逻辑板原理讲解-视显光电

逻辑板原理讲解-视显光电
目前电视已经从CRT过渡到液晶，我们在卖场也很难买到CRT电视了。

所以液晶电视维修也是我们家电维修从业者必须要掌握的技能。

而逻辑版（也称TCON板）也是液晶电视电路的核心，而提起逻辑版板，很多人不了解，到底什么是TCON板？今天特整理一下TCON板的原理知识讲解，以TCL液晶电视和目前国内主要的通用逻辑板商视显光电的逻辑板为例，希望给大家带来帮助。

一、什么是逻辑板（TCON）？
TCON板的英文是: timing controller的缩写
TCON板中文是：时序控制电路
逻辑板实物图
逻辑板又称：控制板，在液晶电视里的作用和CRT中的视放板相当，但有本质的区别，逻辑板不是一个纯粹的信号放大器，它输入是LVDS格式信号，而不是RGB。

逻辑板的作用是把数字板送来的LVDS或TTL图像数据信号，时钟信号进行处理移位寄存器存储将图像数据信号，时钟信号转换成屏能够识别的控制信号行列信号RSDS 控制屏内的MOSFET管工作而控制液晶分子的扭曲度。

二、传统逻辑板电路主要由哪几部分组成？
1.TCON IC(必须的）
2.GAMMA IC（必须的）
3.PM IC （必须的）
4.GPM IC（OPTION)
5.LEVEL SHIFT IC(GOA屏专用）
三、传统液晶屏TCON布局
1.逻辑板与SOURCE板分离
2.TCON板与SOURCE板合并
四自制逻辑板的几种实现架构
1.主板+TCON板+SOURCE板
TCON板= TCON IC+PM IC+GAMMA IC
自制TCON板直接替换屏厂提供的TCON板
2.主板+SOURCE板---比NO.1成本低，但一屏一主板，主板组件多主板=SOC+ TCON IC+PM IC+GAMMA IC或者
主板=SOC（内置TCON）+PM IC+GAMMA IC
3.主板+转接板+SOURCE板 ---主板组件减少，成本比NO.1低，比 NO2高主板=SOC （内置TCON）
转接板=PM IC+GAMMA IC
4.主板+SOURCE板---成本最低，主板组件多，需要和屏厂合作设计
主板=SOC （内置TCON）或主板=SOC+TCON IC
SOURCE板=PM IC+GAMMA IC+bridge
五、逻辑板板各功能模块介绍
1.TCON IC
内部框图
TCON IC作用：实现两个基本功能
1.1 TCON基本功能1：接收LVDS信号并把它转换为Mini-LVDS信号
mini-LVDS信号特点及规范
1.1.1 TCON IC和SOURCE DRIVER IC之间的接口
1.1.2 在Clock的上升沿和下降沿各传送1个Bit数据
其规格需满足Panel要求
1.1.3 阻抗匹配
传输线阻抗Zo:推荐范围25欧---75欧
通常Layout设计线对的差分阻抗Zdif=2Zo=100欧
Mini-Lvds接收端的端接电阻RT=Zdif=2Zo，
实际上Source Driver大多数情况下不止一个，所以端接电阻安放位置很重要，一般近端和远端各放一个，远端测量时幅度会变差，实际调整SWING时需留意
A:阻抗不匹配示例
FFC线阻抗50欧时Clock波形
B: 阻抗匹配示例
FFC线阻抗100欧时Clock波形
1.1.4 Mini-Lvds输出电压
备注：屏SPEC会给出 VID 规格， VOD =2* VID
1.1.5 数据结构（Data Mapping)
6bit 3pairs;6bit 4pairs;6bit 5pairs;6bit 6pairs
8bit 3pairs;8bit 4pairs;8bit 5pairs;8bit 6pairs
例如：8bit 6pairs Mode Data Mapping见下图
1.2 TCON基本功能2：产生PANEL扫描驱动电路和数据驱动电路所需的时序
控制信号
1.2.1 POL信号： polarity inversion signal for sorce driver
数据驱动IC控制数据输出信号的极性反转
如下图为单个TFT及像素的等效电路，反转电压是指施加在Clc两端电压
什么是极性反转？
施加在液晶分子上的电场是有方向性的，在不同时间以相反方向电场施加在液晶上，称为极性反转
液晶显示电极的像素电压高于Vcom电压称为正极性
反之，液晶显示电极的像素电压低于Vcom电压称为负极性
为什么可以极性反转？
液晶分子在电场中所受的力矩与电场的平方成正比而与电场的方向无关，所以可以用极性反转的方式驱动液晶而不改变其排列和穿透率。

错误认识：在极性反转时液晶分子转来转去
为什么必须极性反转？
A：取向膜的直流阻断效应
控制基板表面的液晶分子排列方向的具有沟槽的薄膜称为取向膜，电极上的电压透过取向膜施加到液晶分子上，取向膜的等效电容大，等效电阻大，当直流驱动液晶时，电阻分压使电压差大部分落在取向膜上，而无法改变液晶分子排列。

B：可移动离子和直流残留
液晶制程中不可避免残留可移动离子，如果采用直流驱动，离子会移动到取向膜形成内部电场，即使不加外部电场，液晶分子也会因内部电场而改变排列状态，称为直流残留，造成残影。

