液晶顯示器電源管理的電路設(shè)計

1 　引　　言
要實現(xiàn)液晶顯示器顯示須具備以下4 個單元：控制器(Controller) 、電源管理單元(PMU) 、驅(qū)動電路(Driver) 、液晶顯示器件(LCD) 。對于分辨率較小的液晶顯示器件，如128×64、128×32等模塊都具有控制器、電源管理單元、驅(qū)動器于一體的芯片。但對于高分辨率的液晶顯示器(如320×240 ,640×480) 需要單獨的控制器、電源管理單元、驅(qū)動器。本文給出了一種高分辨率液晶顯示器電源管理電路的設(shè)計方案。

2 　電路設(shè)計方案
實現(xiàn)液晶顯示須具備4個單元，其框圖如圖1所示。本文給出的電源管理電路設(shè)計方案具有驅(qū)動電壓產(chǎn)生、時序控制、溫度補償和對比度調(diào)節(jié)的功能，其框圖如圖2所示。

圖1 液晶顯示系統(tǒng)4個單元框圖

2. 1 　驅(qū)動電壓產(chǎn)生電路
液晶顯示不僅需要邏輯電源，而且要有驅(qū)動電源。驅(qū)動電源因驅(qū)動芯片的不同而異，本文以日本日立公司HT66130/ HT66137為例。該系列芯片是驅(qū)動高分辨率液晶顯示器的芯片，所需驅(qū)動電壓為VLCD 、V0 、VM3種。由于占空比達1/240 ，VLCD電壓達15V以上，我們選用美信公司的DC/DC器件MAX1606產(chǎn)生15.9V的VLCD電壓，經(jīng)電阻分壓得到V0 和VM ，V0 和VM再經(jīng)運算放大器提供給HT66130和HT6613，如圖2所示。

圖2 液晶顯示電源管理框圖

2. 2 　時序控制電路
所有液晶顯示器對于上電、下電時序都有嚴(yán)格要求。如果上電、下電時序不符合要求，則不能正常顯示，常常會出現(xiàn)亂碼、鎖存、殘留顯示等現(xiàn)象。以日本日立公司驅(qū)動芯片HT66130/HT66137驅(qū)動320×240液晶顯示屏為例,對上電、下電時序的要求如圖3所示，一般液晶顯示驅(qū)動芯片要求也大致如此。

通常液晶顯示器的電源管理電路是依靠CPU用軟件來控制信號的時序，以保證液晶顯示器件對上電、下電時序的要求。這就占用更多的通用輸入、輸出口(GPIO)，而且對于上電瞬間軟件尚未運行起來，只能依靠CPU的GPIO的默認(rèn)狀態(tài)來控制。目前智能手機等雙CPU系統(tǒng)更不易依靠軟件來實現(xiàn)控制。本文設(shè)計的電路僅需一個GPIO(即顯示使能信號DISP) ,就可以控制上、下電時序及驅(qū)動電源的開關(guān)，而且對DISP無任何時序要求。

圖3 日立公司HT66130/HT66137時序圖

對上電時序，一般必須有一幀頻初始化時間后，才可置顯示使能信號為高電平。傳統(tǒng)做法是依靠CPU的GPIO口延時來控制。本文設(shè)計的電路利用D型觸發(fā)器，并以幀頻信號(FRAME)為時鐘輸入，以顯示使能信號(DISP)為D輸入并控制CLEAR端，Q端輸出控制整個驅(qū)動電路的開關(guān)。這樣既可以實現(xiàn)DISP輸入的時序控制，又可以用DISP控制整個驅(qū)動電源電路的開關(guān)。由于DISP可關(guān)掉驅(qū)動電路，所以可以實現(xiàn)待命狀態(tài)驅(qū)動電路功耗很小，僅有觸發(fā)器和門電路的靜態(tài)電流。為了滿足驅(qū)動電壓穩(wěn)定后DISP信號輸入，我們采用與門控制DISP與驅(qū)動電壓輸入來實現(xiàn)DISP輸出。

下電時，必須嚴(yán)格遵循顯示使能信號、驅(qū)動電源、顯示時鐘/ 數(shù)據(jù)信號、邏輯電源的時序。為滿足下電時序要求，一般也是利用CPU的GPIO來控制。該設(shè)計利用D觸發(fā)器及與門可實現(xiàn)DISP置低提前于驅(qū)動電壓。采用DISP信號控制電源電路，當(dāng)DISP置低時，HT66130/HT66137驅(qū)動芯片的驅(qū)動電源完全關(guān)掉，無須另外的GPIO口來控制。測試表明電路運行正常，能有效地控制上電、下電的時序，無亂碼、鎖存、殘留顯示等現(xiàn)象。而且在待命狀態(tài)驅(qū)動電路功耗很小，僅為0.2 mW(包括電路與液晶顯示器件)。

2. 3 　溫度補償電路
為保證液晶顯示能在較寬的溫度范圍正常工作，溫度補償電路十分必要。所用液晶屏的驅(qū)動電壓與溫度特性如圖4 實線所示。由此利用熱敏電阻的溫度特性及電阻的串并關(guān)系，優(yōu)化出了電路設(shè)計，具體電路如圖5。R1=638 kΩ，R2=110 kΩ，R3=62 kΩ，RTH的特性如表1。用R1、R2 、R3 、RTH和DC/DC(MAX1606)輸出電壓的計算公式：

進行了模擬計算，結(jié)果如表1，由表1所得曲線如圖4。表1和圖4表明電路輸出和液晶屏的要求吻合，電路能夠保證液晶在-20～70°C 范圍內(nèi)正常顯示。而且高、低溫測試結(jié)果證實，在-20～70 °C范圍內(nèi)對比度正常。

圖4 液晶屏溫度補償曲線

2. 4 　對比度調(diào)節(jié)電路
液晶顯示器對比度的調(diào)節(jié)可分為硬件調(diào)節(jié)和軟件調(diào)節(jié)。圖5的電路具有軟、硬件調(diào)節(jié)功能。其中R1是可調(diào)電阻，可調(diào)節(jié)VLCD的電壓，從而液晶顯示器的對比度得到調(diào)節(jié)；電路中還可利用CPU與數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)相結(jié)合來控制DC/DC的反饋端的電壓，從而實現(xiàn)軟件調(diào)節(jié)液晶顯示器的對比度。

圖5 溫度補償/ 對比度調(diào)節(jié)電路

3 　軟件流程圖及顯示效果圖
液晶顯示器啟動、關(guān)閉的測試流程圖如圖6。其中LCD控制器的初始化最為重要，須依照液晶顯示模塊的要求配置CPU的寄存器和延時時間。

圖6 液晶顯示軟件流程圖

4 　結(jié)　論
實際測試表明電路運行正常，能有效地控制上電、下電的時序；待命狀態(tài)驅(qū)動電路功耗僅為0.2mW；溫度補償特性良好；軟、硬件都能調(diào)節(jié)液晶顯示對比度。