大屏幕TFT-LCD源极驱动器数据输入接口设计

摘要

TFT-LCD已成为信息时代显示技术的主流。在大屏幕TFT-LCD显示驱动系统中，TCON通过一个高速数据接口向源极驱动器传送大量视频像素灰度数据，该接口的性能将直接影响屏幕显示的稳定性。目前，TCON与源极驱动器之间的接口主要采用低摆幅差分信号技术进行数据传输，数据接收速率、抗干扰能力和功耗是该接口的设计重点。 本课题主要工作是设计两种用于源极驱动器的差分信号数据接收器，分别满足RSDS和mini-LVDS接口协议规范要求，数据接收速率要求分别为170Mbps和344Mbps，同时，要求接收器具有一定的抗干扰能力，接口最小建立、保持时间之和应小于2ns，并能在各种规定条件下稳定地工作。 根据相关要求，本设计采用．PMOS输入差分对、典型推挽输出结构和普通锁存器实现了基本的RSDS接口数据接收器，并详细分析了电路中各个参数的设计。同时，根据接收器电路的特点，提出了单脉冲仿真方法，该方法能全面有效地测试、评价数据接收器的性能。使用Hspice对设计的基本接收器进行仿真，结果表明，在大部分实际工作条件下，该接收器的最小建立保持时间之和小于2ns，基本达到设计要求。该结构已经采用特许半导体0.35μmCMOS工艺进行了流片验证，测试结果与仿真结果基本相符，芯片已安装于TFT-LCD模组中，屏幕显示效果良好。 在这个基本接收器的基础上，本文提出了一种电流镜钳位的改善措施，减小电源电压波动对比较器性能的影响，使接收器最小建立保持时间之和减少了约0.2ns；采用了轨到轨输入结构和折叠级联结构，使接收器输入共模电压得到进一步的增大，同时，折叠级联结构还消除了极性转换所带来的0.2ns左右的建立时间损失。 针对mini-LVDS接口设计要求，需要提高接口的数据接收速率，本文提出了两种方法，一种是通过提高偏置电流改善比较器的输出转换速率和输出信号抖动，仿真表明电路达到了传输速率要求，而且接口最小建立保持时间之和小于1.6ns，完全满足设计要求；另一种方法采用负反馈型输出钳位结构实现了高速率数据接收，并提出一种对称输出结构改善其占空比，使接口最小建立保持时间之和小于1ns，大大增强接口抗干扰能力。其中，第一种方法已进行流片验证，测试结果表明芯片能以340Mbps的速率进行数据接收；同时，芯片已经安装于显示屏模组中，采用200Mbps速率传输，屏幕显示效果良好。 本文所讨论的各种接收器电路不但可以用于源极驱动芯片数据接收，还可以作为其它差分接口设计的参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的背景和意义

1.2课题的重点和主要内容

1.3论文的组织框架

第二章差分信号比较器的设计要求分析

2.1大屏幕TFT-LCD显示系统的基本工作原理

2.2 RSDS和mini-LVDS协议介绍

2.3源极驱动器接口时钟频率的计算

2.4系统功耗要求

2.5设计目标

2.6本章小结

第三章数据输入接口系统的基本设计和研究

3.1总体设计

3.2数据建立和保持时间

3.3差分信号比较器的分析与选择

3.3.1连续时间比较器与动态比较器

3.3.2自偏置比较器

3.3.3滞回输入锁存比较器

3.3.4方案选择小结

3.4差分信号比较器的设计和研究

3.4.1接口的差分输入端ESD结构和带宽限制

3.4.2差分输入级

3.4.3电流放大级

3.4.4输出级

3.4.5锁存器的设计

3.4.6接口系统整体设计

3.5接收器系统的仿真

3.5.1含有估算参数的前仿真

3.5.2仿真的工作条件组合

3.5.3仿真输入波形

3.5.4基本结构型接收器电路仿真结果

3.6本章小结

第四章数据输入接口电路的改进研究

4.1电流镜钳位结构

4.2轨到轨输入结构

4.3折叠级联式输入结构

4.3.1扩展输入共模电压范围

4.3.2额外静态小电流偏置的实现

4.3.3时延特性

4.3.4输出极性的对称翻转

4.3.5折叠级联式比较器性能小结

4.4增大偏置电流提高接口的数据接收速率

4.5负反馈型钳位输出结构

4.6对称输出结构

4.6.1用于时钟信号接收器的对称输出结构

4.6.2用于数据信号接收器的对称输出结构

4.7电路仿真结果比较

4.8本章小结

第五章版图设计

5.1匹配

5.2屏蔽

5.3版图实现和后仿真

5.4本章小结

第六章测试

6.1测试平台和测试方法

6.2测试结果和分析

6.2.1 RSDS接口流片结果分析

6.2.2 mini-LVDS接口流片结果分析

6.3本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