利用智能型電荷共用技術(shù)來(lái)降低功耗及提高列驅動(dòng)器的性能
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本文將會(huì )討論智能型電荷共用技術(shù)的運作原理，也會(huì )介紹這種技術(shù)與列驅動(dòng)器常用的電源管理技術(shù)之間的異同，最后會(huì )詳述如何利用美國國家半導體 FPD33584 與 FPD33620 列驅動(dòng)器的智能型技術(shù)控制電荷共用的過(guò)程。
智能型電荷共用技術(shù)的運作原理
智能型電荷共用技術(shù)有自己的一套運作原理?；旧?，它將儲存在薄膜晶體管 (TFT) 液晶顯示器 (LCD) 各行掃描線(xiàn)內的能量重新分配，并且無(wú)需耗用電力便可驅動(dòng)各行掃描線(xiàn)至其最終數值的一半。這種技術(shù)之所以能夠發(fā)揮這樣的成效，完全是因為在點(diǎn)或 n 線(xiàn)反相電路之中有一半掃描線(xiàn)被驅動(dòng)至比 VCOM 高的電壓，而另一半則被驅動(dòng)至比 VCOM 低的電壓。
圖 1、圖 2 及圖 3 顯示智能型電荷共用技術(shù)的基本操作過(guò)程。在這個(gè)示例之中，平板顯示器的每行掃描線(xiàn)可視為大約相等于列驅動(dòng)器的輸出放大器上的電阻電容電路 (RC) 負載的總和。為方便進(jìn)行量化分析，各行掃描線(xiàn)應作為分散負載處理，由于現在只用作解釋電荷共用的運作原理，因此可當作相加負載處理。
圖 1 顯示開(kāi)始共用電荷之前的一霎間的情況。每一相間掃描線(xiàn)的電壓分別處于 VCOM 之上及之下。列驅動(dòng)器內設有一系列的開(kāi)關(guān)，可將所有掃描線(xiàn)連成短路。共用電荷之前，所有開(kāi)關(guān)都已開(kāi)啟。
列驅動(dòng)器
電壓在 VCOM 之上 電壓在 VCOM 之下 電壓在 VCOM 之下
平板顯示器
圖 2 顯示共用電荷時(shí)的情況。輸出放大器已置于怠機狀態(tài) (hi-Z 模式)，而此時(shí)開(kāi)關(guān)器已全部關(guān)閉。電流按照箭頭所示的方向由電壓比 VCOM 高的掃描線(xiàn)流向電壓比 VCOM 低的掃描線(xiàn)。共用電荷時(shí)，輸出放大器不會(huì )耗用電源。
列驅動(dòng)器
電壓在 VCOM 之上 電壓在 VCOM 之下 電壓在 VCOM 之下
平板顯示器
圖 3 顯示共用電荷之后的一霎間的掃描線(xiàn)電壓。雖然開(kāi)關(guān)再次開(kāi)啟，但各行掃描線(xiàn)的電壓與 VCOM 相同。輸出放大器就在這一刻進(jìn)入傳統驅動(dòng)狀態(tài)。要注意的一點(diǎn)是，輸出只需將掃描線(xiàn)由 VCOM 驅動(dòng)到最后階段的電壓，而非在整個(gè)電壓范圍內由頭至尾驅動(dòng)。
列驅動(dòng)器
VCOM 電壓 VCOM電壓 VCOM 電壓
平板顯示器
智能型電荷共用技術(shù)也設有監控 POL 信號的監控電路。各行掃描線(xiàn)只在 POL 信號進(jìn)行切換時(shí)才以短路連在一起，顯示掃描線(xiàn)電壓正在改變其極性，并確保其極性與 VCOM 相反。以 n 線(xiàn)反相電路來(lái)說(shuō)，并非每行掃描線(xiàn)都切換電壓。采用智能型電荷共用技術(shù)有助提高電荷共用功能的效率。
智能型電荷共用技術(shù)與傳統驅動(dòng)器之間的分別
