BUF20800-Q1：可編程電壓參考發生器的卓越之選

在電子設計領域，為TFT - LCD面板的伽馬校正尋找合適的可編程電壓參考發生器至關重要。今天，我們就來深入探討一款優秀的產品——德州儀器（TI）的BUF20800 - Q1。

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產品概覽

BUF20800 - Q1專為汽車應用設計，經過AEC - Q100認證，擁有出色的溫度和靜電放電（ESD）性能。其具備18個用于伽馬校正的可編程輸出通道和2個用于(V_{COM})調整的通道，每個通道都有10位分辨率，可通過(I^{2}C)接口進行編程，最高支持3.4MHz的高速數據傳輸。它采用TI的小幾何尺寸模擬CMOS工藝，是量產的理想選擇。

主要特性

1. 汽車級認證與可靠性：滿足汽車應用要求，通過AEC - Q100認證，其中設備溫度等級達到1級，HBM ESD分類為2級，CDM ESD分類為C4級，確保在惡劣汽車環境中穩定工作。
2. 低功耗與寬電源范圍：每通道低至900μA的低功耗特性，能夠有效降低整個系統的能耗。模擬電源電壓范圍為7V至18V，數字電源電壓范圍為2V至5.5V，為設計提供了極大的靈活性。
3. 多通道與高分辨率：提供18個伽馬校正通道和2個可編程(V_{COM})通道，每個通道10位分辨率，可精確控制電壓輸出，滿足不同的伽馬曲線需求。
4. 高速接口與便捷開發：支持(I^{2}C)接口，具備3.4MHz的高速模式，實現快速數據傳輸與配置。同時，提供演示板和軟件，方便工程師進行開發與測試。

功能特性詳細解析

通用調用復位與上電復位

當接收到通用調用復位信號（地址字節00h加數據字節06h）時，它會執行完全內部復位，如同重新上電。上電時也會自動復位，所有輸出會被設置為((V{REFH}-V{REFL}) / 2)。通過特定的DAC地址設置，還能實現部分或全部DAC的復位。這一特性在系統啟動和異常恢復時非常實用，確保設備能夠快速恢復到穩定的初始狀態。

輸出電壓控制

輸出電壓值由參考電壓(V{REFH})和(V{REFL})以及二進制輸入代碼的十進制值決定。公式為[V{OUT}=left[frac{V{REFH}-V{REFL}}{1024} ×right. Decimal Value of Code ]+V{REFL}]，且能在大約5μs內實現全量程電壓輸出變化，無需中間步驟。在實際設計中，我們可以根據這個公式精確計算所需的輸出電壓，通過合理設置參考電壓和輸入代碼來滿足不同的應用需求。

輸出鎖存功能

由于BUF20800 - Q1采用雙緩沖寄存器結構，更新DAC寄存器和更新DAC輸出電壓并非同一回事。有三種方法可將數據從存儲寄存器鎖存到DAC以更新輸出電壓：

• 方法一：外部將鎖存引腳（LD）置為低電平，當對應的寄存器更新時，DAC輸出電壓也隨之更新。這種方式適用于需要實時響應的場合，能夠及時將寄存器的變化反映到輸出電壓上。
• 方法二：先將LD置為高電平，在數據傳輸期間DAC輸出電壓保持不變，當LD置為低電平時，所有DAC輸出電壓同時更新為新的寄存器值。該方法可提前準備好未來的數據，以便實現快速的輸出電壓更新，例如在需要進行動態調整的系統中非常有用。
• 方法三：通過軟件控制，將LD保持在高電平，當主設備在任何DAC寄存器的第15位寫入1時，在接收到16位數據后，所有DAC將被更新。

可編程(V_{COM})通道

其(V{COM})通道在源極輸出50mA時能接近正電源軌2V，在漏極輸出50mA時能接近負電源軌1V。為存儲伽馬和(V{COM})值，需要外部EEPROM。在LCD面板上電時，時序控制器從EEPROM讀取值并加載到BUF20800 - Q1中，以生成所需的(V{COM})電壓。這一特性為LCD顯示的畫面質量提升提供了有力支持，能夠根據不同的顯示需求靈活調整(V{COM})電壓。

REFH和REFL輸入范圍

為實現最佳性能和輸出擺幅范圍，REFH和REFL電壓應略低于電源電壓，多數規格測試在(REFH = V{s}-200mV)和(REFL = GND + 200mV)條件下進行。REFH和REFL內部緩沖器雖能接近電源軌，但存在飽和限制，因此REFH不應大于(V{s}-100mV)，REFL不應低于(GND + 100mV)。在實際設計中，我們要特別注意這一點，避免因輸入電壓設置不當導致內部緩沖器飽和，影響輸出電壓的準確性。

設備功能模式

替代傳統伽馬緩沖器

傳統伽馬緩沖器依賴電阻串來設置伽馬電壓，優化過程耗時且成本高。而BUF20800 - Q1通過編程可顯著縮短伽馬電壓優化時間，最終的伽馬值可寫入外部EEPROM。在LCD面板上電時，時序控制器讀取EEPROM并加載到BUF20800 - Q1中生成所需電壓。這種方式不僅縮短了開發時間，還能方便地展示不同伽馬曲線，適應生產過程中的變化，同時降低了成本和空間需求。在一些對成本和開發周期要求較高的項目中，這種替代方案具有很大的優勢。

