中、小尺寸tft-lcd系統時序控制模組的設計
摘要：說明時序控制模組和lcd系統中其它子模組之間的關係，對時序控制模組所要解決的時序問題進行分析。在分析問題的基礎上提出一種適用於中、小尺寸液晶顯示系統時序控制模組的實現結構。對時序控制模組進行功能驗證，給出fpga邏輯功能驗證結果，證明設計可行。
lcd技術已成為平板顯示的主流技術，其中，中、小尺寸液晶產品成為開發的主流。中、小型lcd的應用將更加廣泛。
應用於中、小尺寸液晶顯示的主要技術有：
(1)stn-lcd(super twisted nematic，超扭轉向列式液晶)；
(2)tft-lcd(thin film transistor，薄膜電晶體液晶顯示器)；
(3)ltps(low temperaturepoly silicon，低溫多晶矽)等三種。而其中技術最為成熟的是tft-lcd。
由於tft電流較低，無法直接在tft上設計線路，因此，為了使tft-lcd工作，需要外建ic控制電路。目前大多數有關tft-lcd控制ic的
資料中對於時序控制器的介紹都很簡略，對其時序的控制和產生的原理缺乏深入分析。事實上，時序控制器tcon(timing controller)所產生的同步控制訊號是決定tft-lcd能否正常顯示的關鍵，因此它是tft-lcd模組組成中的核心控制部分之一，即控制中心。
本文首先粗略介紹液晶顯示系統組成，之後重點分析應用於中、小尺寸tft-lcd的時序控制器(tcon)的工作原理，並在原理的基礎提出了一種tcon模組的結構框圖，最後給出tcon模組的fpga驗證。
2 tft-lcd系統的一般結構
tft-lcd系統由兩個部分組成：lcd控制模組和lcd面板模組。實際應用中液晶面板又分兩種，傳統面板和智慧型整合型面板，結構如圖1所示。
圖2 液晶面板等效電路
tft-lcd工作時，首先按一定順序將每一行gate driver開啟，然後整排的source driver同時將一整行的顯示電極充電到各自所需的電壓，顯示不同的灰階。當這一行充好電時，gate driver便將電壓關閉，然後下一行的gate driver便將電壓開啟，再由相同的一排source driver對下一行顯示電極進行充放電。如此依序下去，當充好了最後一行顯示電極，便又回過來從頭從第一行再開始充電。
為了使上述過程正常進行，tcon模組就要產生正確的時序訊號，控制gate driver及source driver在合適的時間開啟與關閉，使tft-lcd正
常工作。控制訊號如圖3所示。
圖3 driver控制訊號
如圖3(a)所示，在tcon輸出訊號控制下，每一行的gate driver會依次開啟，與此同時，如圖3(b)所示，source driver的使能訊號會對rgb資料進行取樣，以確定需要達到的電壓，最後對顯示電極充電顯示出影象。需要注意的是，gate driver使能訊號脈衝持續的時間要足夠長，能讓sourcedriver使顯示電極達到合適的電壓。並且在實際的應用中，並非所有的資料訊號都有效，而是有確定的行、場開始位置與顯示區域，因此還要對gatedriver與source driver的開始進行控制，以確保只顯示有效資料。
3.3 其它元件控制
為了使整個tft-lcd系統正常工作，除了要控制driver以外，還需要控制一些其它元件，與driver相配合，才可以正常顯示。如解碼器、tft-lcd的common電壓、rgb資料輸出順序反轉、pll時鐘模式時對鎖相環電路的控制等。解碼器：對於解碼器，tcon要控制其工作時
機，使其解碼輸出工作時序與gate driver的工作時序相匹配。
tft-lcd的common電壓：在tft－lcd設計中，為了降低source driver的最大工作電壓及電路設計的複雜度與成本，並且由於液晶分子不能長時間固定在同一電壓下的特性，所以tft－lcd工作時，common電壓需要在tcon輸出訊號的控制下不停地做極性轉換。
rgb資料輸出順序反**配合common電壓反轉，控制液晶面板根據電平值，顯示正確的色彩如圖4所示。
圖4 common電壓與rgb時序
鎖相環電路：在pll時鐘模式下，外部的vco振盪電路在某些不穩定因素影響下，其輸出時鐘頻率會產生漂移，直接影響tcon模組的正常工作，間接影響了整個tft－lcd系統。為了防止這種情況發生，tcon模組會產生乙個時鐘的相位比較訊號，通過鎖相環電路，使vco輸出的工作時鐘頻率穩定在乙個允許範圍之內。
3.4 時序控制模組的結構
根據上述分析，給出時序控制模組的一種結構框圖，如圖5所示：
圖5 時序控制模組結構框圖
模式選擇模組用來確定lcd解析度及工作模式，選擇合適時鐘訊號，產生所需的時間引數(如輸出控制訊號脈寬等)，以及水平、垂直開始位置及顯示區域資訊，用於控制driver正確顯示有效資料。source driver控制模組根據模式選擇所產生的時間引數和垂直開始位置及顯示區域，對每場的開始行位置及每場顯示行數進行限制，再配合行、場同步訊號時序，輸出控制訊號使source driver正常工作。對於不同解析度的顯示屏，source driver的取樣週期不同，解析度越高，每個畫素取樣時間就會越短，以便在固定的場、行週期內顯示完整畫面。類似地，gate driver控制模組則是根據模式選擇所產生的時間引數和水平開始位置及顯示區域，對每行的開始點及每行顯示區域進行限制，再配合
行、場同步訊號時序，輸出控制訊號使gate driver正常工作。
其它元件控制模組在driver工作時，由行、場同步訊號及時間引數，控制其它一些元件與driver工作時序相匹配，使lcd面板正常顯示。
4 fpga邏輯功能驗證5 結束語
tft-lcd顯示系統工作時各模組的協同配合至關重要。tcon模組結構的設計直接影響了其輸出顯示時序訊號的正確性與工作效率，作為
tft-lcd顯示系統的中心控制模組，它負責控制lcd系統中最重點的顯示部分，是使其達到良好的顯示效果的關鍵。本文以modelsim5.5為**平台，運用veriloghdl語言描述了整個結構，並進行了編譯、**，選用xilinx公司spartan-ii系列xc2s200晶元作為目標晶元進行驗證，給出**與驗證結果。實踐證明，lcd顯示效果良好，本文提出的tcon模組設計是可行的
中 小尺寸TFT LCD系統時序控制模組的設計
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