TFT-LCD栅极驱动电源电路设计研究

摘要

近年来，TFT-LCD(Thin-Film Transistor Liquid-Crystal-Display)平板显示器技术发展迅速，其周边集成技术的要求也越来越高。特别是TFT-LCD平板的电源管理产品更是朝着供电完备、安全可靠和小体积的方向发展，在整个系统中的重要性日益显著。为满足系统要求，本文依托于与某境外公司的横向合作项目，针对TFT-LCD栅极驱动电源管理方案展开研究，采用电荷泵结构，分析设计了一款适用于栅极驱动的电源管理电路。该芯片采用0.6μm高低压集成的BCD工艺，集成正负两种电荷泵和基准源输出电路，实现输出电压分别为27V、-5V和5V的双电源供电、多路输出电源管理电路。同时，芯片还具有过热保护和欠压保护功能。
　　文章首先阐述了TFT-LCD栅极驱动原理，分析了正向升压和负向降压电荷泵电路的基本理论、重要参数和控制模式，并以此为指导设计了整个栅极驱动的电源管理电路。其次，依据方案要求和工艺的约束条件，文章重点介绍了基准源模块、电源调制器模块、高压控制电路、放大器电路、保护电路以及振荡器电路等子模块电路。在完成电路原理分析和结构设计的基础之上，应用EDA软件HSPICE分别对各个子电路模块和电荷泵电路的重要指标进行性能仿真及量化模拟，结果均达到预定指标，验证了设计理论。最后，结合电路应用和工艺要求进行了系统的静电保护方案设计研究，给出了具体的保护方案。
　　多路输出电路的设计和静电保护方案的设计是本文的重点内容。
　　升压和降压的电路系统分别采用3倍电荷泵和-1倍电荷泵结构来实现，使电压转换电路能够采用相同的控制模式和对称的电路结构，大大简化了设计流程，特别是缩短了电路后端设计时间，具有很大的工程应用价值。并且，通过高压控制电路实现了对电荷泵输出的智能控制。
　　本电源电路系统的设计，是以减小供电系统功耗和降低设计复杂性作为指导思想的。系统采用带隙基准源电路为其内部电路提供低压电源，实现12V芯片电源电压向5V内部模块电源电压的转换，避免使用系统的高输入电源电压而产生高功率损耗。
　　根据所采用的制造工艺，本文为该系统设计了全方位的静电保护方案。该保护方案充分考虑了混合电源电压集成芯片的保护需要，采用寄生二极管和LDMOS管分别实现高低压通道的静电保护需要；借助工艺条件，重点通过巧妙的版图设计来使器件满足静电泄放的特殊需要。所设计方案在满足芯片正常工作的同时能够为任意引脚之间的静电袭击提供保护。目前该保护方案已被项目组采纳。

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第一章 引 言

1.1 TFT-LCD板供电方案的研究意义与价值

1.2 TFT-LCD板供电芯片研究进展

1.3 课题来源与设计目标

1.4 论文主要内容

第二章 TFT-LCD栅极驱动电源方案原理与分析

2.1 TFT-LCD栅驱动工作原理简介

2.2 电荷泵DC-DC变换器电路原理与分析

2.3 TFT-LCD栅极驱动电源方案

第三章 子电路模块设计与仿真

3.1 基准源模块

3.2 电压转换器模块

3.3 高压控制模块

3.4 运算放大器的设计与仿真

3.5 保护电路模块

3.6 环形振荡器（Ring Oscillator）

第四章 电荷泵电路联合仿真

4.1 正电荷泵性能仿真

4.2 负电荷泵性能仿真

4.3 联合仿真结论

第五章 静电保护设计

5.1 静电保护原理分析与设计

5.2 系统保护方案

5.3 静电保护设计结论

第六章 结论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果

个人简历