В подавляющем большинстве современных мониторов с LCD экранами используются TFT-панели с активной адресацией, которая подразумевает наличие управляющего транзистора для каждой ячейки ЖК. Управление каждым таким транзистором осуществляется с помощью двух микросхем, получивших название драйвера строки и драйвера столбца. Эти микросхемы чаще всего входят в состав ЖК-панели, и осуществлять их диагностику крайне затруднительно, не говоря уже о ремонте. Однако, зная некоторые нюансы работы этих микросхем, специалист получает полное представление о том, как работает ЖК-панель, что немаловажно для по-настоящему профессиональной работы.
Давайте вспомним, что в панелях с активной адресацией для управления каждым элементом ЖК используется тонкопленочный транзистор (TFT). Именно поэтому панели с таким принципом управления получили название TFT-панелей. Каждый из транзисторов TFT располагается на пересечении сроки и столбца (рис.1).
Рис. 1
При этом столбцы представляют собой истоки (Source) матрицы транзисторов TFT, а строки являются их затворами (Gate). Сигналы для управления истоками транзисторов генерируются микросхемой драйвера столбцов, которую еще называют Source Driver. Сигналы управления затворами формируются микросхемой драйвера строк, или другими словами, микросхемой Gate Driver.
Управление этими драйверами осуществляется микросхемой TCON. А сейчас наш разговор коснется микросхемы драйвера строк, т.е. микросхемы GATE DRIVER.
Для формирования изображения на панели с разрешением, например, 1024х768, требуется формирование 768 сигналов для управления строками. Но микросхема с таким количеством контактов, пожалуй, будет не очень удобной при производстве, да и при монтаже тоже. Поэтому для управления значительным количеством строк привлекается сразу несколько микросхем, образующих каскад (рис.2).
Рис. 2
В этом случае каждая микросхема управляет только частью строк, и поэтому габариты каждой микросхемы уменьшаются. Так, например, рассматриваемая микросхема драйвера строк S6C0657, выпускаемая фирмой Samsung, может управлять 256 строками. Таким образом, для управления панелью 1024х768 требуется три микросхемы драйвера строк (768 = 256 х 3). Микросхема GATE DRIVER представляет собой, фактически, сдвиговый регистр, по разрядам которого перемещается логическая «1», обеспечивающая выбор строки. При каскадировании используется эстафетный механизм, при котором эта «1» из последнего разряда первой микросхемы драйвера строк переходит в первый разряд следующего драйвера и т.д.
Теперь переходим непосредственно к теме данной статьи – рассмотрению микросхемы драйвера строк S6C0657.
Эта микросхема, называемая еще также Gate Driver для TFT-панелей, имеет 263 выходных контакта для формирования сигналов управления строками матричных ЖК-экранов, но она может работать и в режиме управления 256 строками. Драйвер S6C0657 позволяет управлять TFT-панелью, использующей для включения пикселов экрана напряжение питания величиной до 38 В. Для питания логической части этой микросхемы может использоваться напряжение от 2.7 до 5.5 В.
К особенностям данной микросхемы также можно отнести наличие двунаправленного сдвигового регистра и возможность исполнения микросхемы в виде чипа на пленке, так называемая технология COF (Chip on Film). Внешний вид микросхемы, изготовленной по технологии COF, и распределение сигналов по контактам микросхемы приводится на рис.3.
Рис. 3
Блок-схема драйвера строк S6C0657 показана на рис.4.
Рис. 4
Описание сигналов дается в таблице 1.
Таблица 1. Описание сигналов драйвера строк S6C0657.
