TPS65197x系列電平轉(zhuǎn)換器：LCD顯示應(yīng)用的理想選擇

作為一名電子工程師，在設(shè)計(jì)各類電子系統(tǒng)尤其是LCD顯示系統(tǒng)時(shí)，選擇一款合適的電平轉(zhuǎn)換器至關(guān)重要。今天就來和大家詳細(xì)聊聊TI的TPS65197x系列電平轉(zhuǎn)換器，它在LCD顯示領(lǐng)域有著出色的表現(xiàn)。

文件下載：tps65197.pdf

產(chǎn)品概述

TPS65197和TPS65197B是具有放電功能的8通道電平轉(zhuǎn)換器，主要用于筆記本、顯示器和電視等LCD顯示應(yīng)用。它能夠?qū)⒍〞r(shí)控制器（T - CON）的邏輯電平信號轉(zhuǎn)換為面板內(nèi)柵極（GIP）顯示所需的高電平信號。

核心特性

通道與電平特點(diǎn)

• 8通道設(shè)計(jì)：包括STV、RESET和6個(gè)CLK通道，為LCD顯示提供了全面的信號轉(zhuǎn)換能力。
• 寬輸出電壓范圍：高輸出電壓電平在16.5V到45V（VGH）之間，低輸出電壓電平可低至 - 20V（VGL），能滿足不同LCD面板的需求。

電荷共享可選

支持無電荷共享、2通道電荷共享和3通道電荷共享三種模式。通過SEL_CS引腳選擇不同的電壓，可靈活控制電荷共享模式，這有助于提高圖像質(zhì)量和降低功耗。但工程師們思考一下，在實(shí)際應(yīng)用中，該如何根據(jù)具體的系統(tǒng)需求來精準(zhǔn)選擇合適的電荷共享模式呢？

面板放電功能

具備2通道面板放電功能，在關(guān)機(jī)時(shí)，通過放電檢測引腳（DIS_SENSE）可以將輸出拉到VGH，實(shí)現(xiàn)面板放電。當(dāng)不需要此功能時(shí)，將DIS_SENSE引腳拉高到1.36V以上即可禁用。

T - CON故障檢測

TPS65197和TPS65197B在T - CON故障檢測上有所不同。TPS65197在STV上升沿后會(huì)進(jìn)行邏輯復(fù)位，強(qiáng)制所有6個(gè)輸出時(shí)鐘到VGL1，直到CLKIN1的下一個(gè)上升沿解鎖邏輯并恢復(fù)正常操作；而TPS65197B則沒有邏輯復(fù)位功能，始終跟隨輸入信號。在設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)系統(tǒng)對于故障處理的要求來選擇合適的型號。

其他特性

• 支持鎖存關(guān)機(jī)檢測（時(shí)鐘到VGH）。
• 支持100kHz的時(shí)鐘工作頻率。
• 采用28引腳4mm×4mm QFN封裝，體積小巧，便于PCB布局。

性能參數(shù)

絕對最大額定值

在使用過程中，各引腳的電壓和溫度等參數(shù)都有嚴(yán)格的限制，例如，VGH的范圍是 - 0.3V到50V，VGL1和VGL2的范圍是 - 25V到0.3V，工作結(jié)溫范圍是 - 40oC到150oC等。工程師們在設(shè)計(jì)電源和散熱系統(tǒng)時(shí)，必須確保參數(shù)不超過這些極限值，否則可能會(huì)損壞芯片。

靜電放電（ESD）額定值

該系列芯片的人體模型（HBM）ESD額定值為±2000V，充電器件模型（CDM）為±700V。雖然有一定的ESD保護(hù)能力，但在存儲(chǔ)和處理過程中，還是要采取防靜電措施，如將引腳短路或放在導(dǎo)電泡沫中。

