液晶顯示系統(tǒng)中點(diǎn)對點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式TCON的設(shè)計(jì)研究

李戡

摘要：隨著我國工業(yè)生產(chǎn)水平的快速提高，液晶顯示系統(tǒng)也在研發(fā)中不斷更新進(jìn)步，由于點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸方式具有適合高分辨率信號高速傳輸?shù)戎T多優(yōu)點(diǎn)，逐步成為大尺寸電視的主流傳輸方式。本文結(jié)合筆者多年的工作經(jīng)驗(yàn)，通過對RSDS總線架構(gòu)與點(diǎn)對點(diǎn)架構(gòu)的TCON控制系統(tǒng)進(jìn)行對比分析，并提出了點(diǎn)對點(diǎn)TCON控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中需要注意的相關(guān)事項(xiàng)，以作參考。

關(guān)鍵詞：顯示系統(tǒng)；TCON；驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)；點(diǎn)對點(diǎn)傳輸

一、點(diǎn)對點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式的TCON控制系統(tǒng)架構(gòu)圖及優(yōu)點(diǎn)分析

在液晶顯示器中，TCON（timingcontroller）與CD（columndriver）之間的傳信號輸方式主要有兩種：一種是總線架構(gòu)的傳輸方式，另一種是點(diǎn)對點(diǎn)架構(gòu)的傳輸方式。點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸方式要求每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)所有的CD都接收其相應(yīng)列的像素?cái)?shù)據(jù)，因此TCON必須將每一行的像素?cái)?shù)據(jù)分割成幾個(gè)部分，然后將這幾部分的數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送到相應(yīng)的CD。根據(jù)上述的設(shè)計(jì)思路，本設(shè)計(jì)了一種基于點(diǎn)對點(diǎn)架構(gòu)的TCON控制系統(tǒng)，其總體框架如圖1所示。該系統(tǒng)大體可以分為5個(gè)大模塊，它們分別是：Datain模塊、LineBuffer模塊、Dataout模塊、TimingControl模塊以及Package模塊。

相比目前仍廣泛使用的RSDS總線架構(gòu)，其主要特點(diǎn)是所有CD（columndriver）共用一條總線，并且總線寬度會(huì)隨著顏色深度的增加而呈線性遞增。例如，當(dāng)色彩深度是6bit時(shí)，則需要9對線的總線寬度；當(dāng)色彩深度上升至8bit時(shí)，則總線寬度需要升至12對線。RSDS技術(shù)由于采用總線架構(gòu)，所有CD都掛在同一條總線上，因而每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)只能有一個(gè)CD接收數(shù)據(jù)。由于TCON與每個(gè)CD之間只用1對差分信號線傳輸數(shù)據(jù)，因此每個(gè)時(shí)鐘周期只能傳輸1bit的數(shù)據(jù)。最后，在TCON與CD的通信過程中，除了傳輸像素?cái)?shù)據(jù)外，還需要傳輸控制CD狀態(tài)的控制信號，例如POL、INVERT及SHL等信號。然而在RSDS架構(gòu)中，這些控制信號的傳輸都需要額外的數(shù)據(jù)線，而點(diǎn)對點(diǎn)TCON控制系統(tǒng)能夠克服這些問題，顯然具備了RSDS架構(gòu)系統(tǒng)更為完善的傳輸特性。

二、點(diǎn)對點(diǎn)TCON控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的幾個(gè)要點(diǎn)

2.1 Datain模塊的設(shè)計(jì)

Datain模塊的作用是將輸入信號轉(zhuǎn)成特定格式的數(shù)據(jù)流及時(shí)序控制信號。這里輸入Datain模塊的是符合VGA標(biāo)準(zhǔn)的信號，包括R、G、B三基色信號以及Vsync和Hsync同步信號。首先，輸入的R、G、B三路信號經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換整合成一路數(shù)據(jù)流（DataStream），并輸出至LineBuffer模塊中暫存。顯然DataStream的時(shí)鐘頻率必須為VGA信號時(shí)鐘的3倍，即Fdatastream=3×Fvga。其次，Datain模塊還要為LineBuffer模塊產(chǎn)生寫地址W_addr以及寫允許W_en信號，用以對輸入至LineBuffer模塊的DataStream數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)控制。最后，場同步信號Vsync以及行同步信號Hsync被處理成De和Vsync_m信號輸出給TimingControl模塊，以便對后續(xù)模塊的時(shí)序進(jìn)行精確地控制。

