【導(dǎo)讀】對(duì)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(dòng)器于一體的芯片。但對(duì)于高分辨率的液晶顯示器(如320×240 ,640×480) 需要單獨(dú)的控制器、電源管理單元、驅(qū)動(dòng)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(jì)方案。
電路設(shè)計(jì)方案
實(shí)現(xiàn)液晶顯示須具備4個(gè)單元，其框圖如圖1所示。本文給出的電源管理電路設(shè)計(jì)方案具有驅(qū)動(dòng)電壓產(chǎn)生、時(shí)序控制、溫度補(bǔ)償和對(duì)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(gè)單元框圖
驅(qū)動(dòng)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(dòng)電源。驅(qū)動(dòng)電源因驅(qū)動(dòng)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(dòng)高分辨率液晶顯示器的芯片，所需驅(qū)動(dòng)電壓為VLCD 、V0 、VM3種。由于占空比達(dá)1/240 ，VLCD電壓達(dá)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(yùn)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
時(shí)序控制電路
所有液晶顯示器對(duì)于上電、下電時(shí)序都有嚴(yán)格要求。如果上電、下電時(shí)序不符合要求，則不能正常顯示，常常會(huì)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(dòng)芯片HT66130/HT66137驅(qū)動(dòng)320×240液晶顯示屏為例,對(duì)上電、下電時(shí)序的要求如圖3所示，一般液晶顯示驅(qū)動(dòng)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(lái)控制信號(hào)的時(shí)序，以保證液晶顯示器件對(duì)上電、下電時(shí)序的要求。這就占用更多的通用輸入、輸出口(GPIO)，而且對(duì)于上電瞬間軟件尚未運(yùn)行起來(lái)，只能依靠CPU的GPIO的默認(rèn)狀態(tài)來(lái)控制。目前智能手機(jī)等雙CPU系統(tǒng)更不易依靠軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。本文設(shè)計(jì)的電路僅需一個(gè)GPIO(即顯示使能信號(hào)DISP) ,就可以控制上、下電時(shí)序及驅(qū)動(dòng)電源的開(kāi)關(guān)，而且對(duì)DISP無(wú)任何時(shí)序要求。
圖3：日立公司HT66130/HT66137時(shí)序圖
對(duì)上電時(shí)序，一般必須有一幀頻初始化時(shí)間后，才可置顯示使能信號(hào)為高電平。傳統(tǒng)做法是依靠CPU的GPIO口延時(shí)來(lái)控制。本文設(shè)計(jì)的電路利用D型觸發(fā)器，并以幀頻信號(hào)(FRAME)為時(shí)鐘輸入，以顯示使能信號(hào)(DISP)為D輸入并控制CLEAR端，Q端輸出控制整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路的開(kāi)關(guān)。這樣既可以實(shí)現(xiàn)DISP輸入的時(shí)序控制，又可以用DISP控制整個(gè)驅(qū)動(dòng)電源電路的開(kāi)關(guān)。由于DISP可關(guān)掉驅(qū)動(dòng)電路，所以可以實(shí)現(xiàn)待命狀態(tài)驅(qū)動(dòng)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(dòng)電壓穩(wěn)定后DISP信號(hào)輸入，我們采用與門控制DISP與驅(qū)動(dòng)電壓輸入來(lái)實(shí)現(xiàn)DISP輸出。
下電時(shí)，必須嚴(yán)格遵循顯示使能信號(hào)、驅(qū)動(dòng)電源、顯示時(shí)鐘/ 數(shù)據(jù)信號(hào)、邏輯電源的時(shí)序。為滿足下電時(shí)序要求，一般也是利用CPU的GPIO來(lái)控制。該設(shè)計(jì)利用D觸發(fā)器及與門可實(shí)現(xiàn)DISP置低提前于驅(qū)動(dòng)電壓。采用DISP信號(hào)控制電源電路，當(dāng)DISP置低時(shí)，HT66130/HT66137驅(qū)動(dòng)芯片的驅(qū)動(dòng)電源完全關(guān)掉，無(wú)須另外的GPIO口來(lái)控制。測(cè)試表明電路運(yùn)行正常，能有效地控制上電、下電的時(shí)序，無(wú)亂碼、鎖存、殘留顯示等現(xiàn)象。而且在待命狀態(tài)驅(qū)動(dòng)電路功耗很小，僅為0.2 mW(包括電路與液晶顯示器件)。
溫度補(bǔ)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(bǔ)償電路十分必要。所用液晶屏的驅(qū)動(dòng)電壓與溫度特性如圖4 實(shí)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(jì)，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(jì)算公式：
進(jìn)行了模擬計(jì)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(cè)試結(jié)果證實(shí)，在-20～70 °C范圍內(nèi)對(duì)比度正常。
表1：不同溫度下對(duì)熱敏電阻特性、輸出電壓及液晶屏工作電壓要求
圖4：液晶屏溫度補(bǔ)償曲線
對(duì)比度調(diào)節(jié)電路
液晶顯示器對(duì)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(duì)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(lái)控制DC/DC的反饋端的電壓，從而實(shí)現(xiàn)軟件調(diào)節(jié)液晶顯示器的對(duì)比度。
圖5：溫度補(bǔ)償/ 對(duì)比度調(diào)節(jié)電路
軟件流程圖及顯示效果圖
液晶顯示器啟動(dòng)、關(guān)閉的測(cè)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(shí)時(shí)間。
圖6：液晶顯示軟件流程圖
實(shí)際測(cè)試表明電路運(yùn)行正常，能有效地控制上電、下電的時(shí)序；待命狀態(tài)驅(qū)動(dòng)電路功耗僅為0.2mW；溫度補(bǔ)償特性良好；軟、硬件都能調(diào)節(jié)液晶顯示對(duì)比度。
