CN101140735B - 用集成可编程电阻阵列调节vcom电平的方法 - Google Patents
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Abstract
用于LCD的VCOM电压调节的校准器电路和方法包括使用集成可编程电阻阵列。该方法使用两个DAC和三个集成电路阵列,以提供使用外部电阻分压器的VCOM校准器电路的全部优点。集成电路电阻器阵列减少了外部组件数量和PCB空间。所用的方法适用于VCOM电压的更高分辨率调节,并且在整个调节过程中不需要进行计算,这就节省了人工成本和时间,并能使校准器制造自动化。
Description
技术领域
本发明涉及LCD面板和显示器,更具体地说,涉及用于调节与LCD面板关联的“VCOM”电平的电路和方法。
背景技术
如业界众所周知的,LCD面板的VCOM或公共电压需要进行调节,以消除显示器上不希望有的闪烁。在现有技术中已经提出了各种解决方案来调节VCOM电压。
理想上,VCOM输出应调节为(1/3)*AVDD到(2/3)*AVDD范围内的某个值(其中AVDD是用于LCD的主要模拟电源电压)。从LCD显示器面板上消除闪烁所必需的准确值将根据不同的LCD制造商而各有不同。如果实际的VCOM输出值偏离所需的VCOM值,LCD就会闪烁。VCOM值偏离最佳所需值越多,闪烁强度就会增加。VCOM电平分布和LCD闪烁强度之间的关系示于图1。因此,用户可容易地根据LCD显示器的闪烁强度来确定最佳的VCOM电平。
图2示出两种类型的VCOM校准器200和202,每个都使用了机械电位计。电路包括外部电阻器Rd和Rf,以及包括有可调电阻器Re的机械电位计。电阻器Rd、Re和Rf连接在AVDD和地之间,并且缓冲器连接到电位计电阻器Re的输出。缓冲器的输出提供用于LCD显示器的VCOM输出信号。在电路200中,电位计的输出直接被馈送入缓冲器的正输入。在电路202中,电位计的输出连接到电阻器Re和Rf的接点,然后馈送入缓冲器的正输入。
在电路200中,VCOM电平输出由下式给出:
在电路202中,VCOM电平输出为:
由公式(1)和(2)可见,通过相应地调节Re的电阻值就可改变VCOM电平输出。
使用机械电位计来设置VCOM电压有几个缺点。机械电位计的分辨率和可靠性相对较差。使用机械电位计大批量生产LCD面板既费时又费力。还有,使用机械电位计很难实现工厂自动化。为了解决这些问题,面板制造商已开始使用数字VCOM校准器,这可大大简化调节过程并增加可靠性。
图3示出具有外部电阻分压器的VCOM校准器300的实现方案。校准器300包括:接口和控制块302;总线304,用于与单个DAC(数模变换器)308通信;以及总线306,用于与非易失性存储器块310通信。DAC 308的输出连接到缓冲器312的正输入,该缓冲器驱动晶体管M1的栅极。晶体管M1的源极连接到“设置”节点上的RSET电阻器。晶体管M1的漏极连接到“出”节点上的外部电阻分压器的输出。外部电阻分压器包括电阻器R1和R2,它连接在AVDD电源和地之间。“出”节点通过缓冲器314被缓冲,以提供VCOM电压。
在图3中,接口和控制逻辑块302用于管理数字信号,例如时钟、数据入、数据出、地址和控制信号。非易失性存储器(NVMEM)310用于存储所需的VCOM电平值。单个DAC 308用于调节VCOM电平。R1、R2和RSET是外部电阻器,它们确定对VCOM输出的调节范围。
具有外部分压器的VCOM校准器300的基本原理如下。包括有R1和R2的外部电阻分压器设置VCOM调节范围的最大值。电阻器RSET设置满刻度吸收电流IOUT,它确定VCOM调节范围的最小值。较大的RSET值增大分辨率,但减小VCOM调节范围。电阻器R1、R2和RSET的值可以使用以下过程进行计算。
1)设置含有所需VCOM电平的近似调节范围。设置最大VCOM电平为VMAX,最小VCOM电平为VMIN。