当采用极性反转方式驱动，外部电压平均值为0，可移动离子向两个电极的移动相互抵消，避免直流残留现象。

要点：正极性电压和负极性电压相等
各种极性反转方式
极性反转实现方法一
Common电极电压固定不变驱动方式
极性反转实现方法二
Common电极电压不停变动驱动方式
1.2.2 TP1信号： latch signal for source driver 数据驱动IC输出数据信号的使能控制信号
高电平：一行数据锁存到行存储器内
低电平：一行数据释放，对液晶电容充电
1.2.3 STV信号：scan driver start pulse
扫描驱动IC输出起始控制信号
1.2.4 CKV信号： scan driver clock
控制扫描行依次开启的时钟信号
1.2.5 OE信号： scan driver output enable
扫描行开启关闭的使能控制信号
高电平：扫描行开启
低电平：扫描行关闭
结合下图进一步说明
信号1=STV 信号2=CKV 信号3=TP1 信号4=OE
GATE DRIVER输入第一个STV信号准备开始第一场扫描，输入第一个CKV信号准备开启第一个扫描行，此时SOURCE DRIVER输入TP1信号释放第一行数据信号，OE信号到来后高电平开启低电平关闭扫描行，如此循环往复。

TCON IC附加的重要功能：OD功能
1.3 OD功能介绍
OD:OVER DRIVE 过驱动作用：提升液晶响应时间
1.3.1液晶的响应时间
响应时间是指液晶分子改变排列角度，变换画面显示所需要的时间。

屏SPEC给出的响应时间等于黑到白，白到黑的上升时间和下降时间之总和，先声明这个时间OD功能是无法提升的。

1.3.2 为什么要提升液晶的响应时间？
看下面两幅图，左图响应时间慢，右图响应时间快
通过对比，可以发现：响应时间慢----图像模糊，拖尾
1.3.3 OVERDRIVE技术
电场加速效应：液晶分子在电场中所产生的力矩与电场的平方成正比，因此，增加电场可以大幅度增加对液晶分子施加的力矩，从而加速液晶分子的转动，这就是电场加速效应。

OVERDRIVE:利用电场加速效应，在两个帧之间插入另一个帧，施加较高补偿电压，强迫液晶分子在较短时间内改变排列，从低亮灰阶达到预定的高亮灰阶，从而提升液晶的响应时间，此种方法被称为高插驱动，也叫过驱动。

从概念可以看出，OVER
DRIVE只对GRAY TO GRAY
有效，对BLACK TO WHITE
无效
右图是没有做OVERDRIVE
时的驱动电压波形和液
晶的响应时间曲线
下图是有做OVERDRIVE
时的驱动电压波形和液
晶的响应时间曲线
对比结果：OVERDRIVE
可以大幅提升液晶的
响应时间
1.3.4 UNDERSHOOT技术
与高插驱动相对应的技术就是低插驱动（UNDERSHOOT)
通过在两帧之间插入另外一个帧，施加较低补偿电压来实现
与OVERDRIVE最大不同，UNDERSHOOT被动减小电场，靠液晶分子本身的弹性来改变排列，效果比OVERDRIVE差。

1.3.5 OVERDRIVE实现方式
A 流程图如下
B 最佳响应时间对照表
通过实验方式填表获得，对于8BIT灰阶，可以设计 256X256 TABLE ，但需要MEMORY SEZE大，简化的方式可以设计32X32 TABLE 或16X16TABLE，再用线性内插方式计算其他灰阶变化所需的补偿灰阶。

2.1 传统GAMMA IC：本身很简单，只起到BUFFER的作用如下图是传统的GAMMA IC 应用图输入电压值Ai,Bi,Mi,Ni来自输入端电阻分压后产生的精确电压，经运放组成的缓冲器输出后提供给屏端，缓冲器的作用是增加带负载的能力
2.2 P-GAMMA IC：与传统GAMMA IC比本质相同，增加Programmable功能，实现I2C总线控制，电压存储，BANK选择等
2.3 PANEL对于GAMMA电压需求的实例
3 PM IC
Power Manage IC：产生Source Driver和Gate Driver所需要的多路电压（工作原理参看一般的DC-DC设计和LDO设计）
3.1 DVDD：数字逻辑电压，一般是3.3V，用于逻辑电路的供电
3.2 AVDD：主电压，主要用在Source Driver输出的像素电压和 Gamma校正的电压
3.3 VGH： Gate开启电压，用于TFT栅极打开的电压
3.4 VGL： Gate关断电压，用于TFT栅极关断的电压
3.5 Vcom：Vcom电压，Panel公共电极电压，有的集成在Gamma IC
下图为某Panel
SPEC给的规格
4 GPM IC : Gate Pulse Modulator
俗称削角电路
作用：减少扫描线和像素之间的电容耦合效应，改善馈通电压造成的画面闪烁
TFT等效电路如下图
因为电容耦合效应，在Gate电压由打开到关断，此时TFT处于截止状态，寄生电容Cgd会将Gate电压变动馈送到像素电压，产生电压变化量△V,称为馈通电压，馈通电压的存在使Clc和Cs上保存的像素电压偏离原来的设定值，造成画面闪烁。

解决方法：一方面降低馈通电压，另一方面调整Vcom电压进行补偿
削角电路的作用就是通过降低Vp-p电压来减小馈通电压
削角IC应用原理图
5 Level Shifter IC :电位转移电路
5.1 为什么需要电位转移？
一般的TFT开启电压需要20V以上，关断电压需要-5V以下，而来自TCON时序控制
电路的电压一般是 0V或3.3V这样的逻辑电压，因此需要Level Shifer实现电平的转换。

5.2 WOA设计
通常的PANEL，Gate Driver放在玻璃基板外部，通过阵列外布线进行设计（Wire On Array简称WOA),Level Shifer电路集成在Gate Driver上。

5.3 GOA设计
另外的PANEL（以三星为代表），Gate Driver放在玻璃基板内部，称为Gate On Array（GOA)设计，也有叫GIP（Gate In Panel），或者COG(Chip On Glass），为了简化Panel设计，Level Shifter电路放在TCON板上，制作成独立IC或集成在PM IC
上面。