CTIMES- 平面顯示器供電電路設計之建議 :RSDS平面顯示器

有關LM2622晶片的基本運作原理，參看(圖一)及(圖二)。除了開關穩壓器之外，圖中顯示的其他元件皆設於LM2622晶片之外，而開關穩壓器則透過晶片的開關接腳與電路連接一起。開關穩壓器在開始作業的第一周期內處於閉路狀態，見(圖一)。而二極體則加入反向偏壓，（二極體仿似開放電路，但沒有在圖中顯示出來）。電能儲存在電感器之內，而負載電流則由COUT 提供。進入第二周期的開關則呈開路狀態，參看(圖二)。儲存在電感器內的電能轉送往負載及COUT。

《圖二　LM2622晶片的基本運作原理（開關呈開路狀態）》

行驅動器所需的＋9.0伏特類比供電電壓

一般而言，行驅動器需要提供＋8.0特伏至＋10.0伏特的類比供電電壓。LM2622晶片可以將＋3.3伏特的供電轉為高達＋12.0伏特的穩定電壓。即使在最壞的情況下，行驅動器只耗用8～10mA的類比電流。以XGA及SXGA等平面顯示器為例，直流/直流轉換器必須能夠為顯示器提供100～150mA的電流。LM2622晶片可以提供100～200mA的電流，而轉換效率高達90％以上，最適合為行驅動器提供類比電壓。

如(圖三)所示，顯示可以利用LM2622晶片提供＋9.0伏特的電壓。按照圖示的配置，LM2622晶片的作業頻率為600kHz；若其FSLCT接腳連接較高的位置，LM2622晶片亦能以1.33MHz的頻率作業。連接L1、D1、C3以及晶片開關接腳的電路都按照圖一及圖二的原理運作。

類比輸出電壓由R1及R2電阻分壓器控制。FB接腳的電壓經由內部控制，並且可以固定在＋1.26伏特的電壓水平。因此，只要將R1的電阻值設定為51k(以及將R2的電阻值設定為8.3 k(，便可提供＋9.0伏特的輸出電壓。如欲輸出＋9.0伏特以外的其他電壓，只需改變R1與R2之間的比率即可。

《圖三　利用LM2622提供＋9.0伏特的直流電電壓》

工程師若採用圖三的電路設計開發新產品，可參考以下的六項建議：

(1)應採用低電磁干擾的電感器，其核心必須屬於鐵氧磁體類的封蔽式核心，例如torroid或封蔽式E核心。此種核心有助減少發出電磁干擾以及降低電源供應器的雜訊。10(H的電感器已很足夠，可為大部分的應用方案提供穩定的輸出電壓。

(2)所有濾波電容器應盡量靠近LM2622晶片。圖三所示的C1便是濾波電容器。濾波電容器若靠近LM2622晶片，可減低線跡（trace）電感的影響。所有元件應採用表面貼著技術裝貼在電路板上，節省電路板空間，以及縮短引線長度。

(3)電感器、二極體以及繞過＋9.0伏特電源供應器的電容器應盡量靠攏在一起，圖三所顯示的L1、D1及C3就是這幾個電感器、二極體及電容器。它們全部靠攏一起將有助減低電源供應器所產生的不良影響如電磁干擾、雜訊、振鈴或其他的干擾。

(3)回授環路及線跡應盡量遠離電感器，因為回授環路所衍生的雜訊容易進入供電線路干擾供電電壓。回授環路的線跡越粗越好，但線跡的整體寬度受到板面空間的限制。若情況許可，回授環路線跡不應與電感器及二極體裝設於印刷電路板的同一面，兩者之間應有一塊接地分隔板分開。RSDS系統的電源供應電路可以盡量利用電路板底層的小部分空間，即使如此亦不會對RSDS匯流排造成任何干擾。

(4)決定元件的佈局時，應盡量確保各開關電流環路的彎曲部分都彎向同一個方向。開關式穩壓器若非處於開路狀態，便是處於閉路狀態。但無論處於開路還是閉路狀態，皆會有電流流經各環路的彎曲部分。因此，各環路若彎向同一方向，將有助減低電磁干擾。

