彩色PDP的驅(qū)動(dòng)集成電路

摘要：彩色PDP顯示系統(tǒng)是目前大型壁掛式電視、HDTV和大型多媒體顯示技術(shù)的發(fā)展趨勢，文中為PDP顯示屏的特點(diǎn)出發(fā)，介紹了彩色PDP驅(qū)動(dòng)集成電路的基本結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)，并給出了PDP顯示屏的兩種接口電路。

關(guān)鍵詞：PDP彩色等離子體顯示屏驅(qū)動(dòng)SN755XX

近年來，彩色PDP技術(shù)不斷取得進(jìn)步，

采用彩色PDP的大型壁掛式電視、HDTV和適用于多媒體顯示的大型顯示設(shè)備都已接近完成。1995年以來，世界各大廠商相繼建線投產(chǎn)各種類型的彩色PDP。這些成績的取得，不僅僅歸功于彩色PDP顯示屏本身的開發(fā)成功及生產(chǎn)技術(shù)的建立，更重要的應(yīng)當(dāng)歸功于驅(qū)動(dòng)集成電路技術(shù)的發(fā)展。對(duì)于一個(gè)性能良好的PDP彩色電視來說，其驅(qū)動(dòng)集成電路系統(tǒng)占總成本的70～80%。

彩色PDP顯示屏按其結(jié)構(gòu)的不同可分為兩種類型，即交流型彩色PDP和直流型彩色PDP（AC型和DC型）。按驅(qū)動(dòng)方式又可分為行順序制驅(qū)動(dòng)方式和存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)方式兩種。

彩色PDP是主動(dòng)發(fā)光器件，其亮度與各個(gè)像素的發(fā)光時(shí)間成正比。一般情況下，在進(jìn)行矩陣平面的行順序驅(qū)動(dòng)時(shí)，隨著掃描線數(shù)據(jù)的增加，其亮度會(huì)下降。因此，不管是AC或DC彩色PDP，都采用存儲(chǔ)式驅(qū)動(dòng)來增加實(shí)際的發(fā)光時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)高亮度。

存儲(chǔ)式驅(qū)動(dòng)方式基本上由寫入、

發(fā)光維持和擦除三個(gè)周期組成，驅(qū)動(dòng)集成電路的作用是給彩色PDP施加定時(shí)的、周期性的脈沖電壓和電流。

為此，彩色PDP的驅(qū)動(dòng)集成電路有兩組：第一組是處理顯示數(shù)據(jù)的尋址驅(qū)動(dòng)器，也叫列驅(qū)動(dòng)器;第二組是負(fù)責(zé)寫入時(shí)掃描和維持放電的掃描驅(qū)動(dòng)器，也叫行驅(qū)動(dòng)器。

本文著重介紹SN、μPD系列彩色等離子體顯示板的幾種驅(qū)動(dòng)集成電路，同時(shí)，也將介紹三電及結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電路。

1彩色PDP驅(qū)動(dòng)集成電路結(jié)構(gòu)及性能

1。1結(jié)構(gòu)特性

圖1為彩色PDP驅(qū)動(dòng)集成電路的基本結(jié)構(gòu)。通常將驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為兩部分：一是邏輯電路，用于控制顯示屏信號(hào)和處理顯示數(shù)據(jù);二是驅(qū)動(dòng)電路，

用于將信號(hào)電平移位和對(duì)顯示屏施加發(fā)光所需的脈沖。尤其是驅(qū)動(dòng)部分，要使彩色PDP進(jìn)行氣體放電，必須提供高電壓，所以這種結(jié)構(gòu)需要特殊的集成電路工藝技術(shù)，這一點(diǎn)和一般的邏輯集成電路不同，具體的特殊性能如下：

●高耐壓輸出

彩色PDP驅(qū)動(dòng)器的耐高壓輸出能力是其最重要而且是最基本的性能，這完全是由彩色PDP本身的結(jié)構(gòu)特性所決定的。因此，要求彩色PDP的制造者和半導(dǎo)體集成電路的制造者必須建立緊密合作的關(guān)系，以便共同開發(fā)彩色PDP的驅(qū)動(dòng)集成電路。