采用智能型電荷共用技術(shù)的列驅動(dòng)器的輸出波形從外形看與傳統列驅動(dòng)器的輸出波形不同。圖 4 顯示這兩種不同的輸出波形。以這兩種輸出波形來(lái)說(shuō)，VHxx 是上半部分 (電壓比 VCOM 高) 的輸出電壓，而 VLxx 是下半部分 (電壓比 VCOM 低) 的輸出電壓。圖中上方的波形 (a) 是傳統驅動(dòng)器的輸出波形。無(wú)論在電壓范圍內的哪一位置，轉換率仍可保持相對穩定。圖中下方的波形 (b) 是采用智能型電荷共用技術(shù)的列驅動(dòng)器的輸出波形。智能型電荷共用技術(shù)的波形可分為兩個(gè)部分。第一部分是電荷共用時(shí)間的部分。量度列驅動(dòng)器的輸出電壓時(shí)，這部分的轉換率一直很快，然后才穩定下來(lái)，與 VCOM 電壓看齊。共用電荷完畢之后，輸出放大器進(jìn)入傳統的驅動(dòng)模式，其輸出波形與傳統驅動(dòng)器的波形極為相似。
a：傳統的輸出波形
b：共用電荷的輸出波形
智能型電荷共用技術(shù)與目前市場(chǎng)上的列驅動(dòng)器所普遍采用的節能技術(shù)基本上完全不同。目前市場(chǎng)上很多列驅動(dòng)器都有低功率模式可供選擇。以大部分應用方案來(lái)說(shuō)，這個(gè)模式可減低流入輸出放大器的偏壓電流，以便節省能源。但這樣始終會(huì )降低輸出的平均轉換率。對于負載較小及清晰度較低的小型平板顯示器來(lái)說(shuō)，這個(gè)解決方案已相當足夠。但轉換率一旦減慢，性能也會(huì )隨著(zhù)降低，對于高清晰度、高負載的新一代平板顯示器來(lái)說(shuō)，這樣便遠遠不能滿(mǎn)足要求。
智能型電荷共用技術(shù)不但可以節省能源，而且又可同時(shí)提高平板顯示器的平均轉換率，因為儲存在各行掃描線(xiàn)之內的能源可以即時(shí)提供較大的電流，這是傳統放大器所無(wú)法做到的。由于美國國家半導體的列驅動(dòng)器擁有這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因此一方面可以支持更高的實(shí)際轉換率，而另一方面又可減低功率。
如何充分利用 FPD33584 及 FPD33620 的智能型電荷共用技術(shù)
為了充分發(fā)揮電荷共用的優(yōu)點(diǎn)，電荷共用時(shí)間的長(cháng)短應根據平板顯示器的負載大小而設定。電阻電容電路 (RC) 負載較小的平板顯示器即使需要較少共用電荷，也比電阻電容電路負載較大的平板顯示器節省更多能源。美國國家半導體設計 FPD33584 及 FPD33620 這兩款列驅動(dòng)器時(shí)已充分考慮電荷共用的時(shí)間長(cháng)短，確保無(wú)需加設外置電路或添加輸入管腳也可控制時(shí)間長(cháng)短。
對于大部分平板顯示器的負載來(lái)說(shuō)，美國國家半導體一般會(huì )建議將電荷共用時(shí)間確定為 500 ns 至 1 ms。以采用相當于 50 kW 及 150 pF 負載的平板顯示器為例來(lái)說(shuō)，由于負載較大，因此可能需要較長(cháng)的電荷共用時(shí)間才可節省更多電力及發(fā)揮更卓越的性能。至于如何為個(gè)別的應用方案選擇適當的電荷共用時(shí)間，可連系美國國家半導體尋求協(xié)助。
采用 FPD33584 及 FPD33620 時(shí)，可以利用兩個(gè)方法控制其電荷共用時(shí)間的長(cháng)短。工程師可以通過(guò) CLK1_SEL、TIME0 及 TIME1 三條管腳確定選用哪一控制方法，全部管腳都可在 TCP 或 COF 封裝之內切斷聯(lián)系 (tied off)。