2)计算R1/R2之比为:
3)计算R1/RSET之比为:
式中Y=DAC中电阻器R的数量。
4)根据电气限制选择RSET。
5)计算R1和R2。
6)从0到2n-1(n为DAC的比特数)改变DAC值,以在VMIN和VMAX之间调节VCOM电平,直到达到最佳电平。
调节范围由下式给出:
Range=VMAX-VMIN (5)
并且,分辨率由下式给出:
式中n为DAC的分辨率。
从以上说明可知,该方法有一些缺点。
1)由于在调节范围和分辨率之间有折衷,因此调节范围通常是VCOM分布的总可能范围的一小部分(一般从1/3*AVDD到2/3*AVDD,式中AVDD是模拟电源电压)。因此,首先需要测试和得到包含有所需VCOM电平的近似范围。
2)在找出近似范围后,还需要计算确定该范围的外部电阻器R1、R2和RSET。
3)与集成电阻器相比,外部电阻器一般来说可靠性较差,且占用PCB(印刷电路板)面积。
所以,需要一种用于LCD的VCOM校准器电路,它能提供最佳的VCOM调节电压,但不使用外部电阻器或电位计。
发明内容
按照本发明,用于提供可调VCOM电压的校准器包括第一DAC、第二DAC、连接在电源电压和校准器输出之间具有受第一DAC控制的可调值的第一电阻器、连接在校准器输出和地之间具有受第一DAC控制的可调值的第二电阻器、以及连接在第二DAC输出和地之间的设置电阻器,其中流过设置电阻器的电流来源于校准器输出。所有三个电阻器都是集成电路电阻器阵列,它们和附加校准器电路集成到同一芯片上。校准器包括接口和控制逻辑块,用于接收时钟信号和数据输入信号、用于为第一DAC提供第一数字输入信号、并用于为第二DAC提供第二数字输入信号。校准器包括连接到接口和控制逻辑块的非易失性存储器。校准器包括缓冲器,其第一输入连接到第二DAC,第二输入连接到设置电阻器,其电流输出连接到校准器输出。校准器还包括连接到校准器输出的缓冲器,用于提供缓冲的VCOM电压。
在工作时,改变第一DAC的输出值,以选择包含所需校准器输出值的子范围,所需校准器输出值通常在电源电压的三分之一和三分之二之间。然后改变第二DAC的输出值,以获得所需的校准器输出值。
附图说明
从以下结合附图提供的本发明的详细说明中,可以更容易理解本发明的上述和其它特性和优点,附图包括:
图1是示出按照现有技术的VCOM电平分布和LCD闪烁强度之间关系的图解;
图2是两个现有技术VCOM校准器电路的示意图,每个都使用了机械电位计;
图3是用外部电阻分压器的现有技术VCOM校准器电路示意图;
图4是按照本发明的VCOM校准器电路的示意图,该电路具有和其它校准器电路在同一集成电路中的内部可编程电阻阵列;
图5是使用本发明集成可编程电阻器的VCOM调节过程流程图;
图6是示出按照本发明的VCOM电平粗调的图解;
图7是示出按照本发明的VCOM电平微调的图解;
图8是按照本发明的用于设置R1/R2之比的两个集成电路阵列的示意图;以及
图9是按照本发明用于设置RSET电阻器值的电阻器阵列示意图及简化电路图。
具体实施方式
参阅图4,图中示出按照本发明具有集成可编程电阻器的VCOM校准器400的示意图。校准器400包括:接口和控制块402;总线416,用于和第一DAC(数模变换器)418通信;总线404,用于和第二DAC 408通信;以及总线406,用于和非易失性存储器块410通信。DAC 408的输出连接到缓冲器412的正输入,该缓冲器驱动晶体管M1的栅极。晶体管M1的源极连接到“设置”节点上的RSET电阻器。晶体管M1的漏极连接到“出”节点上的内部集成电阻分压器的输出。内部集成电阻分压器包括电阻器R1和R2,它连接在AVDD电源和地之间。“出”节点通过缓冲器414被缓冲,以提供VCOM电压。第二DAC 408的输出连接到可调集成电阻器R1、R2和RSET的控制输入,如图4所示。注意:DAC 408的基准输入连接在AVDD和地之间,并包括“Y”个电阻器,每个具有值“R”。因此,在AVDD和地之间连接的总电阻为YR。
