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FED矩陣掃描功率放大電路的研究與設計

作者: 時(shí)間:2009-05-06 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

  0 引 言

  場(chǎng)致發(fā)射顯示器(Field Emission Display,FED)是一種新型的平板顯示器件,被認為是最有可能與等離子體(PDP)和液晶顯示器(LCD)相競爭的平板顯示器,它具有反應速度快,重量輕,功耗小,視角大,顏色鮮艷等優(yōu)點(diǎn),滿(mǎn)足消費者對顯示品質(zhì)的要求,具有可觀(guān)的市場(chǎng)前景。FED產(chǎn)生圖像的原理與陰極射線(xiàn)管(CRT)相同,均為電子轟擊熒光粉發(fā)光,但采用的是矩陣尋址的方式。FED驅動(dòng)電路是FED研發(fā)的重中之重,福州大學(xué)在國家科技部和地方相關(guān)科技部門(mén)以及國內多家大型企業(yè)的關(guān)心支持下,已研制出25英寸具有自主知識產(chǎn)權的彩色大屏幕低逸出功印刷式。根據FED矩陣尋址的特點(diǎn),設計出了相應的,包括分立和集成驅動(dòng)以及結合分立和集成優(yōu)點(diǎn)的混合型驅動(dòng)電路。這些電路已經(jīng)應用在25英寸QVGA,VGA的FED中,并將在34英寸FED驅動(dòng)電路中得到進(jìn)一步的應用。

  1 FED的特點(diǎn)

  如圖1所示,FED和大多數平板顯示器一樣,也是采用行列矩陣選址驅動(dòng)工作方式,陽(yáng)極加固定電壓,柵極作為行電極,陰極作為列電極,每個(gè)行列電極交叉點(diǎn)就構成了一個(gè)像素單元。陽(yáng)極電壓由熒光粉所需的工作電壓決定,行電極是逐行或者隔行加上掃描電壓的,列電極加上視頻圖像信號,行列電壓差產(chǎn)生場(chǎng)電子發(fā)射,電子在陽(yáng)極電壓的加速下轟擊熒光粉發(fā)光。行電極的功能就是尋址掃描,并在行掃描期間,匯集所有列的電流,提供系統所需功耗。如VGA系統,設計的目標是列驅動(dòng)電壓脈沖幅度為100 V,電流脈沖幅度最大為6 mA,電子發(fā)射時(shí)行收集的電流最大為3.84 A,對于更高分辨率的系統來(lái)說(shuō)這個(gè)數值還會(huì )更高,這對柵極高壓提出了大電流和相對較大電壓(100~200 V)的要求。這就要求在選擇高壓驅動(dòng)晶體管或者M(jìn)OS管的時(shí)候要充分照顧到電壓和電流的要求,并且穩定性要相當好。對于集成電路來(lái)說(shuō)要滿(mǎn)足這個(gè)要求會(huì )更加的困難,因為集成電路的制作工藝限制,在市場(chǎng)上現在還找不到為FED驅動(dòng)電流研制的專(zhuān)用芯片,借鑒PDP電路設計法,設計了一種基于PDP專(zhuān)用芯片 STV7696B的行集成系統。

FED矩陣尋址驅動(dòng)方式

  實(shí)測FED陰極的逸出功典型值約為2 eV,實(shí)驗測試的FED陰極的發(fā)射電流典型值約為3 mA/像素,最小陰極發(fā)射面積為O.4 mm×O.4 mm。表1是印刷型FED顯示器的主要性能參數。

印刷型FED顯示器的主要性能參數

  2 分立式功率放大電路

  基于分立式的矩陣掃描功率系統是CPLD可編程器件完成對主板提供的行信號進(jìn)行譯碼,然后再經(jīng)過(guò)高壓MOS管的功率放大,完成整個(gè)系統。其系統框圖如圖2所示。

分立式矩陣掃描功率放大電路

  高壓功率放大部分不僅要對前級的低壓掃描脈沖進(jìn)一步拉高,同時(shí)還要提供電流負荷能力,這樣才能對列功率系統的灰度顯示提供足夠的電流。一般的晶體管和MOS管提供電流只有數百毫安,這對于系統來(lái)講可能會(huì )有提供功率不足的現象,所以功率型MOS管是該設計的最佳選擇。

  如圖3所示,采用的是由功率型MOS管組成的推挽電路,低壓掃描脈沖進(jìn)入到高壓驅動(dòng)單元進(jìn)行放大。電路工作時(shí),兩只對稱(chēng)的功率開(kāi)關(guān)管每次只有一個(gè)導通,所以導通損耗小,效率高。圖3中MOS管Q1,Q2的參數相同,以推挽方式存在于電路中。當脈沖為高電平時(shí),Q1管導通,Q2管截止,電路輸出低電平;當脈沖為低電平時(shí),Q1管截止,Q2管導通,電路輸出高電平。通過(guò)兩只MOS管的交互導通,從而減低了功耗,提高了每個(gè)管的承受能力,適合于FED驅動(dòng)大電流的要求。由電阻R2和二極管D3組成的并聯(lián)鉗位電路,目的是使MOS的導通速度加快。

由功率型MOS管組成的推挽電路

  3 集成矩陣掃描功率放大電路

  3.1 簡(jiǎn)介

  是ST公司生產(chǎn)的一種專(zhuān)用于PDP的掃描驅動(dòng)芯片,擁有一個(gè)頻率高達8 MHz的64位的級聯(lián)移位寄存器,可以實(shí)現64路高壓大電流輸出。通過(guò)級聯(lián),可以實(shí)現任意的垂直像素。低壓部分邏輯控制采用5 V的電壓,高壓部分最大供電電壓為170 V,所有的輸入均與CMOS兼容。同時(shí)還具有以下特點(diǎn):

  (1)峰值輸出電流一200/750 mA;

  (2)最大源極輸出電流1 A;

  (3)消隱信號控制;

  (4)互補的輸出控制;

  (5)100腳的TQFP封裝。

  3.2 STV7697B驅動(dòng)方案

  圖4是芯片的工作時(shí)序波形圖,工作時(shí)SIN腳接收從控制板發(fā)出的掃描信號,極性傳輸方向選擇控制端F/R選擇傳輸方向,信號在行同步時(shí)鐘CLK的上升沿變化瞬間在移位寄存器中移位前進(jìn),在STB控制下移位寄存器的數據就放到鎖存器中,當BLK允許輸出時(shí),信號經(jīng)過(guò)內部功率放大器增益輸出相應的高壓信號。

芯片的工作時(shí)序波形圖

  FED矩陣掃描集成驅動(dòng)電路設計采用的是FPGA芯片控制產(chǎn)生行驅動(dòng)所需的控制信號,結合STV7697B芯片的內部結構以及時(shí)序要求。STV7697B 可級聯(lián)使用,實(shí)現矩陣掃描輸出,它的實(shí)際設計框圖如圖5所示。行電路工作時(shí),每一個(gè)行周期內,高電平有效的SIN信號先從第一片STV7697B的SIN 端輸入,從芯片的SOUT端輸出,再與后一芯片的SIN端級聯(lián)。這樣,在行掃描脈沖CLK信號的周期內,掃描數據電平從第一個(gè)輸出端依次移位到最后一個(gè)輸出端,各信號經(jīng)過(guò)內部功率放大器增益輸出相應行的掃描脈沖,加載到FED顯示屏行電極上。

基于STV7697B的集成驅動(dòng)電路


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