高分辨率液晶显示器的电源管理电路设计方案

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对于分辨率较小的液晶显示器件，如128×64、128×32等模块都具有控制器、电源管理单元、驱动器于一体的芯片。但对于高分辨率的液晶显示器（如320×240，640×480）需要单独的控制器、电源管理单元、驱动器。本文给出了一种高分辨率液晶显示器电源管理电路的设计方案。
         
       
       
        图1：液晶显示系统4个单元框图
       
        驱动电压产生电路
       
        液晶显示不仅需要逻辑电源，而且要有驱动电源。驱动电源因驱动芯片的不同而异，本文以日本日立公司HT66130/ HT66137为例。该系列芯片是驱动高分辨率液晶显示器的芯片，所需驱动电压为VLCD、V0、VM3种。由于占空比达1/240，VLCD电压达15V以上，我们选用美信公司的DC/DC器件MAX1606产生15.9V的VLCD电压，经电阻分压得到V0和VM，V0和VM再经运算放大器提供给HT66130和HT6613，如图2所示。
       
       
        图2：液晶显示电源管理框图
       
        时序控制电路
       
        所有液晶显示器对于上电、下电时序都有严格要求。如果上电、下电时序不符合要求，则不能正常显示，常常会出现乱码、锁存、残留显示等现象。以日本日立公司驱动芯片HT66130/HT66137驱动320×240液晶显示屏为例，对上电、下电时序的要求如图3所示，一般液晶显示驱动芯片要求也大致如此。
       
        通常液晶显示器的电源管理电路是依靠CPU用软件来控制信号的时序，以保证液晶显示器件对上电、下电时序的要求。这就占用更多的通用输入、输出口（GPIO），而且对于上电瞬间软件尚未运行起来，只能依靠CPU的GPIO的默认状态来控制。目前智能手机等双CPU系统更不易依靠软件来实现控制。本文设计的电路仅需一个GPIO（即显示使能信号DISP），就可以控制上、下电时序及驱动电源的开关，而且对DISP无任何时序要求。
         
       
       
        图3：日立公司HT66130/HT66137时序图
       
        对上电时序，一般必须有一帧频初始化时间后，才可置显示使能信号为高电平。传统做法是依靠CPU的GPIO口延时来控制。本文设计的电路利用D型触发器，并以帧频信号（FRAME）为时钟输入，以显示使能信号（DISP）为D输入并控制CLEAR端，Q端输出控制整个驱动电路的开关。这样既可以实现DISP输入的时序控制，又可以用DISP控制整个驱动电源电路的开关。由于DISP可关掉驱动电路，所以可以实现待命状态驱动电路功耗很小，仅有触发器和门电路的静态电流。为了满足驱动电压稳定后DISP信号输入，我们采用与门控制DISP与驱动电压输入来实现DISP输出。
       
        下电时，必须严格遵循显示使能信号、驱动电源、显示时钟/数据信号、逻辑电源的时序。为满足下电时序要求，一般也是利用CPU的GPIO来控制。该设计利用D触发器及与门可实现DISP置低提前于驱动电压。采用DISP信号控制电源电路，当DISP置低时，HT66130/HT66137驱动芯片的驱动电源完全关掉，无须另外的GPIO口来控制。测试表明电路运行正常，能有效地控制上电、下电的时序，无乱码、锁存、残留显示等现象。而且在待命状态驱动电路功耗很小，仅为0.2 mW（包括电路与液晶显示器件）。
        温度补偿电路
       
        为保证液晶显示能在较宽的温度范围正常工作，温度补偿电路十分必要。所用液晶屏的驱动电压与温度特性如图4实线所示。由此利用热敏电阻的温度特性及电阻的串并关系，优化出了电路设计，具体电路如图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）输出电压的计算公式进行了模拟计算，结果如表1，由表1所得曲线如图4.表1和图4表明电路输出和液晶屏的要求吻合，电路能够保证液晶在-20～70°C范围内正常显示。而且高、低温测试结果证实，在-20～70°C范围内对比度正常。
       
       
       
        图4：液晶屏温度补偿曲线
       
        对比度调节电路
       
        液晶显示器对比度的调节可分为硬件调节和软件调节。图5的电路具有软、硬件调节功能。其中R1是可调电阻，可调节VLCD的电压，从而液晶显示器的对比度得到调节；电路中还可利用CPU与数模转换器（DAC）相结合来控制DC/DC的反馈端的电压，从而实现软件调节液晶显示器的对比度。
       
       
        软件流程图及显示效果图
       
       
        液晶显示器启动、关闭的测试流程图如图6.其中LCD控制器的初始化最为重要，须依照液晶显示模块的要求配置CPU的寄存器和延时时间。
       
        实际测试表明电路运行正常，能有效地控制上电、下电的时序；待命状态驱动电路功耗仅为0.2mW；温度补偿特性良好；软、硬件都能调节液晶显示对比度。