在图4中,具有内部可编程电阻器的VCOM校准器400的功能块不同于具有外部电阻分压器的现有技术校准器,其区别如下:
1)在现有技术图3中,R1、R2和RSET是外部电阻器,而按照本发明在图4中,它们都集成在芯片上。
2)在现有技术图3中,R1、R2和RSET的值是固定的,而在图4中它们是可编程的。
3)在现有技术图3中,只有一个DAC来改变VCOM电平,而在图4中有两个DAC用于调节VCOM电平。第一DAC 418用于对R1、R2和RSET进行编程,以选择调节范围。第二DAC 408具有类似于图3所示的唯一DAC的功能,其功能是改变VCOM电平。
具有集成可编程电阻器的VCOM校准器400的基本操作过程可以归纳为两个主要步骤:
1)改变第一DAC 418(k比特)的值,以在VCOM电平分布的可能范围内选择包含所需VCOM电平的子范围(一般1/3*AVDD和2/3*AVDD之间,式中AVDD为模拟电源电压)。此步骤称为粗调。
2)在找出所需子范围后,改变第二DAC 408(n比特)的值,以获得在此子范围内的所需VCOM电平。此步骤称为微调。
调节过程500的流程图示于图5。在图5中,“边界点的VCOM”是指在调节之前已经获得了LCD面板的最佳闪烁强度,所以根本不需要再调节VCOM电平。步骤502从NVMEM 410加载VCOM默认值。步骤504开始粗调。判断菱形块506询问VCOM电平是否已达到上述边界点。如果回答是“是”,则调节过程进到步骤514,如下所述。如果回答是“否”,则调节过程进到步骤508。步骤508开始微调。判断菱形块510询问VCOM电平现在是否已达到上述边界点。如果回答是“是”,则调节过程进到步骤514,如下所述。如果回答是“否”,则调节过程进到判断菱形块512。判断菱形块询问是否已获得VCOM电压的精确值。如果回答是“否”,则调节过程回到初始步骤502。如果回答是“是”,则调节过程进到步骤516,并将精确的VCOM值存储在NVMEM 410中。对于在506或510的“是”回答,过程进到步骤514,其中用户设置VCOM电平,然后进到步骤516,存储最终的VCOM值。
VCOM的所需值通常在(1/3)*AVDD和(2/3)*AVDD之间的范围,视LCD显示器的制造商而定。所以粗调的范围应覆盖此整个范围。在粗调时,从(1/3)*AVDD到(2/3)*AVDD的总范围被分成2k-1个相同的子范围,它们的序号从0到2k-2,如图6的600所示。
在粗调期间,第一DAC的值“i”在0和2k-1之间改变,默认值为2k-1-1,而第二DAC的值保持恒定为零。因此,R1/R2之比被改变,且VCOM的输出为:
根据公式(7),如果“i”增加1,则VCOM输出就减少AVDD/(3*(2k-1))。因此VCOM粗调的分辨率为AVDD/(3*(2k-1))。
R1与R2之比可从公式(7)获得:
用此过程,通过观察LCD面板闪烁强度的程度,就可找出含有所需VCOM电平的子范围。例如,如果“i”从1改变到3,且闪烁强度为:闪烁强度(i=1)>闪烁强度(i=3)>闪烁强度(i=2),则所需VCOM电平就在子范围2内。
在找出子范围后,在此子范围内进行VCOM电平的微调。图7为VCOM电平的微调图示。在图7中,假定所需的VCOM电平在子范围“i”内,故得出用于微调的VMAX=VCOM(i)和VMIN=VMAX(i+1)=VCOM(i+1)。微调步骤类似于具有外部电阻分压器的VCOM校准器的调节步骤。第二DAC的值“j”在零和2n-1之间改变,以改变VCOM输出,并找出最佳VCOM电平。
VCOM(i,j)等于:
式中Y=第二DAC中电阻器R的数量
VMAX(i)为:
VMIN(i)为:
式中Y=第二DAC中电阻器R的数量。
由于VMIN(i)=VMAX(i+1),因此可表示为:
式中Y=第二DAC中电阻器R的数量。
在这些2n-1调节步骤中,即可定位最佳“精确”VCOM电平。
用于微调的子范围为:
用于微调的分辨率为:
从公式(8)可见,R1/R2的分子和分母之和(即R1+R2)是一个常数,且等于3*(2k-1)。可用RUNIT来表示它们,其中RUNIT是单位电阻器,其值应由其电气特征确定。
从公式(8)和公式(12)获得的R1/R2和R1/RSET的参数实现列于表1。
表1:R1、R2和R
SET
的参数实现
i | R1(RUNIT) | R2(RUNIT) | RSET(RUNIT) |
0 | 2k-1 | 2k+1-2 | (2k-1)*(2k+1-2)/Y |
1 | 2k | 2k+1-3 | 2k*(2k+1-3)/Y |
2 | 2k+1 | 2k+1-4 | (2k+1)*(2k+1-4)/Y |
3 | 2k+2 | 2k+1-5 | (2k+2)*(2k+1-5)/Y |
---- | ---- | ---- | ---- |
2k-4 | 2k+1-5 | 2k+2 | (2k+2)*(2k+1-5)/Y |
2k-3 | 2k+1-4 | 2k+1 | (2k+1)*(2k+1-4)/Y |
2k-2 | 2k+1-3 | 2k | 2k*(2k+1-3)/Y |
2k-1 | 2k+1-3 | 2k-1 | - |
这样,就可非常简单和方便地确定R1、R2和RSET的值。
以下给出使用集成可编程电阻阵列来调节VCOM电平的两个实例。在这些实例中,使用3比特第一DAC和7比特第二DAC。
实例1:AVDD=20V,VCOM=13V
粗调
步骤1:
加载默认设置:k:=3(0112)
n:=0(000 00002)
由此R1=10*RUNIT,R2=11*RUNIT
VMAX=40/3V,VMIN=20/3V。
步骤2:
改变k,直到在k=0(0002)和k=1(0012)之间的子范围中找到所需的VCOM电平。
粗调范围从20/3V到40/3V。
粗调分辨率为20/21V。
微调
步骤1:
设置:k:=0(0002)
n:=64(100 00002)
由此:R1=7*RUNIT,R2=14*RUNIT,RSET=4.9*RUNIT;
VMAX=40/3V,VMIN=260/21V。
步骤2:
改变n,直到在n=44(010 11002)和n=45(010 10112)之间找到所需的VCOM电平。
如果n选择为44,则输出值为13.003V(非常接近于所需13V的VCOM电平),只有3mv偏差。
微调范围为20/21V。
微调分辨率为20/2667≈7.5mV。
实例2:AVDD=10V,VCOM=4.131V
粗调
步骤1:
加载默认设置:k:=3(0112)
n:=0(000 00002)
由此:R1=10*RUNIT,R2=11*RUNIT
VMAX=40/3V,VMIN=20/3V。
步骤2:
改变k,直到在k=5(1012)和k=6(1102)之间的子范围中找到所需的VCOM电平;
粗调范围从20/3V到40/3V。
粗调分辨率为20/21V。
微调
步骤1:
设置:k:=5(1012)
n:=64(100 00002)
由此:R1=12*RUNIT,R2=9*RUNIT,RSET=4.9*RUNIT;
VMAX=30/7V,VMIN=80/21V。
步骤2:
改变n,直到在n=64(100 00002)和n=63(011 11112)之间找到所需的VCOM电平;
如果n选择为64,则输出值为4.131V,其恰好等于所需的VCOM电平。
在此情况下,微调之前所需的VCOM电平恰好在“边界点”,所以不需进行微调。
图8和9更详细地示出按照本发明实现R1/R2和RSET值的实现。特别请注意,电阻器R1和R2是电阻器的开关阵列。