動態伽馬控制

在LCD TV應用中，動態伽馬控制可逐幀分析畫面亮度并調整伽馬曲線，通常在視頻信號的垂直消隱期更新。BUF20800 - Q1因其獨特的雙寄存器輸入結構、快速串行接口和軟件同時更新所有DAC的特性，非常適合快速改變伽馬曲線。例如，通過軟件可同時更新所有18個伽馬寄存器：先檢查LD引腳是否為高電平，然后依次寫入寄存器（第15位為0），最后再寫一次任意寄存器并將第15位設為1，即可實現所有DAC通道的同時更新。這一功能能夠顯著提升LCD顯示的畫面質量，使畫面更加清晰、生動。

編程與應用

編程要點

1. 兩線總線概述：BUF20800 - Q1通過標準的兩線接口進行通信，該接口支持多個設備在同一總線上工作。主設備負責產生時鐘信號和控制總線訪問，從設備（即BUF20800 - Q1）只能作為從設備接收數據。了解兩線總線的工作原理對于正確配置和使用BUF20800 - Q1至關重要。
2. 數據速率：支持標準（最高100kHz）、快速（最高400kHz）和高速（最高3.4MHz）三種模式。要啟用高速模式，需在START條件后發送特殊地址字節00001xxx （(SCL = 400kHz)） 。掌握不同數據速率模式的特點和啟用方法，能夠根據實際應用需求選擇合適的通信速率，提高系統的性能和效率。
3. 讀寫操作：可對單個或多個DAC進行讀寫操作。寫入時，先發送START條件，再發送設備地址（寫操作時讀/寫位為低），然后發送DAC地址和數據，最后發送STOP條件；讀取時，步驟類似，但讀/寫位為高。正確掌握讀寫操作的流程和方法，是實現對BUF20800 - Q1進行有效配置和監控的關鍵。

典型應用

1. LCD顯示應用：為源驅動器IC提供18個用于伽馬校正的可編程輸出，以及為LCD顯示的公共平面提供2個(V_{COM})通道。在典型應用電路中，要注意輸入電容的選擇（推薦使用低ESR陶瓷電容）和REFH、REFL電壓的設置（如選擇合適的電阻R1和R2）。合理設計輸入電容和參考電壓，能夠保證BUF20800 - Q1的穩定工作和準確輸出。
2. 多通道配置：可將(V_{COM})輸出用作額外的伽馬參考，實現20個伽馬通道；還可將REFH和REFL OUT輸出用作固定伽馬參考，實現22個伽馬通道。但要注意REFH和REFL OUT緩沖器僅能驅動輕負載，避免其飽和。根據不同的應用需求，靈活選擇多通道配置方式，能夠充分發揮BUF20800 - Q1的性能優勢。
3. 工業應用：由于其寬電源范圍、高輸出電流和低成本，適用于多種中等精度工業應用，如可編程電源、多通道數據采集系統等。其20個可編程DAC通道為系統設計提供了極大的靈活性。在工業應用中，要根據具體的系統要求，合理配置BUF20800 - Q1的參數，確保其能夠滿足系統的性能和穩定性要求。

電源與布局建議

電源建議

模擬電源電壓范圍為7V至18V，數字電源電壓范圍為2V至5.5V，且數字電源應先于或與模擬電源同時施加，以避免過大電流和功耗，防止設備損壞。同時，模擬和數字電源需良好穩壓，推薦在典型應用中使用如圖所示的輸入電容。在實際設計中，要嚴格按照電源建議進行電源配置，確保電源的穩定性和可靠性，這對于BUF20800 - Q1的正常工作至關重要。

布局指南

BUF20800 - Q1采用熱增強型PowerPAD封裝，在布局時要注意以下幾點：

• 熱焊盤應焊接到PCB下方的銅區域，以提供良好的散熱路徑。熱焊盤與芯片直接接觸，能夠有效地將芯片產生的熱量傳導出去，降低芯片的溫度，提高其穩定性和可靠性。
• 在熱焊盤區域設置合適的孔（直徑13mil），并將這些孔連接到與GND引腳電位相同的內部平面。這些孔能夠進一步增強散熱效果，同時保證電氣連接的穩定性。
• 避免使用典型的網狀或輻條式過孔連接方法，應采用環繞鍍通孔整個圓周的完整連接，以實現低熱阻的高效熱傳遞。這種連接方式能夠減少熱阻，提高散熱效率，確保芯片在工作過程中不會因過熱而影響性能。

BUF20800 - Q1以其豐富的特性、靈活的功能模式和廣泛的應用場景，成為TFT - LCD面板伽馬校正以及多種工業應用的理想選擇。作為電子工程師，我們在設計過程中要充分了解其特性和使用方法，合理進行電源和布局設計，以發揮其最大性能。大家在使用BUF20800 - Q1的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。