|
Сигнал |
Описание |
|
DI/O DO/I |
Контакты входа/выхода стартового импульса. Если соответствующий контакт используется в качестве входа, то стартовый импульс данных читается по нарастающему фронту импульса сдвиговой частоты CPV. Если контакт используется в качестве выхода стартового импульса, то этот импульс передается на вход следующей микросхемы драйвера строк. Выходной импульс генерируется по спаду 263 такта сдвиговой частоты CPV. Направление сдвига стартового импульса задается состоянием сигнала U/D. Если сигнал U/D установлен в высокий уровень, то контакт DI/O используется в качестве входа, а контакт DO/I в качестве выхода. Это направление сдвига называют сдвигом вправо. Если же сигнал U/D устанавливается в низкий уровень, то осуществляется сдвиг стартового импульса влево, т.е. контакт DO/I используется в качестве входа, а DI/O - в качестве выхода. |
|
U/D |
Входной сигнал, задающий направление сдвига. |
|
CPV |
Вход. Сигнал тактовой частоты сдвигового регистра. Стартовый импульс сдвигается сдвиговым регистром драйвера по переднему фронту этих импульсов. |
|
SEL |
Входной сигнал. Этим сигналом задается режим работы микросхемы, т.е. количество используемых выходов. Если сигнал SEL установлен в высокий уровень, то используются все 263 выхода драйвера строк. При низком уровне сигнала SEL используются только 256 выходных контактов, при этом выводы с G129 по G135 запрещаются и не используются. |
|
OE |
Входной сигнал, управляющий состоянием выходных буферов микросхемы. Если этот сигнал установлен в высокий логический уровень, то на выходах микросхемы фиксируется напряжение VOFF. Если же сигнал OE находится в низком логическом уровне, то на выходах микросхемы устанавливается либо напряжение VGG, либо VOFF, в зависимости от состояния данных (сдвигового регистра). |
|
G001 -G263 |
Выходные сигналы микросхемы. Состояние сигналов на этих выводах изменяется синхронно с таковой частотой сдвигового регистра - сигнала CPV. Амплитуда выходных сигналов на этих контактах находится в диапазоне напряжений от VGG до VOFF |
|
VOFF |
Отрицательное напряжение питания. На этом выводе всегда должно поддерживаться отрицательное напряжение смещения. Этот вывод, фактически, является «общим» для логики и выходных буферов. |
|
VLO |
Это входное напряжение является опорным для преобразования уровней напряжений других входов. Уровень напряжения на всех остальных логических входах будет находиться в диапазоне от VDD до VLO. |
|
VGG |
Положительное напряжение питания для выходных буферов. Напряжение, прикладываемое к затвору транзисторов TFT, является суммой двух напряжений: VGG и VOFF. Величина потенциала на этом входе должна находиться в диапазоне от 6В до 33В. |
|
VDD |
Положительное напряжение питания логики. Величина этого напряжения должна находиться в диапазоне от 2.7В до 5.5В. |
Несмотря на то, что в таблице дается достаточно полная информация по назначению сигналов драйвера строк S6C0657, все-таки стоит рассмотреть некоторые особенности функционирования этой микросхемы.
1. Стартовый импульс переключения строк формируется контролером TCON, и этот импульс подается либо на вход DI/O (если сигнал U/D установлен в высокий уровень), либо на вход DO/I (при установке сигнала U/D в низкий логический уровень). Этот стартовый импульс начинает перемещаться от одного разряда сдвигового регистра к другому синхронно с сигналом тактовой частоты сдвига – сигналом CPV. Каждый фронт сигнала CPV смещает стартовый импульс на один разряд влево или вправо (опять же в зависимости от состояния сигнала U/D). Заполнение первого разряда сдвигового регистра стартовым импульсом осуществляется фронтом условно первого тактового импульса. На втором тактовом импульсе стартовый бит перемещается во второй разряд сдвигового регистра, а в первый разряд одновременно с этим может быть записан следующий бит, поступивший на вход DI/O (или DO/I).
Стартовый бит «проходит» сквозь сдвиговый регистр за 263 такта. Однако, как уже упоминалось, в драйвере S6C0657 предусмотрен режим управления 256 строками. Такой «сокращенный» режим задается установкой сигнала SEL в низкий уровень. Естественно, что в этом режиме стартовый бит «проходит» через сдвиговый регистр за 256 тактов, пропуская 6 разрядов в середине регистра. Соответствие работы сдвигового регистра и состояния сигналов U/D и SEL представлено в таблице 2.
Таблица 2.Соответствие работы сдвигового регистра и состояния сигналов U/D и SEL.
|
Режим |
Сигнал SEL |
Сигнал U/D |
Сдвиговый регистр |
Направление и порядок передачи данных |
|
|
Вход |
Выход |
||||
|
263 |
«1» |
«1» |
DI/O |
DO/I |
G1 → G2 → G3 → G4 → G5 → …… → G262 → G263 |
|
«0» |
DO/I |
DI/O |
G263 → G262 → G261 → G260 → …… → G2 → G1 |
||
|
256 |
«0» |
«1» |
DI/O |
DO/I |
G1 → G2 → … → G127 → G128 → G136 → G137 → … → G262 → G263 |
|
«0» |
DO/I |
DI/O |
G263 → G262 → … → G135 → G136 → G128 → G127 → … → G2 → G1 |
||
2. Данные из сдвигового регистра управляют выходами микросхемы GATE DRIVER (G1 – G263) с помощью формирователя уровней напряжения. Этот формирователь, в свою очередь, управляется сигналом OE. Если сигнал OE установлен в высокий уровень, то выходные буферы неактивны и данные из сдвигового регистра не передаются на выход микросхемы. При этом на всех контактах с G1 по G263 устанавливается отрицательное напряжение VOFF, независимо от состояний сдвигового регистра.
При низком же уровне сигнала OE, данные сдвигового регистра управляют выходными буферными схемами, т.е. сигнал OE активен низким уровнем. Если какой-либо разряд сдвигового регистра установлен в «0», то при активизации сигнала OE на соответствующем выходе буфера Gxxx формируется отрицательное напряжение VOFF. Если же разряд сдвигового регистра установлен в «1», то при активизации сигнала OE на соответствующем выходе буфера устанавливается напряжение VGG, т.е. напряжение величиной до 33В.
