彩色PDP顯示系統的驅動(dòng)集成電路

　　近年來(lái)，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備都已接近完成。1995年以來(lái)，世界各大廠(chǎng)商相繼建線(xiàn)投產(chǎn)各種類(lèi)型的彩色PDP。這些成績(jì)的取得，不僅僅歸功于彩色PDP顯示屏本身的開(kāi)發(fā)成功及生產(chǎn)技術(shù)的建立，更重要的應當歸功于驅動(dòng)集成電路技術(shù)的發(fā)展。對于一個(gè)性能良好的PDP彩色電視來(lái)說(shuō)，其驅動(dòng)集成電路系統占總成本的70～80%。

　　彩色PDP顯示屏按其結構的不同可分為兩種類(lèi)型，即交流型彩色PDP和直流型彩色PDP（AC型和DC型）。按驅動(dòng)方式又可分為行順序制驅動(dòng)方式和存儲驅動(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動(dòng)時(shí)，隨著(zhù)掃描線(xiàn)數據的增加，其亮度會(huì )下降。因此，不管是AC或DC彩色PDP，都采用存儲式驅動(dòng)來(lái)增加實(shí)際的發(fā)光時(shí)間，從而實(shí)現高亮度。

　　存儲式驅動(dòng)方式基本上由寫(xiě)入、發(fā)光維持和擦除三個(gè)周期組成，驅動(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的驅動(dòng)集成電路有兩組：第一組是處理顯示數據的尋址驅動(dòng)器，也叫列驅動(dòng)器；第二組是負責寫(xiě)入時(shí)掃描和維持放電的掃描驅動(dòng)器，也叫行驅動(dòng)器。

　　本文著(zhù)重介紹SN、μPD系列彩色等離子體顯示板的幾種驅動(dòng)集成電路，同時(shí)，也將介紹三電及結構的驅動(dòng)電路。

　　1 彩色PDP驅動(dòng)集成電路結構及性能

　　1.1 結構特性

　　圖1為彩色PDP驅動(dòng)集成電路的基本結構。

通常將驅動(dòng)器內部結構分為兩部分：一是邏輯電路，用于控制顯示屏信號和處理顯示數據；二是驅動(dòng)電路，用于將信號電平移位和對顯示屏施加發(fā)光所需的脈沖。尤其是驅動(dòng)部分，要使彩色PDP進(jìn)行氣體放電，必須提供高電壓，所以這種結構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本身的結構特性所決定的。因此，要求彩色PDP的制造者和半導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(kāi)發(fā)彩色PDP的驅動(dòng)集成電路。

　　目前的驅動(dòng)器已能確保彩色PDP的需求。隨著(zhù)彩色PDP本身結構的改善，所需的驅動(dòng)電壓會(huì )下降，同時(shí)，驅動(dòng)器的開(kāi)發(fā)也在向著(zhù)最優(yōu)化的方向發(fā)展。

　　以AC-PDP為例，尋址驅動(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動(dòng)的顯示屏電極上所施加的切換脈沖。

　　●邏輯部分

　　驅動(dòng)器的邏輯部分的性能通常用移位寄存器（將串行信號變換為并行信號的電路）的最大時(shí)鐘工作頻率fmax來(lái)表示。在CMOS邏輯電路中，柵極長(cháng)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)用的驅動(dòng)器邏輯部分的柵極長(cháng)度L為1.0～2.5μm，fmax為20～36MHz。這樣的速度，對于HDTV和高精度的數據顯示所必要的尋址驅動(dòng)器而言，完全可以滿(mǎn)足其數據移位的要求。

　　●彩色PDP驅動(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，設計時(shí)應將與顯示無(wú)關(guān)的其它電子元器件的功耗設計得盡可能小。因為驅動(dòng)器本身的功耗會(huì )給整個(gè)彩色PDP的顯示性能帶來(lái)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）高壓驅動(dòng)部分。這三部分都應降低功耗。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)生的高壓驅動(dòng)電路的無(wú)效功耗，目前利用功率分散驅動(dòng)方式（采用電流開(kāi)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(mǎn)足彩色PDP的顯示需求。

　　●串擾現象

　　高耐壓CMOS驅動(dòng)集成電路在系統中常常會(huì )出現相互串擾的現象。如圖2所示，彩色PDP屏包括高壓在內一共有四組以上的電源系統。只要驅動(dòng)電路使它們工作，就會(huì )產(chǎn)生很大的串擾噪聲，在系統間造成相互影響。此外，作為驅動(dòng)區負載的彩色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(cháng)了串擾現象的發(fā)生。

