4级灰度STN+LCD驱动控制芯片的设计

第３３卷（２００５）第２期计算机与数字工程１０５

４级灰度ＳＴＮＬＣＤ驱动控制芯片的设计。

孙缵邹雪城胡晓宇黄久松余国义

（华中科技大学电子科学与技术系集成电路设计中心武汉４３００７４）

摘要

提出了一种４级灰度的刚ＮＵ、Ｄ驱动控制芯片的总体设计方案，重点讨论了关键模块——接口电路、ｓＩ乙气Ｍ模块、显示控制电路以及电源电路的设计。在实现多种显示功能的前提下，采用省电模式、门控时钟和重定时方法进行了低功耗优化设计。基于ＳＭＩＣ０．３５ｕｍＣＭＯＳ高压模型对驱动控制芯片的功能进行了仿真验证。

关键词：Ｕ、Ｄ驱动控制ＭＰＵ接口ＰｗＭ佃Ｃ灰度调制Ｖ一妇仿真

中图分类号：ＴＮ７１０

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ＣＩａ辎ｍｍＩｂ盯：ＴＮ７１０

１引言

随着人们对图像显示质量的要求越来越高，各种显示技术也在不断的发展。液晶显示器（Ｌ（、Ｄ）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险、平面直角显示以及影像不闪烁等优势，因而得到了广泛的应用。其中ｓｒＮ（ｓｕｐｅｒＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）Ｌ（、Ｄ在中小尺寸液晶显示领域具有广阔的市场前景，常用于移动电话、个人手持系统、寻呼机等。一般的单色趼ＮＬ（Ｄ驱动芯片都是单级灰度的，即只能显示单一的黑白效果，不能显示多种“颜色”，在人们对显示效果越来越苛刻的形势下已不能满足实际需要。

本文设计了一种新型的应用于１２９×１２８像素的ＳＴＮＬ（、Ｄ驱动控制芯片。它不仅能实现多种显示功能，如正反显示、局部显示、图像翻转以及滚屏等…；而且可以调制４级灰度，使得每级最多可

·收到本文时间：２００４年６月１８日分为１６个层次，因此可产生多达６４种灰度效果。设计中采用省电模式、门控时钟以及重定时方法［２］［３】，极大的减小了功耗。根据系统设计的要求，对芯片进行层次化功能划分，同时参考已有的同类驱动芯片的设计经验［４｜，对各个模块进行协调设计，然后进行芯片的整体功能验证，从而完成芯片的前端设计。在确定了ＣＭＯＳ工艺后可以完成芯片的版图设计和后仿真，最后进行试流片。

２设计要求及系统结构

液晶显示驱动控制电路是在液晶像素的两电极（行电极和列电极）之间建立交变电场。由驱动电路循环地给每行电极施加选择脉冲电压，同时通过列电极上的数据给该行像素施加选择或非选择脉冲电压，以实现对像素的驱动∞Ｊ。因此，驱动控制芯片的主要作用是为液晶显示器提供扫描信号和显示数据，是单片机与液晶显示系统之间的接

４级灰度ｓ１、ＮＵ＝Ｄ驱动控制芯片的设计第３３卷

口。鉴于当今移动通信设备的实际需要，我们所设计的Ｉ皿驱动控制芯片应满足以下要求：

（１）支持６８００／８０８０并行和３一ｐｉｎ／４一ｐｉｎ串行等４种御Ｕ接口；

（２）内置１２９×１２８×２ｂｉｔｓ的ＳＩ认Ｍ；

（３）提供完备的控制指令集，实现４级灰度调

制和多种显示功能；

（４）内置低压振荡器和电源电路；

（５）工作电压为１．８Ｖ～３．３Ｖ，液晶驱动电压为４Ｖ～１５Ｖ；

（６）低功耗（３００ｕＡＭａｘ．）设计。

基于以上要求，对芯片进行层次化功能划分，

得到系统框图如图１所示。它分为模拟和数字两部分，模拟部分主要由振荡器和电源电路组成；数字部分主要由ＭＰＵ接口模块、指令译码脂令寄存器模块、删模块、振荡器与显示时序控制模

块、灰度的产生与控制模块和驱动模块组成。下面

就其关键模块的设计进行分析讨论。’

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图１Ｕ如驱动控制芯片的系统框图

３关键模块的设计分析

３．１ⅧＵ接口模块

该模块是驱动控制芯片与ＭＰＵ通信的接口，数据交换的通道。ＭＰＵ通过它对芯片进行控制，向芯片中写入指令和显示数据或读出状态信息和显示数据。接口模块可以为后面的电路提供数据通道、内部时钟信号、译码使能信号、读写控制信号、以及数据口的控制信号等。它主要包括以下几部分电路：串并转换电路、内部时钟产生电路、读／写识别电路块、指令／数据识别电路，ＢＵＳＹ位产生

电路和控制逻辑。设计兼容６踟０／８０踟并行接口和３一ｐｉｎ／４一ｐｉｎ串行接口，通过设置ＰＳ０、Ｐｓｌ的值来实现这四种接口模式的选择。下面简要分析６８００并行接口和３一ｐｉｎ串行接口的工作方式。

６８００并行接口的时序如图２所示，其中ＣＳＢ为片选信号，ＲＳ为指令傲据识别信号，ＲＷ为读／写识别信号，Ｅ为读写时钟。当ＲＳ＝０，ＲＷ＝０时，写指令；当Ｒｓ＝１，Ｒｗ＝０时，写数据；当ＲＳ＝０，ＲＷ＝１时，读状态；当ＲＳ＝１，ＲＷ＝１时，读数据。

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图２６８００并行接口的时序

串行模式下ＭＰＩ，对芯片只进行写操作，图３是３一ｐｉｎ串行接口的时序关系。它的工作流程为：ＭＰｕ首先打入地址信息页地址Ｐａｇｅ、列地址ＭＳＢ～Ｉ娅，通知双乙蝴准备接收显示数据；然后打入Ｄ１）Ｃ（ＤａｔａＤｉｒｅｃｔｉｏｎ‰ｌｍａｎｄ）和ＤＤＬ（Ｄｉｓ．ｐｌａｙＤａｔａ脚ｈ）指令，控制数据的传输方向和即将写入的数据的长度；最后将显示数据写人ｓＲＡＭ中。在设计电路时，首先用一个８ｂｉｔ字节计数器对串行时钟进行８分频，即每当传输了８ｂｉｔ数据就产生一个时钟窄脉冲，提供相当于并行模式下的内部时钟。这个时钟再提供给串并转换电路作时钟信号，实现串转并的过程。当ＤＩ）Ｃ指令到来以后，ＤＤＬ计数器便输出高电平，开启研乙Ｗ的写操作，并且对写入的显示数据计数。当ＤＤＬ计数完毕后表明显示数据已经打完，这时就输出低电平，关闭对趼乙蝴的写操作，串行总线上的数据将作指令处理。实际上ＤＤＬ计数器的输出就相当于ＲＳ信号。

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图３３一ｐｉｎ串行接口的时序３．２ＳＩ洲模块

该模块用于存放像素信息，起缓冲区的作用，主要包括趼认Ｍ阵列、页地址电路、列地址电路、行地址电路及显示数据锁存电路等子模块。