Наиболее типичная временная диаграмма работы драйвера строк S6C0567 представлена на рис.5.
Рис. 5
Различное соотношение сигналов OE и входных данных позволяет обеспечить несколько режимов управления строками TFT-панели.
Во-первых, это режим построчного отображения. Для этого контроллером TCON генерируется только стартовый бит, который, перемещаясь по разрядам сдвигового регистра драйвера строк, поочередно «перебирает» строки. Каждая строка TFT-панели в этом режиме включается на непродолжительный отрезок времени, соответствующий периоду импульсов CPV. Такой режим управления практически соответствует процессу создания изображения в электронно-лучевых трубках. Для обеспечения режима построчного отображения, как уже говорилось, на линии DI/O (DO/I) формируется только один стартовый бит на весь период отображения кадра. Следующий стартовый бит формируется после того, как первый бит «переберет» все строки, т.е. для панели 1024x768 импульсы следуют друг за другом через 768 тактов CPV. Сигнал OE при этом может быть установлен постоянно в активный низкий уровень, или может представлять собой импульсы, следующие с частотой CPV. Временные диаграммы основных управляющих сигналов для обоих вариантов режима построчного отображения, а также схема распределения основных сигналов представлены на рис.6.
Рис. 6
Во-вторых, это режим блочного отображения. В этом случае сдвиговый регистр драйвера заполняется последовательностью 263 битов. Для этого на входе DI/O (DO/I) вслед за стартовым битом генерируется 263 импульса, которые сдвигаются 263 тактами CPV. В результате, при формировании 264-го импульса CPV, в сдвиговом регистре хранится описание состояния 263 строк. В этот момент низким уровнем активизируется сигнал OE и на экране TFT-панели засвечивается сразу 263 строки. За следующие 263 такта заполняется следующая микросхема драйвера и так далее, т.е. экран TFT-панели разделяется на несколько блоков, включаемых поочередно (рис.7).
Рис. 7
Временная диаграмма сигналов блочного отображения представлена на рис.8.
Рис. 8
В-третьих, это режим отображения всей TFT-панели. Этот режим очень похож на режим блочного отображения, только вначале идет заполнение сдвиговых регистров всех драйверов. И только после заполнения последнего бита последнего драйвера активизируется сигнал OE, который является общим для всех микросхем драйверов. В результате «включаются» все строки TFT-панели. Временная диаграмма сигналов для этого режима показана на рис.9
Рис. 9
Кроме этих основных режимов могут использоваться и другие, несколько видоизмененные или комбинированные режимы управления строками. Каждый из режимов имеет свои недостатки, и выбор того или иного режима управления определяется разработчиком TFT-панели.
3. Для питания микросхемы драйвера S6C0657 используется несколько питающих напряжений, что позволяет формировать на выходах драйвера напряжения различных уровней и полярности. Это в свою очередь, делает микросхему способной управлять TFT-панелями с различными характеристиками и позволяет обеспечить более четкое и быстрое переключение транзисторов TFT. Соотношение питающих напряжений и их «вклад» в формировании выходных сигналов GATE DRIVER'а показано на рис.10.
Рис. 10
Даже кратковременное превышение питающих напряжений сверх максимально допустимых значений может привести к нарушениям в работе микросхемы. Для того чтобы микросхема S6C0657 корректно работала, питающие напряжения и управляющие сигналы на нее необходимо подавать в определенном порядке. Этот прядок следующий: VLO → VDD → VOFF → управляющие сигналы → VGG.
Ну, и в заключение разговора о микросхеме драйвера строк, стоит упомянуть об оптимальных режимах работы и предельных значениях параметров S6C0657, которые приведены в табл.3 и табл.4.
Таблица 3.Оптимапльные режимы работы микросхемы S6C0657.
|
Параметр |
Обознач. |
Значение |
Ед. измер. |
|
Положительное напряжение питания логики |
VDD |
от -0.3 до 21 |
В |
|
Положительное напряжение выходных буферов |
VGG |
от -0.3 до 42 |
В |
|
Напряжение низкого уровня входных логических сигналов |
VLO |
от -0.3 до VDD+0.3 |
В |
|
Входные напряжения |
VIN |
от -0.3 до VDD+0.3 |
В |
|
Рабочая температура |
Top |
от -20 до 75 |
°С |
|
Температура при хранении |
Tstg |
от -55 до 150 |
°С |
Таблица 4.Предельные значения параметров микросхемы S6C0657.
|
Параметр |
Обознач |
Значение |
Ед. измер. |
|
Положительное напряжение питания логики |
VDD |
от 2.7 до 5.5 |
В |
|
Положительное напря-жение выходных буферов |
VGG |
от 6 до 33 |
В |
|
Отрицательное напряжение питания |
VOFF |
от -15 до -5 |
В |
|
Напряжение питания |
VGG-VOFF |
от 21 до 38 |
В |
|
Частота работы |
fCPV |
до 100 |
кГц |
|
Емкость нагрузки |
CL |
1000 |
пФ |