(5)高電流線跡的長度應盡量縮短，而且線跡越粗越好。此外，應盡量利用整塊接地分隔板。

列驅動器所需的＋18.0伏特“啟動”電壓

列驅動器需要利用＋18伏特的供電電壓啟動平面顯示器的薄膜電晶體的閘極。提供這個供電電壓所要求的電流比提供3.3伏及＋9.0伏供電所要求的電流還要低。利用電容器電荷泵以確保LM2622可以提供＋18伏特的供電電壓，此為一具成本效益而又較為簡單的解決方式。

以下的範例如(圖四)所示，僅採用＋18伏特供電系統所必要的元件。圖三所顯示的其他元件並沒有顯示。電荷泵的作業過程分為兩個階段。首先，每當LM2622晶片的開關處於閉路狀態時，C4會進行充電，直至電壓達到＋9.0伏特左右。當開關進入開路狀態時，D2便開始導電，直至C5的電壓升至9.0伏特。由於C5以＋9.0伏特節點作為參考電壓，因此以接地作為參考的C6電壓便高達＋18伏特。＋18伏特的供電電壓未經穩壓，但已足以為列驅動器提供“啟動”電壓。另可多加一個電容器電荷泵轉換級，以便產生的總電壓可以提高至＋27伏特。就一般而言，此配置可以提供比行驅動器類比輸出電壓高兩倍或三倍的列驅動器“啟動”電壓。

《圖四　利用LM2622晶片提供＋18.0伏的未經穩壓直流電電壓》

列驅動器所需的─9.0伏特“關閉”電壓

利用LM2622晶片搭配二極體反相器電路，便可為列驅動器的薄膜電晶體（TFT）的閘極提供所需的－9伏特關閉電壓，如(圖五)所示。以下是二極體反相器的作業方式。LM2622晶片的開關進入開路狀態後，D4便開始導電，C7隨即進行充電，直至電壓升至＋9.0伏特左右。開關進入閉路狀態後，開關接腳的電壓迅即跌至接地電壓的水平。由於C7的電壓無法即時改變，因此若以接地電壓作為參考，D4及D5之間的電壓會高達－9.0伏特。

相同的，該配置可以提供未經穩壓的供電電壓，其電壓大小與穩壓供電電壓相同，但相位則與穩壓供電電壓相反。

《圖五　利用LM2622晶片提供－9.0伏特的未經穩壓直流電電壓》

在(圖六)顯示的整幅電路簡圖之中，LM2622晶片負責提供＋9伏特穩壓供電以及＋18伏特和－9伏特未經穩壓供電。在這幅電路圖上，大部分的元件參數以及元件型號都已列出，而且這些元件都適用於大部分的應用方案。

《圖六　利用LM2622晶片提供＋9.0伏特、＋18.0伏特及－9.0伏特供電的設計方案電路圖》

VCOM及伽瑪參考電壓緩衝

VCOM

幾乎所有系統的VCOM電壓都由外置式緩衝器驅動。由於VCOM節點的負載較高，因此美國國家半導體建議採用如LM8272或同類放大器驅動VCOM。LM2702晶片是一理想的單晶片解決方案，這款晶片由LM2622直流/直流轉換器與VCOM緩衝器整合而成，而且是一款採用16接腳封裝的單晶片。

伽瑪參考電壓

目前有多種不同的設計方案可為伽瑪參考電壓提供緩衝。雖然大部分產品的效能都很卓越，但價格則較為昂貴。伽瑪參考電壓的雜訊及電壓振幅可與輸出電壓耦合，但實際上能否一同輸出則取決於電壓振幅出現的時間。雜訊的影響不能忽視，因為振幅即使小至只有20至30mV，亦會產生全灰度的分別。

不加緩衝/只採用電阻串進行緩衝

該設計成本最低，也最易受雜訊影響，但這是XGA及SXGA扭曲向列式（TN）顯示器最普遍採用的設計。不加設緩衝放大器雖然可以節省顯示器的成本，但顯示效果卻差強人意，結果卻可能得不償失。

(圖七)顯示只採用電阻串進行緩衝的設計及基本結構。需要留意的是，由電阻R1 至R11組成的外置式電阻串直接連接內建的RDAC。為能準確確定伽瑪參考電壓的電壓值，必須將行驅動器電阻串的電阻一併計算在內。一般行驅動器皆設有總電阻值為15k(的內部電阻串，以便為較高的伽瑪參考電壓提供緩衝，而同時也設有另一相同的電阻串，為較低的伽瑪參考電壓提供緩衝。這些電阻串產生約 3.0k(至4.0k(並與外置電阻串平行的電阻（一般設計都採用8或10個平行的行驅動器）。

