TPS65642：筆記本、平板和顯示器的LCD偏置解決方案

在電子設備的設計中，LCD偏置解決方案對于顯示效果的提升至關重要。今天，我們就來深入探討德州儀器（TI）的TPS65642，這是一款專為筆記本電腦、平板電腦和顯示器設計的緊湊型LCD偏置解決方案。

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一、TPS65642概述

1.1 特點

• 寬輸入電壓范圍：輸入電壓范圍為2.6 V至6 V，能夠適應多種電源環境。
• 多種轉換器：包含同步升壓轉換器（(AV{DD})）、帶溫度補償的非同步升壓轉換器（(V{GH})）、同步降壓轉換器（(V{CORE})）、同步降壓轉換器（(V{IO1})）以及低壓差線性穩壓器（(V_{IO2})），滿足不同的電壓需求。
• 可編程功能：具備可編程(V_{COM})校準器和14通道、10位可編程伽馬電壓校正功能，可根據實際需求進行靈活調整。
• 其他特性：具有柵極電壓整形、面板放電信號（XAO）、系統復位信號（RST）、片上EEPROM帶寫保護、(I^{2}C)接口和熱關斷功能，還支持GIP和非GIP顯示器。

1.2 應用領域

主要應用于筆記本電腦、平板電腦和顯示器等設備，為這些設備的LCD面板提供穩定的偏置電壓。

二、電氣規格

2.1 訂購信息

TPS65642YFF型號采用3.16 mm × 3.45 mm DSBGA封裝，0.4 mm間距，每卷3000個器件。

2.2 絕對最大額定值

• 引腳電壓：不同引腳的電壓范圍有所不同，如VIN、SW2等引腳的電壓范圍為 -0.3 V至7 V，AVDD、SW1等引腳為 -0.3 V至12 V，SW4引腳可達 -0.3 V至36 V（需外部共源共柵晶體管或電荷泵）。
• ESD額定值：人體模型為2000 V，機器模型為200 V，帶電設備模型為700 V。
• 溫度范圍：環境溫度范圍為 -40°C至85°C，結溫范圍為 -40°C至150°C，存儲溫度范圍為 -65°C至150°C。

2.3 熱信息

給出了不同熱指標，如結到環境熱阻（(theta{JA})）為45°C/W，結到頂部熱阻（(theta{JCtop})）為0.2等，這些指標對于散熱設計非常重要。

2.4 推薦工作條件

詳細列出了各個轉換器和穩壓器的輸入電壓范圍、輸出電壓范圍、輸出電流等參數。例如，升壓轉換器1（(AV_{DD})）的輸出電壓范圍為6 V至9.1 V，在不同輸入電壓下的輸出電流也有所不同。

2.5 電氣特性

在特定測試條件下（(V{IN}=3.3 V)，(V{CORE}=1.1 V)等），給出了電源供應、欠壓鎖定、控制引腳、各轉換器和穩壓器的輸出電壓、電流、開關頻率等參數的最小值、典型值和最大值。

三、引腳描述

3.1 引腳分配

該文檔提供了詳細的引腳圖和引腳描述表，每個引腳都有明確的功能，如GND為接地引腳，SW2為降壓轉換器1（(V_{CORE})）的開關引腳等。

四、典型特性

4.1 圖表參數

通過一系列圖表展示了各個轉換器和穩壓器的效率、線性調節、負載調節、瞬態響應、輸出電壓紋波、開關波形和開關頻率等特性。例如，升壓轉換器1在不同輸入電壓和輸出電壓下的效率曲線，有助于工程師了解其性能表現。

五、詳細描述

5.1 升壓轉換器1（(AV_{DD})）

• 拓撲結構：采用同步虛擬電流模式拓撲，具有高效率、連續導通模式工作、輸入輸出隔離等優點。
• 開關頻率：可通過MISC寄存器中的FREQ位將標稱開關頻率編程為750 kHz或1200 kHz。
• 補償：使用外部補償網絡連接到COMP引腳來穩定反饋環路，不同開關頻率下有推薦的補償組件值。
• 啟動和關斷：啟動時間可通過DLY1寄存器編程，輸出電壓在(t_{SS2})毫秒內斜坡上升，關斷時可通過設置SMODE位控制是否主動放電。

5.2 降壓轉換器1（(V_{CORE})）

• 拓撲結構：采用恒定關斷時間拓撲，具有高效率、快速瞬態響應和恒定紋波電流幅度的特點。
• 輸出電壓：輸出電壓可在1 V至1.3 V之間以100 mV步長編程。
• 啟動和關斷：在降壓轉換器2和LDO穩壓器完成斜坡上升后啟動，輸出電壓在(t_{SS1})毫秒內斜坡上升，關斷時輸出不主動放電。

