CN112767892A - 基于fpga的液晶面板tcon模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于FPGA的液晶面板TCON模块，包括FPGA、GAMMAR电压生成器和电源模块，FPGA根据配置参数将外部输入的并行数字视频信号转换为M i n i‑LVDS串行数字视频信号，并根据并行数字视频信号的时序产生门驱动电路的时序控制信号和源驱动电路的时序控制信号，然后将M i n i‑LVDS串行数字视频信号、门驱动电路的时序控制信号和源驱动电路的时序控制信号输出给液晶面板；GAMMAR电压生成器根据配置命令输出Vcom电压、VTT电压和GAMMAR电压。可根据液晶面板的分辨率，配置调整视频信号的前后消隐区、行列像素数量，满足不同尺寸、不同分辨率液晶面板的图像转换需求。
Description
技术领域
本发明涉及液晶面板驱动领域，具体的涉及一种基于FPGA的液晶面板TCON模块。
背景技术
随着我国工业技术实力的不断提升，用于人机互动的液晶显示***越来越广泛的应用于人们的生产生活中。车载显示、智能穿戴、工业仪表等越来越多的应用场景需要小尺寸液晶显示***。液晶显示***的核心设备为显示器，显示器的输入视频信号通常为VGA、DVI、HDMI、SDI、DP等通用视频信号。显示器通常由图像处理板和液晶屏组成。液晶屏的图像输入信号通常为图像处理板输出的RGB TTL、LVDS、eDP、V by one等信号。液晶屏由TCON(Timing Controller)模块和液晶面板组成。TCON模块将RGB TTL、LVDS、eDP、V by one等信号转换为RSDS或mini-LVDS信号，配合门驱动和源驱动信号，以及Vcom、GAMMAR等电压，来驱动液晶面板液晶分子，使液晶面板清晰准确的展现出图像信息。TCON时序控制是液晶显示***的最基本最核心功能。液晶面板的TCON驱动设计，是液晶面板信号控制转换过程中的一个关键环节。
目前市场上部分小尺寸TFT-LCD液晶面板，由于尺寸较小或出货量较小等原因，液晶面板原厂不提供配套TCON模块卡。由于不同型号液晶面板需要的时序控制逻辑与电压各不相同，显示器设备厂商设计的TCON模块通常采用ASIC专用集成电路来进行特定的时序控制，采用电阻阶调电路来固化Vcom和GAMMAR电压值。一旦设计完成，往往仅能匹配特定的一款液晶面板。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于FPGA的液晶面板TCON模块，能够适配不同型号的液晶面板。
根据本发明实施例的一种基于FPGA的液晶面板TCON模块，包括：FPGA，所述FPGA用于根据根据液晶面板的参数将外部输入的并行数字视频信号转换为Mini-LVDS串行数字视频信号，并根据并行数字视频信号的时序产生门驱动电路的时序控制信号和源驱动电路的时序控制信号，然后将Mini-LVDS串行数字视频信号、门驱动电路的时序控制信号和源驱动电路的时序控制信号输出给液晶面板；GAMMAR电压生成器，所述GAMMAR电压生成器与所述FPGA相连以用于接收FPGA的配置命令，并根据配置命令输出Vcom电压、VTT电压和GAMMAR电压给液晶面板；电源模块，所述电源模块用于提供低压工作电源。
根据本发明实施例的基于FPGA的液晶面板TCON模块，至少具有如下技术效果：
1、本发明实施方式使用FPGA替代ASIC专用集成芯片，FPGA的半定制化电路的特点和可编程特性，可以根据液晶面板不同的分辨率要求，灵活设计时序逻辑，配置控制信号时序。打破一款TCON模块只能适配一款液晶面板的问题，大大提高产品通用性。
2、本发明实施方式中FPGA通过配置参数设置门驱动和源驱动的扫描方向信号，可灵活设置液晶面板的显示方向，实现显示图像的左右翻转、上下翻转。也同时降低了液晶面板与结构件的匹配难度。
3、本发明实施方式中FPGA通过配置GAMMAR电压生成器，动态产生合适的Vcom和GAMMAR电压，方便调节液晶面板的液晶分子扭转角度。在达到液晶面板最佳显示效果的同时，大大降低了调试的时间与试错的成本。
