uPD16305在等離子體顯示器中的應(yīng)用

摘要：介紹了NEC公司生產(chǎn)的專用于等離子體顯示器的行驅(qū)動(dòng)芯片μPD16305的性能特點(diǎn)及其它PDP顯示系統(tǒng)中的應(yīng)用。它為PDP掃描電極的驅(qū)動(dòng)電路提供了高達(dá)180V的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，顯示效果令人滿意。
關(guān)鍵詞：等離子體顯示器 高壓驅(qū)動(dòng) μPD16305

等離子體顯示器（Plasma Display Panel，簡(jiǎn)稱PDP）是近幾年發(fā)展起來(lái)的新型板顯示器件，它利用氣體放電產(chǎn)生的紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光顯示圖像。它具有超薄的外形、平面顯示、高亮度、寬視解、不受磁場(chǎng)影響等優(yōu)點(diǎn)，是大屏幕壁掛電視的主流發(fā)展方向。但是，它的驅(qū)動(dòng)電壓高達(dá)180V，因而一些常用的顯示驅(qū)動(dòng)器無(wú)法滿足PDP對(duì)高驅(qū)動(dòng)電壓的要求。例如，Supertex公司生產(chǎn)的用于場(chǎng)發(fā)射顯示器（FED）的HV53/5408，只能提供90V的驅(qū)動(dòng)電壓。

為了降低驅(qū)動(dòng)電路的成本、縮小驅(qū)動(dòng)電路的體積，我們使用了NEC公司的μPD16305為核心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路，簡(jiǎn)單易調(diào)、點(diǎn)用體積小、顯示效果好。下面對(duì)此芯片的性能特點(diǎn)測(cè)驗(yàn)它在PDP驅(qū)動(dòng)電路的具體應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。

1 性能特點(diǎn)

μPD16305j NEC公司推出的專用于AC-PDP的行驅(qū)動(dòng)器，它在工藝上使用高壓CMOS結(jié)構(gòu)。它由40位的雙向移位寄存器、鎖存器和高壓CMOS驅(qū)動(dòng)塊組成。其邏輯塊的供電電壓為5V（CMOS電平輸入），驅(qū)動(dòng)塊可實(shí)現(xiàn)200V、400mA的高電壓、大電流輸出。它還具有如下特點(diǎn)：片上集成了40位雙向移位寄存器；低功耗（1mW）；工作溫度范圍寬（-40～+85℃）。

為了使芯片的封裝形式與標(biāo)準(zhǔn)封裝一致，μPD16305采用了80管腳的標(biāo)準(zhǔn)QFP塑料封裝。但對(duì)芯片有用的64個(gè)管腳分別由芯片的三個(gè)方向引出，并且引腳在芯片上呈逆時(shí)針排列。其中有40個(gè)高壓輸出管腳、10個(gè)電源管腳、1個(gè)邏輯輸入管腳和1個(gè)邏輯輸出管腳、6個(gè)控制管腳以及6個(gè)空管腳。各管腳功能說(shuō)明如下：

Q1～Q40（管腳1～20，45～64）：高壓輸出端
VSS1（管腳24、41）：邏輯塊地
VDD1（管腳26、39）：邏輯塊電源
VSS2（管腳22、23、42、43）：驅(qū)動(dòng)塊地
VDD2（管腳21、44）：驅(qū)動(dòng)塊電源
A（管腳30）：右移數(shù)據(jù)輸入端/輸出端
B（管腳35）：左移數(shù)據(jù)輸入端/輸出端
R/L（管腳25）：移位方向控制端，
當(dāng)R/L=1時(shí)，A腳為輸入端，B腳為輸出端，移位寄存器執(zhí)行右移功能；
當(dāng)R/L=0時(shí)，B腳為輸入端，A腳為輸出端，移位；寄存器執(zhí)行左移功能
PC（管腳27）：極性反轉(zhuǎn)控制端
CLK（管腳31）：時(shí)鐘輸入端
CLR（管腳32）：數(shù)據(jù)清除端（低有效）
STB（管腳36）：鎖存使能控制端，
當(dāng)STB=1時(shí)，執(zhí)行鎖存功能；
當(dāng)STB=0時(shí)，數(shù)據(jù)通過(guò)
BLK（管腳37）：輸出置位控制端，
當(dāng)BLK=1時(shí)，輸出與PC同相；
當(dāng)BLK=0時(shí)，輸出與PC相異或后輸出
NC（管腳28、29、33、34、38、40）：空管腳

為了解決高壓芯片的散熱問(wèn)題，μPD16305將高壓輸出對(duì)稱地放置到芯片的兩端；為便于電路的安裝、調(diào)試，將控制管腳放置到芯片的同一側(cè)。ΜPD16305的功能結(jié)構(gòu)可分為三部分：40位雙向移位寄存器、40位鎖存器和高壓輸出功能塊。它除了有40路的高壓輸出以外，還有一個(gè)低壓的輸入和一個(gè)低壓的輸出。并且這兩個(gè)輸入輸出端口都是雙向的，當(dāng)一個(gè)為輸入時(shí)，另一個(gè)為輸出，其輸出是移位寄存器輸入相連，可以級(jí)聯(lián)驅(qū)動(dòng)40路以上的顯示器。對(duì)于分辨率為852×480的PDP來(lái)說(shuō)，只需12片μPD16305的主要功能塊。

