深入剖析BUF08821：可編程伽馬電壓發生器與VCOM校準器

在電子設計領域，對于TFT - LCD參考驅動等應用，一款性能出色的可編程電壓參考芯片往往能起到關鍵作用。今天，我們就來深入了解德州儀器（TI）的BUF08821，一款可編程伽馬電壓發生器與 (V_{COM}) 校準器。

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1. 產品概述

BUF08821提供了8個可編程伽馬通道和1個可編程 (V_{COM}) 通道，每個通道都具備10位分辨率。它采用TI專有的高壓CMOS工藝制造，能在高達20V的電源電壓下工作，封裝形式為HTSSOP - 20 PowerPAD? ，工作溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C。

1.1 產品特性

• 高分辨率與多通道：10位分辨率，8通道P - Gamma和1通道 (P - V_{COM}) ，可滿足多樣化的電壓調節需求。
• 可重寫非易失性存儲器：擁有16x可重寫非易失性存儲器，支持最多16次寫入操作，方便應對編程錯誤或LCD面板返工。
• 雙獨立內存庫：兩個獨立的引腳可選內存庫，能同時存儲兩條不同的伽馬曲線，便于在不同伽馬曲線之間快速切換。
• 寬電源電壓范圍：模擬電源電壓范圍為9V至20V，數字電源電壓范圍為2V至5.5V，適應多種電源環境。
• 高速 (I^{2}C^{TM}) 接口：支持400kHz和3.4MHz時鐘頻率，實現高速數據傳輸。
• 軌到軌輸出：輸出擺幅最小可達300mV（10mA），最大輸出電流 (>300 ~mA) ，且具有低電源電流。

2. 電氣特性

2.1 輸出擺幅

BUF08821的輸出擺幅在不同條件下表現出色。例如，在模擬伽馬緩沖通道中，當代碼為1023且源電流為10mA時，輸出擺幅高可達17.85V；代碼為0且灌電流為10mA時，輸出擺幅低至0.07V。對于 (V_{COM}) 通道，不同代碼和電流條件下也有相應的輸出擺幅。

2.2 輸出精度

其輸出精度體現在積分非線性（INL）和微分非線性（DNL）上，INL和DNL均控制在一定范圍內，確保輸出電壓的準確性。同時，輸出電流的連續穩定性也得到了保證。

2.3 電源電流

總模擬電源電流在不同溫度下有一定的變化范圍，在無負載且輸出處于復位值時，電流范圍為4.6mA至9mA 。

2.4 溫度特性

BUF08821在規定的溫度范圍內（ - 40°C至 + 85°C）能保持良好的性能，不過在實際應用中，仍需注意溫度對其性能的影響，例如輸出電壓隨溫度的變化等。

3. 引腳配置與描述

BUF08821的引腳配置清晰，各引腳功能明確。其中， (V{COM}) 引腳用于 (V{COM}) 通道，OUT1 - OUT8為DAC輸出引腳， (V{S}) 連接模擬電源， (V{SD}) 為數字電源，SCL和SDA用于 (I^{2}C) 通信，A0用于 (I^{2}C) 地址設置，BKSEL用于選擇內存庫。需要注意的是，模擬地 (GND{A}) 和數字地 (GND{D}) 必須連接在一起。

4. 典型特性

4.1 輸出電壓與電流關系

從典型特性曲線可以看出，輸出電壓與輸出電流之間存在一定的關系。不同通道的輸出電壓隨輸出電流的變化趨勢有所不同，這對于設計中合理選擇負載電阻等參數具有重要參考價值。

4.2 電源電流與溫度關系

模擬和數字電源電流隨溫度的變化曲線顯示，隨著溫度的升高，電源電流會有一定程度的增加。在設計散熱方案時，需要考慮這一因素。

4.3 線性誤差

積分線性誤差和微分線性誤差曲線反映了BUF08821在不同輸入代碼下的線性度表現。了解這些誤差特性有助于評估芯片在實際應用中的性能。

5. 應用信息

5.1 基本應用

BUF08821可編程電壓參考可快速輕松地調整8個可編程伽馬參考輸出和1個 (V{COM}) 輸出。通過高速 (I^{2}C) 接口進行編程，最終的伽馬和 (V{COM}) 值可存儲在片上非易失性存儲器中。

