μPD16305在等離子體顯示器中的應用

介紹了NEC公司生產的專用于等離子體顯示器的行驅動芯片μPD16305的性能特點及其在PDP顯示系統中的應用。它為PDP掃描電極的驅動電路提供了高達180V的驅動信號,顯示效果令人滿意。?

??? 關鍵詞: 等離子體顯示器? 高壓驅動? μPD16305?

??? 等離子體顯示器(Plasma Display Panel,簡稱PDP)是近幾年發展起來的新型平板顯示器件,它利用氣體放電產生的紫外線激發熒光粉發光顯示圖像。它具有超薄的外形、平面顯示、高亮度、寬視角、不受磁場影響等優點,是大屏幕壁掛電視的主流發展方向。但是,它的驅動電壓高達180V,因而一些常用的顯示驅動器無法滿足PDP對高驅動電壓的要求。例如,Supertex公司生產的用于場發射顯示器(FED)的HV53/5408,只能提供90V的驅動電壓。?

??? 為了降低驅動電路的成本、縮小驅動電路的體積,我們使用了NEC公司的μPD16305高壓驅動器作為PDP的驅動電路。實踐證明,以μPD16305為核心設計的驅動電路,簡單易調、占用體積小、顯示效果好。下面對此芯片的性能特點以及它在PDP驅動電路的具體應用進行簡要的介紹。?

1 性能特點?

??? μPD16305是NEC公司推出的專用于AC-PDP的行驅動器,它在工藝上使用了高壓CMOS結構。它由40位的雙向移位寄存器、鎖存器和高壓CMOS驅動塊組成。其邏輯塊的供電電壓為5V(CMOS電平輸入),驅動塊可實現200V、400mA的高電壓、大電流輸出。它還具有如下特點:片上集成了40位雙向移位寄存器;低功耗(1mW);工作溫度范圍寬(-40～+85℃)。?

??? 為了使芯片的封裝形式與標準封裝一致,μPD16305采用了80管腳的標準QFP塑料封裝。但對芯片有用的64個管腳分別由芯片的三個方向引出,并且引腳在芯片上呈逆時針排列。其中有40個高壓輸出管腳、10個電源管腳、1個邏輯輸入管腳和1個邏輯輸出管腳、6個控制管腳以及6個空管腳。各管腳功能說明如下:?

??? O₁～O₄₀(管腳1～20,45～64):高壓輸出端?

??? V_SS1(管腳24、41):邏輯塊地?

??? V_DD1(管腳26、39):邏輯塊電源?

??? V_SS2(管腳22、23、42、43):驅動塊地?

??? V_DD2(管腳21、44):驅動塊電源?

??? A(管腳30):右移數據輸入端/輸出端?

??? B(管腳35):左移數據輸入端/輸出端?

??? (管腳25):移位方向控制端,?當=1時,A腳為輸入端,B腳為輸出端,移位寄存器執行右移功能;?

?????????????????????????????????? 當=0時,B腳為輸入端,A腳為輸出端,移位寄存器執行左移功能?

??? PC(管腳27):極性反轉控制端?

??? CLK(管腳31):時鐘輸入端?

??? (管腳32):數據清除端(低有效)?

??? (管腳36):鎖存使能控制端,當=1時,執行鎖存功能;?當=0時,數據通過

??? BLK(管腳37):輸出置位控制端,當BLK=1時,輸出與PC同相;當BLK=0時,輸出與PC相異或后輸出?

??? NC(管腳28、29、33、34、38、40):空管腳?

??? 為了解決高壓芯片的散熱問題,μPD16305將高壓輸出對稱地放置到芯片的兩端;為便于電路的安裝、調試,將控制管腳放置到芯片的同一側。?

??? μPD16305的功能結構可分為三部分:40位雙向移位寄存器、40位鎖存器和高壓輸出功能塊。它除了有40路的高壓輸出以外,還有一個低壓的輸入和一個低壓的輸出。并且這兩個輸入輸出端口都是雙向的,當一個為輸入時,另一個為輸出,其輸出是移位寄存器輸出的最后一位。將此輸出與另一片μPD16305的輸入相連,可以級聯驅動40路以上的顯示器。對于分辨率為852×480的PDP來說,只需12片μPD16305就可以了。圖1示出了μPD16305的主要功能塊。?

??? 移位寄存器、鎖存器和高壓輸出塊的真值表分別如表1、2、3所示。?

