uPD16305在等離子體顯示器中的應用

摘要：介紹了NEC公司生產的專用于等離子體顯示器的行驅動芯片μPD16305的性能特點及其它PDP顯示系統中的應用。它為PDP掃描電極的驅動電路提供了高達180V的驅動信號，顯示效果令人滿意。
關鍵詞：等離子體顯示器 高壓驅動 μPD16305
　等離子體顯示器（Plasma Display Panel，簡稱PDP）是近幾年發展起來的新型板顯示器件，它利用氣體放電產生的紫外線激發熒光粉發光顯示圖像。它具有超薄的外形、平面顯示、高亮度、寬視解、不受磁場影響等優點，是大屏幕壁掛電視的主流發展方向。但是，它的驅動電壓高達180V，因而一些常用的顯示驅動器無法滿足PDP對高驅動電壓的要求。例如，Supertex公司生產的用于場發射顯示器（FED）的HV53/5408，只能提供90V的驅動電壓。

　　為了降低驅動電路的成本、縮小驅動電路的體積，我們使用了NEC公司的μPD16305為核心設計的驅動電路，簡單易調、點用體積小、顯示效果好。下面對此芯片的性能特點測驗它在PDP驅動電路的具體應用進行簡要的介紹。

1 性能特點
　　μPD16305j NEC公司推出的專用于AC-PDP的行驅動器，它在工藝上使用高壓CMOS結構。它由40位的雙向移位寄存器、鎖存器和高壓CMOS驅動塊組成。其邏輯塊的供電電壓為5V（CMOS電平輸入），驅動塊可實現200V、400mA的高電壓、大電流輸出。它還具有如下特點：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準封裝一致，μPD16305采用了80管腳的標準QFP塑料封裝。但對芯片有用的64個管腳分別由芯片的三個方向引出，并且引腳在芯片上呈逆時針排列。其中有40個高壓輸出管腳、10個電源管腳、1個邏輯輸入管腳和1個邏輯輸出管腳、6個控制管腳以及6個空管腳。各管腳功能說明如下：


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）：驅動塊地
VDD2（管腳21、44）：驅動塊電源
A（管腳30）：右移數據輸入端/輸出端
B（管腳35）：左移數據輸入端/輸出端
R/L（管腳25）：移位方向控制端，
當R/L=1時，A腳為輸入端，B腳為輸出端，移位寄存器執行右移功能；
當R/L=0時，B腳為輸入端，A腳為輸出端，移位；寄存器執行左移功能
PC（管腳27）：極性反轉控制端
CLK（管腳31）：時鐘輸入端
CLR（管腳32）：數據清除端（低有效）
STB（管腳36）：鎖存使能控制端，
當STB=1時，執行鎖存功能；
當STB=0時，數據通過
BLK（管腳37）：輸出置位控制端，
當BLK=1時，輸出與PC同相；
當BLK=0時，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題，μPD16305將高壓輸出對稱地放置到芯片的兩端；為便于電路的安裝、調試，將控制管腳放置到芯片的同一側。ΜPD16305的功能結構可分為三部分：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，還有一個低壓的輸入和一個低壓的輸出。并且這兩個輸入輸出端口都是雙向的，當一個為輸入時，另一個為輸出，其輸出是移位寄存器輸入相連，可以級聯驅動40路以上的顯示器。對于分辨率為852×480的PDP來說，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，高壓輸出驅動電路部分是μPD16305芯片的核心部分，它為負載提供了高電壓、大電流的輸出，高壓輸出直接驅動PDP屏的顯示單元，點亮被選中的象素。圖2為μPD16305高壓輸出驅動電路圖。

　　圖2中，A、B、C三路信號是由同一信號（鎖存器輸出的信號）經過分離得到的。它們分別輸入到高壓輸出驅動塊的三個輸入端，其中A和B信號反相，A和C信號同相。

　　當A=1、B=0、C=1時，N1、P1、N3導通，N2、P2、P3截止，輸出OUT=0；
　　當A=0、B=1、C=0時，N2、P2、P3導通，N1、P1、N3截止，輸出OUT=VDD2。

　　由圖可知，這種輸出結構不同于普通的互補輸出結構。這種電路結構的優點在于：它可以用前級的數字電平，驅動后面的功率級電路，這對于普通的推挽輸出結構來說，是根本達不到的。

　　對于如圖3所示的普通的CMOS互補輸出結構，假設VDD2=200V、GND=0V、Vthn=15V、Vthp=-15V。若要使Vout=GND，即要使N管導通、P管截止，就需要滿足①Vgs>Vthn；②VDD2-Vgs<-Vthp。這樣，柵極電壓Vgs至少應該等于VDD2+Vdtp，即Vgs至少應為200-15=185V，這就需要在芯片中加入電平轉換電路，將CMOS數字電平提升到可以驅動功率管的高電平。對于40路輸出的μPD16305來說，可以想象它所點的體積將是巨大的，因而不利于芯片的集成。

2 μPD16305來說，PDP驅動電路中的應用

　　μPD16305是一種CMOS結構的高壓驅動電路，使用非常靈活。其輸入可以是TTL電平，也可以是CMOS電平，高壓輸出調節范圍可從0V～200V。其內部有一內置二極管，此二極管的陽極接在μPD16305的Vss2端，陰極接在μPD16305的VDD2端。由于PDP驅動電極（Y）波形出現有多種電壓，所以驅動芯片μPD16305提供穩定、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”起來運用，使驅動芯片的電源腳和地腳在不同時刻與同電壓相接，從而使芯片輸出符合相應的要求。

　　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，各行的Y電極有效時間不同，出現有多種電壓。所以在維持期和尋址期，可以通過MOS開關管的不同狀態，使驅動芯片的電源腳和地腳在不同時刻與不同電壓相接，以得到所需要的波形。這種連接方式降低了輸出級MOS管上的電壓，應用起來有很大余地。

　　在驅動PDP時，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（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，以實現逐行掃描。

　　μPD16305作為行驅動器使用時，控制信號與μPD16305的具體連接方式如圖4所示。

　　μPD16305的控制信號中，信號R/L可直接接到低壓電源VDD1上。因為在驅動電路中，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方向進行的，因此沒有必要增加額外的信號產生器，將期接至某一固定電位即可。

　　其它的控制信號如A、CLK、STB、CLK等，可根據從PDP屏上測得的數據，用可編程邏輯器件來產生，這里我們采用的是Altera公司的FLEX10K10系列的芯片。

　　電源信號和地信號是通過電平轉換電路驅動功率MOS開關管提供的，電平轉換電路的控制時序由CPLD產生。最終產生的驅動波形如圖5所示。

　　在實際應用中，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；為了防止器件發生閂鎖效應，加電源時必須按照先加VDD1、再加邏輯信號、最后加VDD2的順序進行；關斷電源時，按照相反的順序進行操作。

uPD16305 pdf datasheet