2.2 LineBuffer模塊的設(shè)計(jì)

LineBuffer模塊將輸入的數(shù)據(jù)暫存，同時(shí)將每一行的數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊處理。假設(shè)TCON接有N個(gè)CD，就需要將行數(shù)據(jù)分成與之對應(yīng)的N個(gè)部分，因此LineBuffer模塊共有N個(gè)輸出。值得注意的是，這里的N應(yīng)該是一個(gè)可調(diào)的參數(shù)。待每一行數(shù)據(jù)分塊處理完畢后，則N個(gè)部分的數(shù)據(jù)同時(shí)輸出?？梢缘贸?，LineBuffer模塊每一Part的時(shí)鐘頻率為：Fpart=Fdatastream÷N。

2.3Dataout模塊的設(shè)計(jì)

TCON與每個(gè)CD之間是通過一對差分信號線進(jìn)行串行傳輸?shù)?，也即每次只能傳?bit數(shù)據(jù)。而輸入Dataout模塊的數(shù)據(jù)是并行數(shù)據(jù)，因此在Dataout模塊中必須將輸入的信號進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，使其成為1bit的串行數(shù)據(jù)輸出。由于RGB數(shù)據(jù)在之前可能經(jīng)過Gamma校正查找表將顏色深度擴(kuò)充為10bit甚至更高，因此在這里假設(shè)擴(kuò)充后的顏色深度為Kbit。又設(shè)串行數(shù)據(jù)的時(shí)鐘頻率為Fbit，因此：Fbit=K×Fpart。另外，在處理輸入數(shù)據(jù)的同時(shí)，Dataout模塊還要利用計(jì)數(shù)器產(chǎn)生R_addr讀地址信號，并輸出給LineBuffer模塊，以讀出LineBuffer模塊中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。

2.4TimingControl模塊的設(shè)計(jì)

TCON除了要與CD進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之外，還需要傳輸行場同步信號給CD和RD（rowdriver）以便使得三者協(xié)同工作。TimingControl模塊通過對從Datain模塊輸入的De和Vsync_m信號進(jìn)行時(shí)序上的處理，產(chǎn)生Sp_v和Sp_h兩個(gè)時(shí)序控制信號輸出至CD以及RD以實(shí)現(xiàn)此目的。

2.5Package模塊的設(shè)計(jì)

為了進(jìn)一步減少TCON與CD之間的連線，在傳送每一行數(shù)據(jù)之前先要傳送帶有控制信息的header。Package模塊的功能就是產(chǎn)生控制CD狀態(tài)的控制字，并將這些控制字置于header中。

2.6軟件驗(yàn)證

通過硬件描述語言VHDL對上述5個(gè)大模塊進(jìn)行編程，并利用QuardusII對各個(gè)模塊進(jìn)行功能以及時(shí)序驗(yàn)證。圖2給出的是整個(gè)TCON系統(tǒng)時(shí)序仿真的結(jié)果波形。圖中iclk1，iclk2均為50MHz的外部輸入晶振時(shí)鐘，clr則為系統(tǒng)復(fù)位信號。R、G、B以及Vsync和Hsync則分別為外部輸入VGA圖象的數(shù)據(jù)信號以及場行同步信號。輸出信號包括了lvds_out0～lvds_out7以及sp_v與sp_h。其中l(wèi)vds_out0～lvds_out7為TCON與CD之間的數(shù)據(jù)傳輸接口，sp_v和sp_h則是時(shí)序控制信號，用以與CD、RD協(xié)同工作，使得液晶顯示器能夠正常輸出圖像。

三、結(jié)束語

可見，隨著人們生活水平的提高，對物質(zhì)上的要求也越來越高，而點(diǎn)對點(diǎn)驅(qū)動(dòng)架構(gòu)的TCON系統(tǒng)自然成為大尺寸、高分辨率顯示器的合理選擇，滿足當(dāng)下市場和用戶的需求。我們也會(huì)在實(shí)踐中不斷實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，進(jìn)一步完善TCON系統(tǒng)功能以及更新更智能化的液晶驅(qū)動(dòng)技術(shù)，以匠人精神打造更具現(xiàn)代化的新產(chǎn)品。

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