目前的驅(qū)動(dòng)器已能確保彩色PDP的需求。隨著彩色PDP本身結(jié)構(gòu)的改善，所需的驅(qū)動(dòng)電壓會(huì)下降，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)器的開發(fā)也在向著最優(yōu)化的方向發(fā)展。

以AC-PDP為例，尋址驅(qū)動(dòng)的輸出耐壓為60～100V，

輸出電路同步源和漏電流都在10～30mA之間，掃描驅(qū)動(dòng)器的輸出耐壓為150～200V，輸出源、漏電流均為200～400mA，其輸出電流大都取決于所采用的顯示屏的尺寸以及所驅(qū)動(dòng)的顯示屏電極上所施加的切換脈沖。

●邏輯部分

驅(qū)動(dòng)器的邏輯部分的性能通常用移位寄存器（將串行信號(hào)變換為并行信號(hào)的電路）的最大時(shí)鐘工作頻率fmax來表示。在CMOS邏輯電路中，柵極長度（L）越小，fmax越大，因此，集成電路芯片的面積和電路的功耗越小越有利。

目前，實(shí)用的驅(qū)動(dòng)器邏輯部分的柵極長度L為1。0～2。5μm，fmax為20～36MHz。這樣的速度，對(duì)于HDTV和高精度的數(shù)據(jù)顯示所必要的尋址驅(qū)動(dòng)器而言，完全可以滿足其數(shù)據(jù)移位的要求。

●彩色PDP驅(qū)動(dòng)集成電路的功耗

為了有效地發(fā)揮平面顯示彩色PDP的特性，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將與顯示無關(guān)的其它電子元器件的功耗設(shè)計(jì)得盡可能小。因?yàn)轵?qū)動(dòng)器本身的功耗會(huì)給整個(gè)彩色PDP的顯示性能帶來影響。

彩色PDP的電流部分的功耗大致分為三部分：

（1）邏輯部分;（2）電平移位寄存器;（3）高壓驅(qū)動(dòng)部分。這三部分都應(yīng)降低功耗。正常情況下，邏輯部分功耗在20mW以下（高耐壓64路輸出啟動(dòng)顯示板），電平移位寄存器部分應(yīng)在200mW以下。至于因顯示屏電容部分的充放電而產(chǎn)生的高壓驅(qū)動(dòng)電路的無效功耗，目前利用功率分散驅(qū)動(dòng)方式（采用電流開關(guān)電路等）已經(jīng)能夠在100腳塑料封裝的自然散熱條件下滿足彩色PDP的顯示需求。

●串?dāng)_現(xiàn)象

高耐壓CMOS驅(qū)動(dòng)集成電路在系統(tǒng)中常常會(huì)出現(xiàn)相互串?dāng)_的現(xiàn)象。如圖2所示，彩色PDP屏包括高壓在內(nèi)一共有四組以上的電源系統(tǒng)。只要驅(qū)動(dòng)電路使它們工作，就會(huì)產(chǎn)生很大的串?dāng)_噪聲，在系統(tǒng)間造成相互影響。此外，作為驅(qū)動(dòng)區(qū)負(fù)載的彩色PDP顯示屏，在放電時(shí)和非放電時(shí)的狀態(tài)也截然不同，這也助長了串?dāng)_現(xiàn)象的發(fā)生。

為了克服串?dāng)_現(xiàn)象，彩色PDP的驅(qū)動(dòng)集成電路在設(shè)計(jì)和工藝上比普通的集成電路采取了更為嚴(yán)格的控制措施。例如，在開發(fā)集成驅(qū)動(dòng)電路的同時(shí)開發(fā)特殊的耐高壓工藝，對(duì)于集成電路上的元器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電路布局等，也都給予了特殊地注意。另外，還要盡可能地抑制集成電路內(nèi)的電容，切斷可能產(chǎn)生半導(dǎo)體開關(guān)元件作用的總線等。