　　為了克服串擾現象，彩色PDP的驅動(dòng)集成電路在設計和工藝上比普通的集成電路采取了更為嚴格的控制措施。例如，在開(kāi)發(fā)集成驅動(dòng)電路的同時(shí)開(kāi)發(fā)特殊的耐高壓工藝，對于集成電路上的元器件結構設計和電路布局等，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的電容，切斷可能產(chǎn)生半導體開(kāi)關(guān)元件作用的總線(xiàn)等。

　　●功率回收

　　在彩色PDP的驅動(dòng)過(guò)程中，需要盡可能地減少對發(fā)光無(wú)用的功耗。除了放電能量向發(fā)光能量轉換產(chǎn)生的損耗外，無(wú)效功率主要來(lái)自電極的電阻部分和電容的充放電。上述兩種寄生負載——電阻分量和電容分量的值是顯示器本身固有結構所決定的。從驅動(dòng)器方面來(lái)改善電阻分量是不可能的。但是，對于電容充放電的電能，驅動(dòng)器可以設法回收一部分，這樣，可以在驅動(dòng)器內部設計功率回收電路，但要求在進(jìn)行回收時(shí)，驅動(dòng)集成電路本身不能產(chǎn)生寄生負載。

　　●電源順序

　　在彩色PDP系統中，一共有四組以上的電源（其中包括高壓電源）共處在一個(gè)系統之中，電源依照規定時(shí)刻同步工作。在系統設計時(shí)，對于電源接通的順序以及發(fā)生錯誤工作時(shí)的保護等問(wèn)題都要予以仔細地考慮。尤其是直接與彩色PDP顯示屏相連接的驅動(dòng)器，如果發(fā)生錯誤動(dòng)作，則不僅會(huì )破壞集成電路本身，甚至會(huì )毀壞顯示屏以致整個(gè)系統。因此，驅動(dòng)器應當具備故障保護功能以及順序斷開(kāi)電源的功能。

　　1.2 PDP驅動(dòng)集成電路

　　a.尋址驅動(dòng)集成電路SN755831

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

　　該驅動(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5V CMOS器件構成，可以直接輸入來(lái)自彩色PDP信號處理系統的數據。

　　另外，利用集成電路的內部控制可消除高壓開(kāi)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內部的輸出嵌位二極管可避免串擾現象。

　　b.掃描驅動(dòng)器SN755834

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

　　表1 SN755831的技術(shù)參數

　　表2 掃描驅動(dòng)器SN755834的要參數

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

　　2 SN系列PDP驅動(dòng)集成電路

　　驅動(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是送數據方向的驅動(dòng)器，它們之間也只是引腳排列順序不同。

　　復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。復合脈沖波形的電壓較高、瞬間電流大，且不能有太大的過(guò)沖電壓，否則會(huì )超過(guò)顯示屏的飽和區和驅動(dòng)器的安全工作范圍。采用高壓場(chǎng)效應管組成復合推挽電路產(chǎn)生的高壓脈沖可滿(mǎn)足顯示驅動(dòng)負載的要求。

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

2.1 Y方向（掃描方向）驅動(dòng)

　　掃描方向驅動(dòng)是采用SN75500來(lái)掃描要書(shū)寫(xiě)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位存貯器的數據。另外，電路設計時(shí)一般將SN75500懸浮在約120V的高壓方波上。當選中其行時(shí)，首先利用SN75500上約80V的高壓脈沖來(lái)擦除該行信息，然后輸出寫(xiě)信息的半選脈沖，此時(shí)一旦送數方向上的SN75501輸出寫(xiě)脈沖，所對應的點(diǎn)即被寫(xiě)上，否則該點(diǎn)僅加上一半的寫(xiě)脈沖而不被寫(xiě)上。

　

2.2 X方向（送數）驅動(dòng)

　　X方向驅動(dòng)是采用SN75501集成電路來(lái)驅動(dòng)送數方向的電極，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(méi)有數據時(shí)只產(chǎn)生維持脈沖。在有數據到來(lái)時(shí)，根據數值為0或1來(lái)確定不產(chǎn)生或產(chǎn)生書(shū)寫(xiě)脈沖。數據以串行方式輸入可極大地減少數據線(xiàn)。

2.3 控制電路及計算機接口

　　控制電路胳膊于協(xié)調掃描及送數的同步，并產(chǎn)生各種掃描及送數脈沖，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(guò)并/串轉換電路送至SN75501驅動(dòng)器；另外還可用于協(xié)調CPU與順序地址同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)雙口存儲器的操作，以使二者能以一定的協(xié)議正常工作而不發(fā)生沖突。

　　計算機接口電路的主要部分是雙口存儲器，該存儲器的數據、地址及控制總線(xiàn)應分別連到Intel8031單片機的總線(xiàn)上。計算機接口電路中有一個(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。