4、本发明实施方式使用范围广，即可由显示器厂商用于产品实现，快速实现图像显示，交付显示设备，也可由上游液晶面板厂商用于新品面板的显示性能调节以及固有型号面板的显示性能检验。
根据本发明的一些实施例，所述FPGA内设置有Data_Convert模块、MiniLVGen模块和TimeCon模块，所述Data_Convert模块用于完成并行数字信号到串行信号的数据提取与重组；所述Data_Convert模块与所述MiniLVGen模块相连以用于输出差分数据，所述MiniLVGen模块用于将Data_Convert模块输出的差分数据转换为Mini-LVDS串行数字视频信号并输出；所述TimeCon模块用于根据Data_Convert模块的数据产生门驱动电路和源驱动电路的时序控制信号并输出。
根据本发明的一些实施例，所述FPGA内还设置有MAX_VGA模块，所述MAX_VGA模块与所述Data_Convert模块相连以用于检测外部输入的并行数字视频信号的有效性。
根据本发明的一些实施例，所述MAX_VGA模块与所述Data_Convert模块之间还设置有Syn_fifo模块，所述Syn_fifo模块用于实现输入信号和输出信号的跨时域传输。
根据本发明的一些实施例，所述Data_Convert模块包括MAX_Data子模块、BitAdj子模块、DataRom子模块和DataFIFO子模块；所述Data_Convert模块包括MAX_Data子模块、BitAdj子模块、DataRom子模块和DataFIFO子模块；所述MAX_Data子模块用于通过调整时序节拍实现输出信号RGB和HS、VS信号对齐，所述BitAdj子模块用于调整并行视频信号的Bit位，实现6Bit3像素到6Bit4像素的转换；所述DataRom子模块和DataFIFO子模块用于提取输入信号中的有效图像信息，实现图像信息以完整帧的顺序进出FIFO缓存。
根据本发明的一些实施例，所述GAMMAR电压生成器通过I2C总线与所述FPGA相连。
根据本发明的一些实施例，所述FPGA的型号为EP2C8F256。
根据本发明的一些实施例，所述GAMMAR电压生成器的型号为BUF16820。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例中基于FPGA的液晶面板TCON模块的硬件框图；
图2为本发明实施例中FPGA的逻辑数据流转框图；
图3为本发明实施例中视频数据重组格式图；
图4为本发明实施例中门驱动信号时序图；
图5为本发明实施例中栅驱动信号时序图；
图6为本发明实施例中GAMMAR电压调节曲线图；
图7为本发明实施例中GAMMAR电压生成器的电路原理图。
附图标号
FPGA100、GAMMAR电压生成器200、电源模块300。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参考图1，一种基于FPGA的液晶面板TCON模块，包括：FPGA100、GAMMAR电压生成器200和电源模块300，本实施例中适配的液晶面板采用京东方公司TFT-LCD液晶面板HV050V01-100，FPGA100的输入端接入18Bit RGB并行数字视频信号，将外部输入的18BitRGB并行数字视频信号转换为液晶面板源驱动电路需要的Mini-LVDS串行数字视频信号，同时根据视频信号时序，产生液晶面板门驱动电路和源驱动电路需要的液晶面板时序控制信号，如XLR、DIR、TP、EIO1、EIO2、DIO1、DIO2、GSC、DIS和POL。
其中，参考图2，本实施例中FPGA100选用EP2C8F256。FPGA100内设置有依次连接的MAX_VGA模块、Syn_fifo模块、Data_Convert模块、以及分别和Data_Convert模块连接的MiniLVGen模块和TimeCon模块，MAX_VGA模块的作用是检测外部输入的并行数字视频信号的有效性。MAX_VGA模块的具体工作步骤为：S1、根据输出的时钟信号进行锁相，产生内部时钟；S2、采样行场信号，判断行场信号的正负极性；S3、根据行场信号判断RGB并行数字视频信号的有效性和分辨率大小；S4、当输入信号有效时，将该信号送入下一级模块，输入信号无效时，将FLASH中预存的测试画面送入下一级模块。