●功率回收

在彩色PDP的驅(qū)動(dòng)過程中，需要盡可能地減少對(duì)發(fā)光無用的功耗。除了放電能量向發(fā)光能量轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的損耗外，無效功率主要來自電極的電阻部分和電容的充放電。上述兩種寄生負(fù)載——電阻分量和電容分量的值是顯示器本身固有結(jié)構(gòu)所決定的。從驅(qū)動(dòng)器方面來改善電阻分量是不可能的。但是，對(duì)于電容充放電的電能，驅(qū)動(dòng)器可以設(shè)法回收一部分，這樣，可以在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部設(shè)計(jì)功率回收電路，但要求在進(jìn)行回收時(shí)，驅(qū)動(dòng)集成電路本身不能產(chǎn)生寄生負(fù)載。

●電源順序

在彩色PDP系統(tǒng)中，一共有四組以上的電源（其中包括高壓電源）共處在一個(gè)系統(tǒng)之中，電源依照規(guī)定時(shí)刻同步工作。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于電源接通的順序以及發(fā)生錯(cuò)誤工作時(shí)的保護(hù)等問題都要予以仔細(xì)地考慮。尤其是直接與彩色PDP顯示屏相連接的驅(qū)動(dòng)器，如果發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作，則不僅會(huì)破壞集成電路本身，甚至?xí)娘@示屏以致整個(gè)系統(tǒng)。因此，驅(qū)動(dòng)器應(yīng)當(dāng)具備故障保護(hù)功能以及順序斷開電源的功能。

1。2PDP驅(qū)動(dòng)集成電路

a。尋址驅(qū)動(dòng)集成電路SN755831

圖3給出尋址驅(qū)動(dòng)集成電路SN755831的內(nèi)部功能方框圖，表1為其技術(shù)參數(shù)。

該驅(qū)動(dòng)器具有64個(gè)端口，三態(tài)，最大耐壓160V輸出，其邏輯電路全部由5VCMOS器件構(gòu)成，可以直接輸入來自彩色PDP信號(hào)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

另外，利用集成電路的內(nèi)部控制可消除高壓開關(guān)時(shí)的穿透電流;SN755831利用TSC端子可以完成輸出的高阻抗模式。由于采用了介質(zhì)分離工藝，從而使SN755831內(nèi)部的輸出嵌位二極管可避免串?dāng)_現(xiàn)象。

b。掃描驅(qū)動(dòng)器SN755834

圖4是最大耐壓為210V的64端口掃描驅(qū)動(dòng)器SN755834的內(nèi)部方塊圖，表2為其主要參數(shù)。作為掃描驅(qū)動(dòng)器，其輸出耐壓足以驅(qū)動(dòng)100cm級(jí)的顯示屏。另外，SN75834具有200mA漏線電流能力以及400mA的輸出電流二極管。

表1SN755831的技術(shù)參數(shù)

SN755834的自身功耗非常低，在100腳塑料封裝的條件下，完全可以驅(qū)動(dòng)處于自然冷卻狀態(tài)下的彩色PDP顯示屏。

2SN系列PDP驅(qū)動(dòng)集成電路

驅(qū)動(dòng)器SN75551/75552和SN75553/75554的邏輯框圖分別如圖5和圖6所示，SN75551和SN75552是掃描方向的驅(qū)動(dòng)器，兩者的性能完全一樣，只是輸出引腳排列順序相反;SN75553/75554是送數(shù)據(jù)方向的驅(qū)動(dòng)器，它們之間也只是引腳排列順序不同。

復(fù)合脈沖的作用一是提供整屏的刷新脈沖電壓，二是提供掃描行的半選電壓。它是影響顯示性能的主要因素之一。復(fù)合脈沖波形的電壓較高、瞬間電流大，且不能有太大的過沖電壓，否則會(huì)超過顯示屏的飽和區(qū)和驅(qū)動(dòng)器的安全工作范圍。采用高壓場效應(yīng)管組成復(fù)合推挽電路產(chǎn)生的高壓脈沖可滿足顯示驅(qū)動(dòng)負(fù)載的要求。

利用TI公司的專用集成電路SN75500和SN75501可以實(shí)現(xiàn)“一次一行”的選址方式。

2。1Y方向（掃描方向）驅(qū)動(dòng)