在图8中,共有4*(2k-1)个电阻器,它们具有相同的单位电阻值(RUNIT),串联放置在AVDD和地之间。其中,“出”左边的2*(2k-1)个电阻器组成R1,其余在右边的电阻器组成R2。总的说来,使用了包括有N1~N2k-1和P1~P2k-1的2*(2k-1)个开关来确定有效的R2和R1值,有效的R2和R1值再确定输出结果。用于N1~N2k-1和P1~P2k-1的控制信号列于下表2。对于每个“i”,在AVDD和地之间总共有3*(2k-1)个电阻器有效,其它的都被接通的开关短路。例如,如果i=2,则R1=(2K+1)*RUNIT,R2=(2K+1-4)*RUNIT且N2=1,P3=1;其它开关都断开。
在所有这些开关中,N2k-1或P2k-1需承受6.5V的最大Vgd,该电压显著低于在现有技术方法中所用的MOS晶体管的电压。因此,通过使用按照本发明的这种结构和过程,简易性和可靠性就大大提高。此种结构的VCOM输出更为精确,且其总的所用电阻值大大少于其它现有技术方法。
一般来说,需要有2k-1个RUNIT和2k-1个开关用于实现RSET。事实上,只要能保证分辨率,电阻器和开关的数量可进一步减少。以下示例示出如何作到这一点。
表2:图8中用于开关的控制信号
I | P2k-1P2k-2P2k-3..........P3 P2 P1 | N2k-1N2k-2N2k-3..........N3 N2 N1 |
0 | 0 0 0 ........ 0 0 1 | 0 0 0 ......... 0 0 0 |
1 | 0 0 0 ........ 0 1 0 | 0 0 0 ......... 0 0 1 |
2 | 0 0 0 ........ 1 0 0 | 0 0 0 ......... 0 1 0 |
---- | ---- | ---- |
2k-3 | 0 1 0 ........ 0 0 0 | 0 0 1 ......... 0 0 0 |
2k-2 | 1 0 0 ........ 0 0 0 | 0 1 0 ......... 0 0 0 |
2k-1 | 0 0 0 ........ 0 0 0 | 1 0 0 ......... 0 0 0 |
实例:
Y=20,k=3和n=7,用于R2/R1和RSET/R1的参数列于表3。
表3:用于Y=20,k=3和n=7的R2/R1和R
SET
/R1的参数
i | R1(RUNIT) | R2(RUNIT) | RSET(RUNIT) |
0 | 7 | 14 | 4.9 |
1 | 8 | 13 | 5.2 |
2 | 9 | 12 | 5.4 |
3 | 10 | 11 | 5.5 |
4 | 11 | 10 | 5.5 |
5 | 12 | 9 | 5.4 |
6 | 13 | 8 | 5.2 |
7 | 14 | 7 | ---- |
事实上,RSET可仅使用一种类型的电阻器(4.9*RUNIT),以便将电阻器数从4减到1,并将开关数从7减到1。这可降低一点VMIN并略微增大子范围。但只要分辨率不受太大影响,就还是合理的。当RSET=4.9*RUNIT时,新的子范围与原子范围之比列于表4。
表4:对于简化电路的结果比较
i | 新子范围与原子范围之比 | %改变 |
0 | 1.00 | +0% |
1,6 | 1.06 | +6% |
2,5 | 1.10 | +10% |
3,4 | 1.12 | +12% |
在AVDD=20V的最坏情况下,子范围从0.950V改变为1.065V,且分辨率从7.5mV改变为8.9mV(增加了+12%)。与整个范围相比,这种差别并不十分重要。如果一个电阻器不足以保证所有子范围的分辨率,我们就可以多加一些电阻器。但是,所使用的电阻器总数仍然少于2k-1。结果,电阻器和开关的数量都可大大减少。