第一個(gè)方法是通過(guò)改變 CLK1 的脈沖寬度來(lái)控制電荷共用時(shí)間。對于那些希望能夠準確控制電荷共用時(shí)間而又有能力改變 CLK1 脈沖寬度的客戶(hù)來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)最理想的方法。以這個(gè)配置來(lái)說(shuō)，電荷在 CLK1 的上升邊緣便開(kāi)始共用，并在 CLK1 的下降邊緣終止共用。采用這個(gè)配置時(shí)，必須利用 TCP 或 COF 的連線(xiàn)將 CLK1_SEL 管腳拉高。采用這個(gè)配置時(shí)，也應任由 TIME0 及 TIME1 兩條管腳處于懸浮狀態(tài)。圖 5 顯示以 CLK1 脈沖控制電荷共用時(shí)間時(shí)所出現的典型輸出波形。
第二個(gè)方法是利用某一指定數目的 RSDS™ 時(shí)鐘脈沖控制電荷共用時(shí)間。只要將 CLK1_SEL 管腳置于懸浮狀態(tài)或連接在較低位置，便可啟動(dòng)控制功能，控制電荷共用時(shí)間。TIME0 及 TIME1 兩條管腳提供 4 個(gè)不同長(cháng)度的電荷共用時(shí)間以供選擇。有些應用方案的 CLK1 脈沖寬度是不能調節的，也有些應用方案有時(shí)間上的其他限制，令 CLK1 無(wú)法靈活改變以設定電荷共用時(shí)間。對于這類(lèi)應用方案來(lái)說(shuō)，這個(gè)方法是最佳的選擇。據圖表 1 顯示，不同數值的 TIME0 及 TIME1 有各自不同的電荷共用時(shí)間。對于大部分應用方案來(lái)說(shuō)，美國國家半導體建議采用 [TIME1, TIME0] = [1,0] 這個(gè)數值。負載較小的平板顯示器或 RSDS™ 時(shí)鐘頻率較慢的應用方案也可采用 [TIME1, TIME0] = [1,0] 這個(gè)數值。128 個(gè) RSDS™ 時(shí)鐘周期只可用于負載極大的平板顯示器。以這個(gè)配置來(lái)說(shuō)，電荷在 CLK1 的下降邊緣便開(kāi)始共用，并在圖表 1 所列的 RSDS™ 時(shí)鐘周期內繼續共用。圖 6 顯示典型的輸出波形，圖中的 tcs = (圖表 1 所列的時(shí)鐘周期數目) * (PWRSDS)。要注意的一點(diǎn)是，圖 5 及 圖 6 的波形在表達上稍有夸張，以便更清楚顯示不同的智能型電荷共用技術(shù)控制方法如何控制電荷共用時(shí)間。利用智能型電荷共用技術(shù)共用電荷時(shí)，轉換率一般會(huì )遠比所顯示的速率快。
圖表1：以 TIME0 及 TIME1 界定的電荷共用時(shí)間
| TIME1 | TIME0 | 電荷共用時(shí)間 |
| 0 | 0 | 16 個(gè)RSDS 時(shí)鐘周期(以65 MHz 頻率操作時(shí)約250 ns) |
| 0 | 1 | 32 個(gè)RSDS 時(shí)鐘周期(以65 MHz 頻率操作時(shí)約500 ns) |
| 1 | 0 | 64 個(gè)RSDS 時(shí)鐘周期(以65 MHz 頻率操作時(shí)約 1 ms) |
| 1 | 1 | 128 個(gè)RSDS 時(shí)鐘周期(以65 MHz 頻率操作時(shí)約2 ms) |
總結
美國國家半導體專(zhuān)有的智能型電荷共用技術(shù)不但可以改善列驅動(dòng)器的性能，而且也有助減少系統的整體功耗。這種技術(shù)除了可以發(fā)揮更高性能之外，也可與市場(chǎng)上許多 RSDS 列驅動(dòng)器管腳兼容。
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