掃描方向驅(qū)動(dòng)是采用SN75500來掃描要書寫信息的電極。特殊組的選擇S0、S1一旦確定，該組的8位輸出就決定于8位存貯器的數(shù)據(jù)。另外，電路設(shè)計(jì)時(shí)一般將SN75500懸浮在約120V的高壓方波上。當(dāng)選中其行時(shí)，首先利用SN75500上約80V的高壓脈沖來擦除該行信息，然后輸出寫信息的半選脈沖，此時(shí)一旦送數(shù)方向上的SN75501輸出寫脈沖，所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)即被寫上，否則該點(diǎn)僅加上一半的寫脈沖而不被寫上。

2。2X方向（送數(shù)）驅(qū)動(dòng)

X方向驅(qū)動(dòng)是采用SN75501集成電路來驅(qū)動(dòng)送數(shù)方向的電極，利用集成電路本身所具有的維持功能可以使X電極上在沒有數(shù)據(jù)時(shí)只產(chǎn)生維持脈沖。在有數(shù)據(jù)到來時(shí)，根據(jù)數(shù)值為0或1來確定不產(chǎn)生或產(chǎn)生書寫脈沖。數(shù)據(jù)以串行方式輸入可極大地減少數(shù)據(jù)線。

2。3控制電路及計(jì)算機(jī)接口

控制電路胳膊于協(xié)調(diào)掃描及送數(shù)的同步，并產(chǎn)生各種掃描及送數(shù)脈沖，同時(shí)產(chǎn)生順序地址，順次地取出刷新存貯器中的信息并經(jīng)過并/串轉(zhuǎn)換電路送至SN75501驅(qū)動(dòng)器;另外還可用于協(xié)調(diào)CPU與順序地址同時(shí)訪問雙口存儲(chǔ)器的操作，以使二者能以一定的協(xié)議正常工作而不發(fā)生沖突。

計(jì)算機(jī)接口電路的主要部分是雙口存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)、地址及控制總線應(yīng)分別連到Intel8031單片機(jī)的總線上。

計(jì)算機(jī)接口電路中有一個(gè)端口可以切換顯示器的工作狀態(tài)以使顯示器可以處在動(dòng)態(tài)掃描方式或靜態(tài)維持方式。顯示器的原理框圖如圖7所示。

3三電極結(jié)構(gòu)的彩色等離子體顯示板的驅(qū)動(dòng)方法

AC型彩色等離子體顯示板以三電極結(jié)構(gòu)為主，驅(qū)動(dòng)電路如圖8所示。該結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)維持電極（即X-電極和Y-電極）和呈空間正交的選址電極。X-電極同功率分配器相連，Y-電極同掃描驅(qū)動(dòng)集成電路相連。選址電極連選址驅(qū)動(dòng)集成電路以接受信息進(jìn)行寫入。驅(qū)動(dòng)集成電路分成邏輯部分和高壓轉(zhuǎn)化部分。前者用于處理數(shù)據(jù)，后者則根據(jù)這些數(shù)據(jù)來提升電壓以達(dá)到工作電壓，并產(chǎn)生高壓和大電流。42英寸彩色等離子體顯示板的驅(qū)動(dòng)電路以PD3001FD3233和PD3001FD3203為主，其主要特征如下：

●用硅柵C/DMOS（把CMOS和DMOS復(fù)合）工藝制作，耐電壓高，功耗低;

●使用兩層金屬配線技術(shù)，信號(hào)線和獨(dú)立線分別用了兩層金屬，可實(shí)現(xiàn)大電流和小型化;

●采用100腳扁平塑料封裝。

PD3001FD3233和PD3001FD3203內(nèi)含移位寄存器、鎖定電路和電平位移電路。移位寄存器主要用于把外部的串行信號(hào)變?yōu)椴⑿袛?shù)據(jù)，以使集成電路成為并行輸出;鎖定電路可將移位寄存器的并行輸出根據(jù)鎖定信號(hào)予以保存;電平位移電路用于將移位信號(hào)電平轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏弘娖?，選址驅(qū)動(dòng)器的輸出電平為60V～120V，它可根據(jù)選址信號(hào)（STB）把鎖定信號(hào)保存的數(shù)據(jù)傳遞到電平位移電路。