虽然以上对本发明的原理作了说明,但应清楚理解,上述说明仅是以举例的方式作出,而不是作为本发明范围的限制。特别是,对于相关领域的技术人员来说,上述公开的内容会提出其它的更改。这些更改可能涉及本身已知的其它特征,且这些其它特征可用来代替或增加本文所述的特征。虽然在本申请中已制定了针对特定特征组合的权利要求,但应理解,本公开内容的范围也包括明示或暗示公开的任何新颖特征或任何新颖的特征组合,或对业界技术人员来说是显而易见的任何概括或更改,不论这些是否涉及目前在任何权利要求中所要求的同一发明,以及是否减轻了本发明所面临的相同技术问题。据此,在执行本申请或从其引出的任何进一步申请期间,申请人保留针对这些特征和/或这些特征的组合制定新权利要求的权利。
Claims (20)
1.一种用于调整LCD面板的VCOM的校准器,包括:
第一数模变换器;
第二数模变换器;
第一电阻器,连接在电源电压和校准器输出之间,具有受第一数模变换器控制的可调值;
第二电阻器,连接在所述校准器输出和地之间,具有受第一数模变换器控制的可调值;以及
设置电阻器,连接在第二数模变换器的输出和地之间,其中流过所述设置电阻器的电流来源于所述校准器输出。
2.如权利要求1所述的校准器,其中,第一数模变换器接收具有第一比特数的输入字。
3.如权利要求2所述的校准器,其中,所述输入字包括3比特。
4.如权利要求2所述的校准器,其中,第二数模变换器接收具有第二比特数的输入字。
5.如权利要求4所述的校准器,其中,所述输入字包括7比特。
6.如权利要求1所述的校准器,其中,第一电阻器包括可编程集成电路电阻器。
7.如权利要求1所述的校准器,其中,第二电阻器包括可编程集成电路电阻器。
8.如权利要求1所述的校准器,其中,所述设置电阻器包括可编程集成电路电阻器。
9.如权利要求1所述的校准器,还包括接口和控制逻辑块,所述接口和控制逻辑块用于接收时钟信号和数据输入信号、用于为第一数模变换器提供第一数字输入信号,并用于为第二数模变换器提供第二数字输入信号。
10.如权利要求9所述的校准器,还包括连接到所述接口和控制逻辑块的非易失性存储器。
11.如权利要求1所述的校准器,还包括缓冲器,所述缓冲器其第一输入连接到第二数模变换器,第二输入连接到所述设置电阻器,且电流输出连接到所述校准器输出。
12.如权利要求1所述的校准器,还包括连接到所述校准器输出的缓冲器。
13.如权利要求1所述的校准器,还包括改变第一数模变换器的输出值,以选择包含所需校准器输出值的子范围。
14.如权利要求1所述的校准器,其中所述校准器输出值在所述电源电压的三分之一和三分之二之间。
15.如权利要求13所述的校准器,还包括改变第二数模变换器的输出值,以获得所述所需校准器输出值。
16.一种用于调整LCD面板的VCOM的校准方法,包括:
提供第一数模变换器;
提供第二数模变换器;
将第一电阻器连接在电源电压和校准器输出之间,第一电阻器具有受第一数模变换器控制的可调值;
将第二电阻器连接在所述校准器输出和地之间,第二电阻器具有受第一数模变换器控制的可调值;
将设置电阻器连接在第二数模变换器的输出和地之间;以及
使流过所述设置电阻器的电流来源于所述校准器输出。
17.如权利要求16所述的方法,还包括改变第一数模变换器的输出值,以选择包含所需校准器输出值的子范围。
18.如权利要求17所述的方法,其中,所述所需校准器输出值在所述电源电压的三分之一和三分之二之间。
19.如权利要求17所述的方法,还包括改变第二数模变换器的输出值,以获得所述所需校准器输出值。
20.一种用于调整LCD面板的VCOM的校准器,包括:
集成电路中的第一电阻器、第二电阻器和设置电阻器,具有受第一数模变换器控制的可调值;
由第一电阻器和第二电阻器形成的电阻分压器,而且电阻分压器的输出为校准器输出;以及
第二数模变换器,所述数模变换器的输出耦合至设置电阻器,用于控制所述设置电阻器上的电压,其中,通过所述设置电阻器的电流来源于所述校准器输出。
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