為行驅動器內各高低伽瑪電壓提供緩衝的電阻串要互相分隔，此極為重要。例如，外置電阻即使與FPD33584晶片的GMA5及GMA6連接一起，亦不會產生與行驅動器平行的電阻。行驅動器的技術資料單張詳列各伽瑪參考電壓分接頭接點之間的電阻值。

《圖七　採用電阻串緩衝伽瑪參考電壓的應用方案》

利用終端分接頭接點提供緩衝

另一方法為行驅動器RDAC的終端部分為其伽瑪參考電壓提供緩衝。獲得緩衝的終端包括VGMA1、VGMA5、VGMA6及VGMA10。該設計的優點是可以充分發揮成本效益。

(圖八)顯示終端分接頭接點緩衝電路的基本架構。該設計所採用的元件全部都裝設於行驅動器之外，而所有分接頭接點都與行驅動器內建的電阻串上面的相同接點連接一起，比較圖七設計。(圖八)所示的主電阻串由R1至R5組成，這個主電阻串與行驅動器內建的電阻串完全隔離，因此即使行驅動器內建的 RDAC出現平行電阻也與主電阻串無關。中間分接頭接點（R6至R13）的電阻都與行驅動器的電阻直接連在一起，因此計算電阻時必須將行驅動器的內部電阻一併計算在內。

幹線到幹線的四重組裝運算放大器適用於伽瑪參考電壓緩衝設計的單晶片解決方案，參照(圖八)所示。由於外圍分接頭接點（VGMA1及VGMA10）的電壓往往低至相當於幹線的200mV，因此有需要加設幹線到幹線的放大器。

亦可利用幹線到幹線的單組裝運算放大器驅動其中一個終端接點，另外利用標準四重組裝運算放大器驅動其餘三個伽瑪參考電壓。許多四重組裝運算放大器可以將電流一直驅動至負極幹線，美國國家半導體的LM2902及LMC6024便是好例子，但這些放大器不能將電流一直驅動至頂層的幹線。一般來說，這類運算放大器遠比幹線到幹線放大器便宜，而且無需另外添加元件，因此可以減低伽瑪參考電壓緩衝電路設計的整體成本。

若要為VGMA1提供緩衝，便需要加設像LMC8101此種全面幹線到幹線放大器。美國國家半導體為直流/直流轉換器及產生伽瑪參考電壓的應用方案提供兩個單晶片解決方案。採用20接腳封裝的LM2711單晶片由LM2622直流/直流轉換器與另外四個伽瑪參考電壓緩衝器整合而成。LM2710是LM2711的改良版，其不同之處在於添加了VCOM緩衝器。系統設計工程師只要採用LM2710或LM2711晶片，便可充分利用其小巧封裝的優點，提供所需電壓及電壓緩衝，滿足不同應用方案的不同要求。

《圖八　終端伽瑪參考電壓緩衝電路的設計》

為所有分接頭接點提供緩衝

若純以效能來說，最理想的解決方案應該能為所有分接頭接點提供緩衝。(圖九)顯示此種能為所有分接頭接點提供緩衝之電路。該電路的優點是行驅動器的電阻串與印刷電路板上的電阻串完全隔離。利用幹線到幹線的雙組裝運算放大器驅動VGMA1及VGMA10（U1及U10）的電壓，也可利用兩個四重組裝運算放大器驅動VGMA2至VGMA9（U2至U9）的電壓。該設計只需採用一個幹線到幹線的雙組裝運算放大器，而且可以輸出標準電壓的運算放大器大致上不會太貴，因此驅動所有伽瑪參考電壓的成本與只驅動終端伽瑪參考電壓的成本相差不大。

《圖九　可為所有伽瑪參考電壓提供緩衝之設計》

低擺幅差動訊號傳輸（RSDS）技術的平面顯示器提供一系列齊備的系統解決方案。RSDS技術不但可以減低功率消耗及電磁干擾，比傳統的電晶體電晶體邏輯（TTL）介面優越，而且也適用於各種越趨小巧的電路板，有助減少元件數目，節省系統成本。(圖十)顯示平面顯示器的基本系統方塊圖。

《圖十　薄膜電晶體液晶顯示器晶片》