表3、表4分別列出了兩種選址驅(qū)動(dòng)器和掃描驅(qū)動(dòng)器集成電路的主要規(guī)格。

表3選址驅(qū)動(dòng)器的主特性表

4接口電路

4。1VGA接口電路

圖9所示是由視頻放大器、高速A/D變換器、數(shù)字鎖相環(huán)、中央控制器、色彩校正電路和輸出緩沖器等組成的VGA接口電路，它的主要功能是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，并提供同步和消隱等控制信號(hào)。視頻放大器的主要功能是將輸入的模擬RGB信號(hào)放大到A/D變換器所需的電平2V（p-p）;同時(shí)將放大后的RGB信號(hào)的墨電平嵌位到3。0V。實(shí)際上是彩用了計(jì)算機(jī)彩色顯示器中常用的視頻放大器LM1203，它的通帶寬度為70MHz。

該接口電路采用了富士通視頻放大器和高速變換器MB40558，其最大轉(zhuǎn)換速度為40Mbps，線性誤差為1。5%。實(shí)際使用的時(shí)鐘頻率為25。1752MHz，正好是VGA行頻31。469kHz的800倍，便于分頻。標(biāo)準(zhǔn)行正程時(shí)間為25。422μs，使用的時(shí)鐘采樣頻率為25。1725MHz，可以達(dá)到640點(diǎn)。

色彩校正電路的主要作用如下：

（1）進(jìn)行反γ校正。進(jìn)行反υ校正是為了彌補(bǔ)CRT電光轉(zhuǎn)換的非線性，目前的圖像信號(hào)在傳輸過程中應(yīng)預(yù)先進(jìn)行γ校正。而PDP與CRT的發(fā)光機(jī)理不同，所以要進(jìn)行反校正。

（2）調(diào)整PDP三基色的色域。由于PDP熒光粉是受紫外光激勵(lì)而發(fā)的光，因此其色域與自然光有差異。為了使PDP顯示器的圖像更加逼近自然，設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行色域調(diào)整。具體電路是用EPROM以查表的方式實(shí)現(xiàn)的。

接口電路所有的控制信號(hào)均由中央處理器產(chǎn)生，該電路采有Altera公司的產(chǎn)品。設(shè)計(jì)中使用AHDL語言，不僅縮短了研制周期，還節(jié)約了邏輯部分。實(shí)際電路中使用74F574對(duì)24路RGB信號(hào)進(jìn)行鎖存。對(duì)同步控制信號(hào)則用74F541進(jìn)行緩沖。

4。2視頻接口

視頻接口電路主要由視頻解碼器、中央控制器、行存儲(chǔ)器和單片機(jī)等組成，實(shí)際電路如圖10所示。

隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已出現(xiàn)了許多數(shù)字式視頻解碼器。彩色等離子體顯示板采用美國SPT公司生產(chǎn)的新型數(shù)字式視頻解碼器較為合適。該芯片可接收復(fù)合視頻S-Video輸入，并兼容NTSC和PAL等制式。由于芯片采取16位A/D轉(zhuǎn)換器，因而圖像的信噪比得到了極大地改善。數(shù)字梳狀濾波器可保證圖像的水平分辨率。利用單片機(jī)可控制亮度、對(duì)比度、色飽和度等圖像參數(shù)，還可以選擇輸出圖像信號(hào)的格式。解碼器則用來輸出水平同步（Hsync），水平消隱（Hblank），垂直同步（Vsync），垂直消隱（Vblank）和寄數(shù)行信號(hào)（ODD）等圖像信號(hào)。32英寸極色等離子體顯示板的分辨率為640×480線，在NTSC采樣頻率為12。272MHz時(shí)，每一有效象素為640個(gè)，每一幀圖像的有效行為480行，奇、偶場各240行。對(duì)NTSC和PAL兩制式芯片都可使用，只需經(jīng)過適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換即可。