V，輸出可連續(xù)短路到地。
• 溫度范圍：環(huán)境工作溫度范圍為 - 40°C至95°C，結(jié)溫最大為125°C。

  3.2 推薦工作條件

  VS電源電壓推薦范圍為9.0V至20V，典型值為18.0V；DVDD數(shù)字電源推薦范圍為2.0V至5.5V，典型值為3.3V。

  3.3 電氣特性

  在 (T{A}=25^{circ} C) ， (V{S}=18 ~V) ， (V{SD}=2 ~V) ， (R{L}=1.5 k Omega) 連接到地， (C_{L}=200 pF) 條件下：

  • 模擬通道：如OUT 1 - 16輸出高擺幅在代碼為1023、源出10 mA、溫度 - 40°C至85°C時(shí)為17.7V至17.85V；VCOM1和VCOM2輸出高擺幅在代碼為1023、源出100 mA、溫度 - 40°C至85°C時(shí)為13V至16.2V。
  • 輸出精度與線性度：輸出精度在±20mV至±50mV之間，積分非線性（INL）和差分非線性（DNL）均為0.3 LSB。
  • 功耗：總模擬電源電流在輸出為復(fù)位值且無負(fù)載時(shí)為12mA至14mA，數(shù)字電源電流在相同條件下為115μA至150μA。

4. 詳細(xì)功能描述

4.1 兩線總線通信

BUF16821 - Q1通過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的兩線接口進(jìn)行通信，工作在從模式。支持標(biāo)準(zhǔn)（最高100 kHz）、快速（最高400 kHz）和高速（最高2.7 MHz）三種速度模式。激活高速模式需發(fā)送特殊地址字節(jié)00001 xxx（ (SCL ≤400 kHz) ）。

4.2 輸出電壓計(jì)算

輸出電壓 (V{OUT }=V{S} timesleft(frac{C O D E{10}}{1024}right)) ，由模擬電源電壓 (V{S}) 和二進(jìn)制輸入代碼的十進(jìn)制值決定，輸出可在典型5 μs內(nèi)實(shí)現(xiàn)滿量程電壓變化。

4.3 寄存器操作

• 讀寫操作：可對單個(gè)或多個(gè)DAC和VCOM寄存器進(jìn)行讀寫。寫操作時(shí)，通過設(shè)置數(shù)據(jù)位D15 - D14確定是寫入DAC和VCOM寄存器（易失性存儲器）還是非易失性存儲器。
• 非易失性存儲器操作：寫入非易失性存儲器時(shí)，模擬電源電壓需在9V至20V之間，每次寫入需250 μs，期間應(yīng)避免通信。讀取非易失性存儲器數(shù)據(jù)前，需先執(zhí)行獲取命令更新DAC和VCOM寄存器及輸出電壓。

  4.4 功能模式

• 最終用戶選擇伽馬控制：通過BKSEL引腳切換存儲庫，可在約750 μs（±80 μs）內(nèi)同時(shí)更新18個(gè)可編程緩沖器輸出。
• 動(dòng)態(tài)伽馬控制：將兩條伽馬曲線存儲在外部EEPROM中，通過軟件寫入DAC寄存器（易失性）實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)伽馬控制。先將數(shù)據(jù)寫入寄存器且位15為0，最后一次寫入時(shí)將位15置為1，可同時(shí)更新所有通道。

5. 應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

5.1 典型應(yīng)用場景

BUF16821 - Q1主要用于TFT - LCD顯示，作為多通道可編程電壓參考，連接時(shí)序控制器和源驅(qū)動(dòng)器。

5.2 設(shè)計(jì)要求與注意事項(xiàng)

• 電源上電響應(yīng)：若非易失性存儲器未編程，上電后輸出默認(rèn) (V_{S} / 2) ；若已編程，輸出會(huì)斜坡上升到預(yù)編程值。模擬電源電壓超過約5V時(shí)，會(huì)自動(dòng)讀取非易失性存儲器。
• 電源旁路：模擬電源引腳（9和23腳）需并聯(lián)10 - μF和100 - nF電容，數(shù)字電源引腳（13腳）需并聯(lián)1 - μF和100 - nF電容，且不建議在伽馬或VCOM輸出端添加超過200 - pF電容。

6. 電源與布局建議

6.1 電源建議

數(shù)字電源需先于模擬電源施加，以避免過大電流、功耗或器件損壞。模擬電源電壓范圍為9V至20V，數(shù)字電源為2V至5.5V。

6.2 布局指南

采用PowerPAD封裝，需將熱焊盤焊接到PCB的銅區(qū)域，提供良好的散熱路徑。具體步驟包括PCB蝕刻、打孔、連接內(nèi)部平面、設(shè)置阻焊層、涂抹焊膏等，以確保低熱阻和高效散熱。

BUF16821 - Q1以其豐富的功能、良好的性能和靈活的應(yīng)用方式，為TFT - LCD參考驅(qū)動(dòng)等應(yīng)用提供了可靠的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師們需要根據(jù)具體需求，合理利用其特性，同時(shí)注意電源、布局等方面的要求，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)效果。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)交流分享。