5.3 降壓轉換器2（(V_{IO1})）

與降壓轉換器1類似，但輸出在關斷時會主動放電，輸出電壓可編程為1.7 V、1.8 V或2.5 V。

5.4 LDO穩壓器（(V_{IO2})）

由降壓轉換器2的輸出（(V{IO1})）供電，當(V{IO1}=2.5 V)時，輸出電壓可編程為1.7 V或1.8 V，啟動和關斷時的輸出電壓變化與負載有關。

5.5 升壓轉換器2（(V_{GH})）

• 拓撲結構：采用非同步恒定關斷時間拓撲，開關頻率根據(V{IN})和(V{GH})自適應調整，工作在不連續導通模式。
• 溫度補償：可進行溫度補償，通過編程VGHHOT和VGHCOLD寄存器設置不同溫度下的輸出電壓，通過選擇合適的熱敏電阻網絡連接到TCOMP引腳來配置溫度參數。
• 啟動和關斷：在(AV{DD})完成斜坡上升后啟動，輸出電壓在(t{SS2})毫秒內斜坡上升，關斷時輸出不主動放電。

5.6 復位發生器

RST引腳為時序控制器生成低電平有效復位信號，復位脈沖持續時間可通過RESET寄存器編程，RST信號為開漏輸出，需要外部上拉電阻。

5.7 柵極電壓整形

通過FLK輸入控制，可減少LCD面板的圖像殘留，在啟動和關斷時有特定的工作模式。不使用該功能時，RE引腳應浮空，FLK引腳可連接到(V_{IN})或GND。

5.8 面板復位 / LCD偏置就緒（XAO）

XAO引腳可用于在啟動和關斷時復位電平轉換器或柵極驅動器IC，工作模式由CONFIG寄存器中的GIP位定義，輸出為開漏類型，需要外部上拉電阻。

5.9 可編程VCOM校準器

使用數模轉換器（DAC）生成偏移電流，通過外部電阻分壓器連接到(AV{DD})，可根據需要生成一個或兩個(V{COM})電源電壓。在使用運算放大器時，需要注意避免連接純電容負載和減少寄生電容的影響。

5.10 可編程伽馬電壓發生器

提供14個參考電壓，可通過(I^{2}C)接口單獨編程，輸出電壓與AVDD和編程的數字字有關，輸出級適用于高阻抗負載。

5.11 配置

• RAM、EEPROM和寫保護：配置參數可通過寫入RAM寄存器進行更改，RAM寄存器內容在斷電后丟失，可通過寫入控制寄存器將配置存儲到EEPROM中。WP引腳用于防止配置參數意外更改。
• 配置參數：詳細列出了各個寄存器的地址、名稱、工廠默認值和描述，包括CONFIG、AVDD、VGHHOT等寄存器，通過這些寄存器可對設備的各種功能進行配置。
• I2C接口：通過(I^{2}C)串行接口對配置參數和(V_{COM})電壓進行編程，支持標準（100 kbps）和快速（400 kbps）模式，但存在一個已知的bug，需要注意。

5.12 電源排序

各個轉換器和穩壓器的啟動和關斷有特定的順序，如降壓轉換器2和LDO穩壓器在(V{IN}>V{UVLO})時啟動，降壓轉換器1在(V{IO1})和(V{IO2})完成斜坡上升后啟動等。

5.13 欠壓鎖定

當電源電壓過低時，欠壓鎖定功能會禁用TPS65642，確保設備的正常運行。

六、應用信息

6.1 外部組件選擇

選擇合適的外部組件對于整體性能至關重要，電感需要有足夠的電流能力和低直流電阻，電容需要在實際應用的直流偏置條件下有足夠的有效電容。文檔提供了一些適合TPS65642的外部組件示例。

6.2 典型應用電路

給出了非GIP和GIP顯示器的推薦應用電路，雖然可能需要根據具體應用進行一些小的調整，但基本電路結構相對穩定。

七、總結

TPS65642是一款功能強大的LCD偏置解決方案，具有多種轉換器和可編程功能，能夠滿足筆記本電腦、平板電腦和顯示器等設備的需求。在設計過程中，工程師需要根據具體應用場景，合理選擇外部組件，正確配置各個寄存器，確保電源排序和欠壓鎖定等功能的正常運行，以實現最佳的顯示效果。你在使用TPS65642的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。