推薦工作條件

正電源（VGH）的電壓范圍為16.5V到45V，負(fù)電源（VGL_x）的電壓范圍為 - 20V到 - 3V，VGH和VGL_x之間的電壓差在0到60V之間。工作環(huán)境溫度范圍為 - 40°C到85°C，結(jié)溫范圍為 - 40°C到125°C。在設(shè)計(jì)電源和散熱方案時(shí)，要保證芯片在這些推薦條件下工作，以確保性能穩(wěn)定。

電氣特性

包含了輸入電壓范圍、電源電流、欠壓鎖定閾值、熱關(guān)斷溫度等參數(shù)。例如，正電源電流典型值為1mA，欠壓鎖定閾值在VGH上升時(shí)典型值為15V，下降時(shí)典型值為3.5V。這些參數(shù)對于電源設(shè)計(jì)和系統(tǒng)保護(hù)非常關(guān)鍵。

開關(guān)特性

主要涉及電平轉(zhuǎn)換器的上升和下降斜率、傳播延遲等。對于CLKOUT1到CLKOUT6通道，上升和下降斜率典型值分別為140V/μs和150V/μs，傳播延遲在不同條件下也有相應(yīng)的規(guī)定。這些特性對于保證信號的傳輸質(zhì)量和時(shí)序準(zhǔn)確性很重要。

應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

典型應(yīng)用

在典型的LCD顯示應(yīng)用中，要注意輸入和輸出的連接、電源的配置以及電荷共享電阻的使用。設(shè)計(jì)時(shí)，輸入電壓范圍一般在16.5V到45V和 - 20V到 - 3V，輸入信號頻率為83kHz，輸出負(fù)載為150pF和50Ω與4.7nF串聯(lián)，電荷共享電阻為100Ω。在設(shè)計(jì)過程中，大家想一想如何優(yōu)化這些參數(shù)以提高系統(tǒng)性能呢？

詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

• 布線與布局：由于該電平轉(zhuǎn)換器用于生成快速信號，輸入和輸出的走線長度和布局對稱性非常重要。不對稱的走線長度可能會(huì)導(dǎo)致信號延遲，因此要盡量縮短輸出通道的走線長度，并使用較寬的走線來傳輸電源，以避免電壓降。
• 電容放置：電源去耦電容應(yīng)盡可能靠近VGH和VGL1引腳放置，以確保輸出信號的干凈。同時(shí)，為了避免電壓過沖，輸出通道的走線不能太細(xì)，以減小雜散電感。
• 散熱設(shè)計(jì)：芯片的散熱也不容忽視，其熱焊盤需要通過多個(gè)過孔連接到VGL1電位的大面積銅區(qū)作為散熱片，多層板應(yīng)盡量利用更多層的銅區(qū)來散熱。

電源與布局建議

電源建議

TPS65197x系列設(shè)計(jì)工作在正電源（VGH）16.5V到45V和負(fù)電源（VGL1、VGL2） - 20V到 - 3V的輸入電壓范圍內(nèi)。建議在VGH和VGL1上使用1μF的電容，以確保輸出信號的穩(wěn)定性。

布局指南

• 電源去耦電容要靠近芯片引腳。
• 采用寬走線傳輸電源，避免電壓降。如果無法使用寬走線，可在電源去耦電容附近放置額外的1μF電容。
• 輸出通道走線要短，防止EMI輻射。
• 熱焊盤要連接到大面積銅區(qū)用于散熱。
• 必要時(shí)可在時(shí)鐘通道1 - 6使用輸出電阻來降低EMI輻射和芯片溫度，但電阻不要靠近芯片放置。

總結(jié)

TPS65197x系列電平轉(zhuǎn)換器憑借其豐富的功能、靈活的配置和良好的性能，成為了LCD顯示應(yīng)用中的優(yōu)秀選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師需要綜合考慮其特性、參數(shù)和應(yīng)用要求，合理進(jìn)行電源設(shè)計(jì)、布局布線和散熱設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。希望通過本文的介紹，能對大家在相關(guān)設(shè)計(jì)中有所幫助。