5.2 電源要求

在供電方面，數字電源必須在模擬電源之前施加，以避免過大的電流和功耗，甚至防止器件損壞。

5.3 數據傳輸與通信

5.3.1 兩線總線概述

BUF08821通過行業標準的兩線接口進行通信，在從模式下接收數據。主設備發起通信，通過SCL和SDA線實現數據傳輸。

5.3.2 尋址方式

其地址為111010x，其中x是A0引腳的狀態。根據A0引腳的高低電平，設備會在不同地址上進行響應。

5.3.3 數據速率

支持標準（最高100kHz）、快速（最高400kHz）和高速（最高3.4MHz）三種速度模式。在高速模式下，需要發送特殊的地址字節來激活。

5.4 輸出電壓更新

BUF08821具有雙緩沖寄存器結構，更新DAC和 (V_{COM}) 輸出電壓有兩種方法：

• 方法1：適用于希望在寫入DAC寄存器后立即改變輸出電壓的情況。主設備將數據位15設置為 '1' ，在接收到第16位數據后更新輸出電壓。
• 方法2：適用于希望所有 (DAC / V_{COM}) 輸出電壓同時改變的情況。先將數據位15設置為 '0' 寫入所需通道，最后一個通道寫入時將數據位15設置為 '1' ，接收到第16位數據后同時更新所有通道。

5.5 非易失性存儲器

5.5.1 內存庫選擇

通過BKSEL引腳選擇兩個內存庫中的一個，實現兩條不同伽馬曲線的快速切換，切換時間小于10μs。

5.5.2 數據獲取命令

包括一般獲取命令和單通道獲取命令，用于將非易失性存儲器中的數據更新到存儲寄存器和 (DAC / V_{COM}) 輸出。

5.5.3 MaxBank寄存器

該寄存器可提供特定 (DAC / V_{COM}) 通道非易失性存儲器的寫入次數信息，通過一般或單通道獲取命令進行更新。

5.5.4 奇偶校驗錯誤糾正

BUF08821為非易失性存儲器中的數據提供單比特奇偶校驗錯誤糾正，提高了數據的可靠性。

5.6 讀寫操作

5.6.1 讀寫 (DAC / V_{COM}) 寄存器

可對單個或多個 (DAC / V_{COM}) 寄存器進行讀寫操作，通過設置讀/寫位和發送相應的指針地址字節來實現。

5.6.2 寫入非易失性存儲器

只能對單個 (DAC / V{COM}) 的非易失性存儲器進行寫入，寫入時模擬電源電壓需在9V至20V之間。寫入后， (DAC / V{COM}) 寄存器和輸出電壓會立即更新，但非易失性存儲器的編程需要長達250μs。

5.6.3 讀取非易失性存儲器

需要先執行一般獲取命令或單通道獲取命令，更新 (DAC / V_{COM}) 寄存器和輸出電壓后，再從相應寄存器讀取數據。

6. 伽馬控制

6.1 最終用戶選擇的伽馬控制

利用BKSEL引腳，BUF08821可提供兩級伽馬控制。通過切換BKSEL引腳的狀態，可在兩條伽馬曲線之間快速切換，所有 (DAC / V_{COM}) 寄存器在小于5μs內更新，輸出電壓在接下來的5μs內穩定。

6.2 動態伽馬控制

在LCD電視應用中，動態伽馬控制可提高圖像質量。BUF08821的雙內存庫和雙存儲寄存器結構使其非常適合實現動態伽馬控制，通過切換BKSEL引腳可在不同伽馬曲線之間快速切換。

7. 輸出保護

BUF08821的輸出級包含ESD保護二極管，但在某些異常情況下，如輸出引腳連接大電容且電源突然移除時，可能會有過大電流通過。可通過在輸出端串聯限流電阻來保護輸出級。

8. PowerPAD設計考慮

BUF08821采用熱增強型PowerPAD封裝，在PCB設計時需要注意以下幾點：

• 準備好PCB的頂層蝕刻圖案，包括引腳和熱焊盤的蝕刻。
• 在熱焊盤區域設置合適的孔，以實現良好的散熱。
• 連接所有孔到與GND引腳相同電位的內部平面，且采用低熱阻的連接方式。
• 合理設置焊錫掩膜，防止回流過程中焊錫從熱焊盤區域流失。

9. 總結

BUF08821是一款功能強大的可編程伽馬電壓發生器與 (V_{COM}) 校準器，具有高分辨率、多通道、可重寫非易失性存儲器、雙內存庫等諸多優點。在TFT - LCD參考驅動等應用中，它能為設計人員提供靈活、高效的解決方案。但在實際應用中，需要充分考慮其電氣特性、引腳配置、通信協議、伽馬控制等方面的因素，以確保芯片發揮最佳性能。同時，合理的PCB設計和輸出保護措施也是保證系統穩定性的關鍵。你在使用類似芯片時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享。