Syn_fifo模块的作用是实现外部输入RGB并行数字视频信号和输出视频信号的跨时域传输。优选的，本实施例中Syn_fifo模块采用双口FIFO，FIFO输入口采用外部视频信号时钟进行采样，FIFO输出口采用内部时钟进行采用。
Data_Convert模块包含MAX_Data子模块、BitAdj子模块、DataRom子模块、DataFIFO子模块等。其作用是完成RGB并行数字视频信号到串行信号的数据提取与重组。根据液晶面板HV050V01-100的视频信号时序要求，采用6Bit4对差分数据信号的形式，最终的数据格式如图3所示。RGB数据需要依次循环分配至4对差分线中。其中MAX_Data子模块通过调整时序节拍实现输出信号RGB和HS、VS信号对齐，BitAdj子模块调整并行视频信号的Bit位，实现6Bit3像素到6Bit4像素的转换；DataRom子模块和DataFIFO子模块共同作用，提取输入信号中的有效图像信息，实现图像信息以完整帧的顺序进出FIFO缓存。
MiniLVGen模块的作用是调用FPGA内部IP核,将上一级模块Data_Convert模块输出的差分数据，转换为标准的Mini-LVDS串行数字视频信号并输出给液晶面板。
TimeCon模块根据上一级模块Data_Convert模块输出的CLK时钟、HsVs行场、DE使能信号，产生液晶面板时序控制信号，如XLR、DIR、TP、EIO1、EIO2、DIO1、DIO2、GSC、DIS、POL。根据液晶面板实际装配方向，配置XLR、DIR、EIO1、EIO2、DIO1、DIO2，选择合适的显示扫描方向。同时，根据液晶面板上门驱动电路X-DriverIC和源驱动电路Y-DriverIC的信号要求，生成对应的时序控制信号。其中门驱动信号如图4所示，栅驱动信号如图5所示。
参考图7，GAMMAR电压生成器200通过I2C总线与FPGA100相连，GAMMAR电压生成器200具有片上实时编辑OTP(on-time programmable)的特点。通过I2C总线接收FPGA100的配置命令，设置液晶面板要求的Vcom和多路GAMMAR电压。本实施例中GAMMAR电压生成器200选用TI公司的BUF16820，BUF16820具备14路可调GAMMAR灰阶电压、2路可调Vcom电压的输出能力。GAMMAR电压和Vcom电压支持将REFH高电压和REFL低电压1024等分。输出电压精度可达到0.02V，满足液晶面板对灰阶电压的精度需求。通过调节GAMMAR电压值，使显示面板达到最佳显示效果。如图6所示为GAMMAR电压调节曲线。
BUF16820的输出电压值，由FPGA100逻辑中的CONTROL单元进行配置。CONTROL单元在FPGA100上电时，调用I2C_master等相关IP模块，对BUF16820进行初始化。
FPGA100通过I2C信号SCL、SDA对GAMMAR电压生成器200进行在线配置。与常见的电阻阶调电路相比，可减少电路的焊接拆卸次数，大大提高了调试的灵活性和可靠性。
其中，电源模块300采用常规的DC-DC电源模块，包括12V转换5V、3.3V、2.5V、1.2V等电路。本实施例中电源模块300选用IT公司的多输出电源芯片TPS65100Q1，生成液晶面板需要的低压工作电源VGH、VGL和VDD。通过调节可调电阻器，设置电源芯片TPS65100Q1的三路反馈电压FB(Feed Back)值，使得VGH输出+26.3V电压，VGL输出-8.25V电压，VDD输出+9.23V电压。通过提供合适的基础电压，保证液晶面板的正常工作。