移位寄存器、鎖存器和高壓輸出塊的真值表分別如表1、2、3所示。

在這三部分電路中，高壓輸出驅(qū)動(dòng)電路部分是μPD16305芯片的核心部分，它為負(fù)載提供了高電壓、大電流的輸出，高壓輸出直接驅(qū)動(dòng)PDP屏的顯示單元，點(diǎn)亮被選中的象素。圖2為μPD16305高壓輸出驅(qū)動(dòng)電路圖。

圖2中，A、B、C三路信號(hào)是由同一信號(hào)（鎖存器輸出的信號(hào)）經(jīng)過(guò)分離得到的。它們分別輸入到高壓輸出驅(qū)動(dòng)塊的三個(gè)輸入端，其中A和B信號(hào)反相，A和C信號(hào)同相。

當(dāng)A=1、B=0、C=1時(shí)，N1、P1、N3導(dǎo)通，N2、P2、P3截止，輸出OUT=0；
當(dāng)A=0、B=1、C=0時(shí)，N2、P2、P3導(dǎo)通，N1、P1、N3截止，輸出OUT=VDD2。

由圖可知，這種輸出結(jié)構(gòu)不同于普通的互補(bǔ)輸出結(jié)構(gòu)。這種電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于：它可以用前級(jí)的數(shù)字電平，驅(qū)動(dòng)后面的功率級(jí)電路，這對(duì)于普通的推挽輸出結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，是根本達(dá)不到的。

對(duì)于如圖3所示的普通的CMOS互補(bǔ)輸出結(jié)構(gòu)，假設(shè)VDD2=200V、GND=0V、Vthn=15V、Vthp=-15V。若要使Vout=GND，即要使N管導(dǎo)通、P管截止，就需要滿足①Vgs>Vthn；②VDD2-Vgs-Vthp。這樣，柵極電壓Vgs至少應(yīng)該等于VDD2+Vdtp，即Vgs至少應(yīng)為200-15=185V，這就需要在芯片中加入電平轉(zhuǎn)換電路，將CMOS數(shù)字電平提升到可以驅(qū)動(dòng)功率管的高電平。對(duì)于40路輸出的μPD16305來(lái)說(shuō)，可以想象它所點(diǎn)的體積將是巨大的，因而不利于芯片的集成。

2 μPD16305來(lái)說(shuō)，PDP驅(qū)動(dòng)電路中的應(yīng)用

μPD16305是一種CMOS結(jié)構(gòu)的高壓驅(qū)動(dòng)電路，使用非常靈活。其輸入可以是TTL電平，也可以是CMOS電平，高壓輸出調(diào)節(jié)范圍可從0V～200V。其內(nèi)部有一內(nèi)置二極管，此二極管的陽(yáng)極接在μPD16305的Vss2端，陰極接在μPD16305的VDD2端。由于PDP驅(qū)動(dòng)電極（Y）波形出現(xiàn)有多種電壓，所以驅(qū)動(dòng)芯片μPD16305提供穩(wěn)定、恒定的電源電壓是不可能完成該波形的。解決多電源電壓的方法是將μPD16305的高壓電源和高壓地“浮”起來(lái)運(yùn)用，使驅(qū)動(dòng)芯片的電源腳和地腳在不同時(shí)刻與同電壓相接，從而使芯片輸出符合相應(yīng)的要求。

在維持期里，所有Y電極的波形完全一致。但在尋址期中掃描尋址時(shí)，各行的Y電極有效時(shí)間不同，出現(xiàn)有多種電壓。所以在維持期和尋址期，可以通過(guò)MOS開關(guān)管的不同狀態(tài)，使驅(qū)動(dòng)芯片的電源腳和地腳在不同時(shí)刻與不同電壓相接，以得到所需要的波形。這種連接方式降低了輸出級(jí)MOS管上的電壓，應(yīng)用起來(lái)有很大余地。

在驅(qū)動(dòng)PDP時(shí)，在維持期和尋址期的初始化階段，利用的是μPD16305的全高或全低工作狀態(tài)（可參見表3）；而在尋址期的掃描階段，利用的是μPD16305的移位工作狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)逐行掃描。

μPD16305作為行驅(qū)動(dòng)器使用時(shí)，控制信號(hào)與μPD16305的具體連接方式如圖4所示。

μPD16305的控制信號(hào)中，信號(hào)R/L可直接接到低壓電源VDD1上。因?yàn)樵隍?qū)動(dòng)電路中，只在逐行掃描階段才利用了移位功能，而且移位是在朝一個(gè)方向進(jìn)行的，因此沒(méi)有必要增加額外的信號(hào)產(chǎn)生器，將期接至某一固定電位即可。

其它的控制信號(hào)如A、CLK、STB、CLK等，可根據(jù)從PDP屏上測(cè)得的數(shù)據(jù)，用可編程邏輯器件來(lái)產(chǎn)生，這里我們采用的是Altera公司的FLEX10K10系列的芯片。

電源信號(hào)和地信號(hào)是通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路驅(qū)動(dòng)功率MOS開關(guān)管提供的，電平轉(zhuǎn)換電路的控制時(shí)序由CPLD產(chǎn)生。最終產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)波形如圖5所示。

在實(shí)際應(yīng)用中，要確保μPD16305所有的UDD1、VDD2、Vss1、Vss2管腳都要被使用，并且Vss1和Vss2必須接到同一電位上；由于μPD16305的管腳33在芯片內(nèi)部被連接到了封裝外殼上，所以必須保證此管腳開路，不能使用；為了防止器件發(fā)生閂鎖效應(yīng)，加電源時(shí)必須按照先加VDD1、再加邏輯信號(hào)、最后加VDD2的順序進(jìn)行；關(guān)斷電源時(shí)，按照相反的順序進(jìn)行操作。