??? 在這三部分電路中,高壓輸出驅動電路部分是μPD16305芯片的核心部分,它為負載提供了高電壓、大電流的輸出,高壓輸出直接驅動PDP屏的顯示單元,點亮被選中的象素。圖2為μPD16305高壓輸出驅動電路圖。?

??? 圖2中, A、B、C 三路信號是由同一信號(鎖存器輸出的信號)經過分離得到的。它們分別輸入到高壓輸出驅動塊的三個輸入端,其中A和B信號反相,A和C信號同相。?

??? 當A=1、B=0、C=1時,N1、P1、N3導通,N2、P2、P3截止,輸出OUT=0;?

??? 當A=0、B=1、C=0時,N2、P2、P3導通,N1、P1、N3截止,輸出OUT=V_DD2。?

??? 由圖可見,這種輸出結構不同于普通的互補輸出結構。這種電路結構的優點在于:它可以用前級的數字電平,驅動后面的功率級電路,這對于普通的推挽輸出結構來說,是根本達不到的。?

??? 對于如圖3所示的普通的CMOS互補輸出結構,假設V_DD2=200V、GND=0V、V_thn=15V、V_thp=-15V。若要使V_out=GND,即要使N管導通、P管截止,就需要滿足①V_gs>V_thn;②V_DD2-V_gs<-V_thp。這樣,柵極電壓V_gs至少應該等于V_DD2+V_thp,即V_gs至少應為200-15=185V,這就需要在芯片中加入電平轉換電路,將CMOS數字電平提升到可以驅動功率管的高電平。對于40路輸出的μPD16305來說,可以想象它所占的體積將是巨大的,因而不利于芯片的集成。?

2 μPD16305在PDP驅動電路中的應用?

??? μPD16305是一種CMOS結構的高壓驅動電路,使用非常靈活。其輸入可以是TTL電平,也可以是CMOS電平,高壓輸出調節范圍可從0V～200V。其內部有一內置二極管,此二極管的陽極接在μPD16305的V_SS2端,陰極接在μPD16305的V_DD2端。由于PDP驅動電極(Y)波形出現有多種電壓,所以驅動芯片μPD16305提供穩定、恒定的電源電壓是不可能完成該波形的。解決多電源電壓的方法是將μPD16305的高壓電源和高壓地“浮”起來運用,使驅動芯片的電源腳和地腳在不同時刻與不同電壓相接,從而使芯片的輸出符合相應的要求。?

??? 在維持期里,所有Y電極的波形完全一致。但在尋址期中掃描尋址時,各行的Y電極有效時間不同,出現有多種電壓。所以在維持期和尋址期,可以通過MOS開關管的不同狀態,使驅動芯片的電源腳和地腳在不同時刻與不同電壓相接,以得到所需要的波形。這種連接方式降低了輸出級MOS管上的電壓,應用起來有很大的余地。?

??? 在驅動PDP時,在維持期和尋址期的初始化階段,利用的是μPD16305的全高或全低工作狀態(可參見表3);而在尋址期的掃描階段,利用的是μPD16305的移位工作狀態,以實現逐行掃描。?

??? μPD16305作為行驅動器使用時,控制信號與μPD16305的具體連接方式如圖4所示。?

??? μPD16305的控制信號中,信號可直接接到低壓電源VDD1上。因為在驅動電路中,只在逐行掃描階段才利用了移位功能,而且移位是朝一個方向進行的,因此沒有必要增加額外的信號產生器,將其接至某一固定電位即可。

??? 其它的控制信號如A、CLK、STB、CLR等,可根據從PDP屏上測得的數據,用可編程邏輯器件來產生,這里我們采用的是Altera公司的FLEX10K10系列的芯片。?

??? 電源信號和地信號是通過電平轉換電路驅動功率MOS開關管提供的,電平轉換電路的控制時序由CPLD產生。最終產生的驅動波形如圖5所示。?

????在實際應用中,要確保μPD16305所有的V_DD1、V_DD2、V_SS1、V_SS2管腳都要被使用,并且V_SS1和V_SS2必須接到同一電位上;由于μPD16305的管腳33在芯片內部被連接到了封裝外殼上,所以必須保證此管腳開路,不能使用;為了防止器件發生閂鎖效應,加電源時必須按照先加V_DD1、再加邏輯信號、最后加V_DD2的順序進行;關斷電源時,按照相反的順序進行操作。?

參考文獻?

1 MOS INTEGRATED CIRCUIT μPD16305.NEC DATA?SHEET,1997?

2 侯伯亨.硬件描述語言與數字邏輯電路設計.西安:西安電子科技大學出版社, 1999