综上所述，本发明实施例使用FPGA100替代ASIC专用集成芯片，打破一款TCON模块只能适配一款液晶面板的问题，大大提高产品通用性。可根据液晶面板的分辨率，配置调整视频信号的前后消隐区、行列像素数量，满足不同尺寸、不同分辨率液晶面板的图像转换需求。通过设置门驱动和源驱动的扫描方向信号，可灵活设置液晶面板的显示方向，实现显示图像的左右翻转、上下翻转。也同时降低了液晶面板与结构件的匹配难度。FPGA100通过I2C配置GAMMAR电压生成器，动态产生合适的Vcom和GAMMAR电压，方便调节液晶面板的液晶分子扭转角度。在达到液晶面板最佳显示效果的同时，大大降低了调试的时间与试错的成本。本发明实施例使用范围广，即可由显示器厂商用于产品实现，快速实现图像显示，交付显示设备，也可由上游液晶面板厂商用于新品面板的显示性能调节以及固有型号面板的显示性能检验。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.一种基于FPGA的液晶面板TCON模块，其特征在于，包括：
FPGA(100)，所述FPGA(100)用于根据液晶面板的参数将外部输入的并行数字视频信号转换为Mini-LVDS串行数字视频信号，并根据并行数字视频信号的时序产生门驱动电路的时序控制信号和源驱动电路的时序控制信号，然后将Mini-LVDS串行数字视频信号、门驱动电路的时序控制信号和源驱动电路的时序控制信号输出给液晶面板；
GAMMAR电压生成器(200)，所述GAMMAR电压生成器(200)与所述FPGA(100)相连以用于接收FPGA(100)的配置命令，并根据配置命令输出Vcom电压、VTT电压和GAMMAR电压给液晶面板；
电源模块(300)，所述电源模块(300)用于提供低压工作电源。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的液晶面板TCON模块，其特征在于：所述FPGA(100)内设置有Data_Convert模块、MiniLVGen模块和TimeCon模块，所述Data_Convert模块用于完成并行数字信号到串行信号的数据提取与重组；所述Data_Convert模块与所述MiniLVGen模块相连以用于输出差分数据，所述MiniLVGen模块用于将Data_Convert模块输出的差分数据转换为Mini-LVDS串行数字视频信号并输出；所述TimeCon模块用于根据Data_Convert模块的数据产生门驱动电路和源驱动电路的时序控制信号并输出。
3.根据权利要求2所述的基于FPGA的液晶面板TCON模块，其特征在于：所述FPGA(100)内还设置有MAX_VGA模块，所述MAX_VGA模块与所述Data_Convert模块相连以用于检测外部输入的并行数字视频信号的有效性。
4.根据权利要求3所述的基于FPGA的液晶面板TCON模块，其特征在于：所述MAX_VGA模块与所述Data_Convert模块之间还设置有Syn_fifo模块，所述Syn_fifo模块用于实现输入信号和输出信号的跨时域传输。
5.根据权利要求2所述的基于FPGA的液晶面板TCON模块，其特征在于：所述Data_Convert模块包括MAX_Data子模块、BitAdj子模块、DataRom子模块和DataFIFO子模块；所述MAX_Data子模块用于通过调整时序节拍实现输出信号RGB和HS、VS信号对齐，所述BitAdj子模块用于调整并行视频信号的Bit位，实现6Bit3像素到6Bit4像素的转换；所述DataRom子模块和DataFIFO子模块用于提取输入信号中的有效图像信息，实现图像信息以完整帧的顺序进出FIFO缓存。
6.根据权利要求1所述的基于FPGA的液晶面板TCON模块，其特征在于：所述GAMMAR电压生成器(200)通过I2C总线与所述FPGA(100)相连。
7.根据权利要求1所述的基于FPGA的液晶面板TCON模块，其特征在于：所述FPGA(100)的型号为EP2C8F256。
8.根据权利要求1所述的基于FPGA的液晶面板TCON模块，其特征在于：所述GAMMAR电压生成器(200)的型号为BUF16820。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210507 |