MAX25221 VCOM和TFT-LCD面板中溫度補(bǔ)償使用指南

本應(yīng)用筆記解釋了如何在TFT LCD應(yīng)用中使用MAX25221可編程VCOM緩沖器。

介紹

MAX25221為4通道TFT-LCD電源IC，提供對稱的正AVDD和負(fù)NAVDD電源、VGON和VGOF柵極電源以及內(nèi)部數(shù)字可編程VCOM緩沖器（圖1）。

VCOM 電壓為 TFT-LCD 面板背板提供調(diào)諧的參考直流電壓，并用作電流路徑。MAX25221設(shè)計(jì)用于保持恒定的VCOM電壓，同時(shí)減輕來自背板的電流尖峰。VCOM電壓的尖峰和波動會導(dǎo)致串?dāng)_并惡化TFT-LCD的顯示圖像。TFT-LCD面板越大，考慮這些波動就越重要。VCOM電壓的穩(wěn)定性和工作溫度范圍內(nèi)的低漂移可提高圖像質(zhì)量并減少亮度變化。VCOM 緩沖器輸出高達(dá) ±120mA 的峰值電流，由 IN 電源引腳和 VCOMN 上的穩(wěn)壓供電。

圖1.MAX25221的部分框圖

VCOM 緩沖區(qū)

VCOM 輸出電壓使用內(nèi)置 I 進(jìn)行編程2C接口的值介于-2.49V和+1V之間，步長為6.83mV。9位值也可以存儲在非易失寄存器中。表 1 介紹了 VCOM 寄存器位的配置。VCOM電壓設(shè)置的最高有效位位于VCOM25寄存器中，而最低有效位位于DELAY VCOM_LSB寄存器中的vcom25_0位。

表 1.VCOM 寄存器位

驅(qū)動能力

VCOM 輸出端的最大容性負(fù)載為 10nF。當(dāng)驅(qū)動較大的容性負(fù)載時(shí)，應(yīng)使用串聯(lián)電阻以保持穩(wěn)定性。圖2顯示了容性負(fù)載掃描從10nF到14.1μF、串聯(lián)電阻值到1？以及不同VCOM值的仿真結(jié)果。

圖2.模擬不同電壓和電容值下的相位裕量。

VCOM 故障檢測

如果VCOM輸出電壓偏離設(shè)定值超過0.25V，或者驗(yàn)證電流限制的時(shí)間超過tfault，則檢測到VCOM故障，并使用FAULT2寄存器中的vcom_flt位進(jìn)行標(biāo)記。檢測到此故障時(shí)，VCOM 緩沖區(qū)將繼續(xù)運(yùn)行 — 不會自動禁用。但是，故障情況可能導(dǎo)致VCOM緩沖器中的高功耗，并可能導(dǎo)致整個(gè)器件的熱關(guān)斷。如果VCOM緩沖器處于連續(xù)限流模式的時(shí)間超過tfault[1：0]設(shè)置的時(shí)間，則會標(biāo)記vcom_flt位，并禁用包括VCOM、AVDD、NAVDD、VGH和VGL在內(nèi)的輸出，以避免損壞IC。

虛擬通信量設(shè)置

要計(jì)算VCOM值（9位），請使用以下公式寫入VCOM25寄存器：

VCOM設(shè)定值與VCOM電壓之間的對應(yīng)關(guān)系如表2所示。

表 2.虛擬通信量設(shè)置

不同的功能模式

VCOM 輸出可以在不同的模式下運(yùn)行：

VCOM，無溫度補(bǔ)償。

具有外部溫度補(bǔ)償功能的 VCOM。

具有內(nèi)部溫度補(bǔ)償功能的 VCOM。

無溫度補(bǔ)償?shù)?VCOM

如果選擇此選項(xiàng)，IC將以簡單模式運(yùn)行，其中VCOM電壓不會因溫度變化而補(bǔ)償，并且始終設(shè)置為根據(jù)VCOM25的值?？梢詫COM輸出限制在VCOM_MIN和VCOM_MAX寄存器中設(shè)置的值之間的范圍內(nèi)。

如果需要此限制，引腳29（R裁判） 和 30 （TEMP） 應(yīng)該是浮動的。表3列出了這種工作模式的寄存器設(shè)置。

表 3.無溫度的 VCOM VCOM 寄存器位

VCOM 溫度補(bǔ)償

VCOM 輸出電壓可以使用連接到 TEMP 輸入的溫度敏感元件來補(bǔ)償溫度變化（圖 3）。有時(shí)需要溫度補(bǔ)償VCOM來在溫度變化的環(huán)境中保持顯示質(zhì)量。

通過在 DELAY-VCOM_LSB 寄存器中設(shè)置T_comp_en位來啟用溫度補(bǔ)償，并根據(jù) CONFIG 寄存器中的int_sensor位選擇要使用的傳感器。

這些寄存器在表4中進(jìn)一步詳細(xì)說明。

外部補(bǔ)償保證了與顯示面板相關(guān)的更準(zhǔn)確的測量。溫度敏感元件放置在顯示面板上，以確保正確測量。內(nèi)部補(bǔ)償不太準(zhǔn)確，因?yàn)槭褂脙?nèi)部溫度傳感器測量設(shè)備內(nèi)部的溫度。但是，此解決方案的優(yōu)點(diǎn)是不需要外部組件。

圖3.溫度補(bǔ)償電路。

表 4.VCOM 溫度補(bǔ)償寄存器

VCOM 外部溫度補(bǔ)償

VCOM輸出電壓使用連接到TEMP引腳的NTC熱敏電阻補(bǔ)償外部溫度變化。VCOM 值根據(jù)隨溫度變化的 ADC 讀數(shù)值起作用（圖 4）。

圖4.頂級NTC+VCOM系統(tǒng)

TEMP引腳被強(qiáng)制為625mV，從中汲取的電流鏡像在R上裁判針。R上的電阻產(chǎn)生的電壓裁判饋入內(nèi)部 8 位 ADC，其基準(zhǔn)電壓為 1.25V。

因此，ADC的輸入如下：

高度非線性的NTC特性可以根據(jù)需要最高分辨率的溫度（冷、室或熱）進(jìn)行修改。

使用內(nèi)部ADC的不同傳遞功能可以實(shí)現(xiàn)兩種不同的NTC連接，如圖5和圖6所示。

圖7.VADC_in與溫度模式 1 和模式 2 相比。顯示了模式1和模式2中ADC的電壓與溫度的比較。

在模式 2 中，R 的值裁判、NTC、R1和R2以優(yōu)化顯示器工作溫度范圍（-30°C至+90°C）內(nèi)的ADC輸入范圍（0至1.25V）。

如您所見，在-30°C至+90°C范圍內(nèi)，模式2的實(shí)現(xiàn)比模式1更線性，從而提高了ADC的分辨率?？傮w而言，可以優(yōu)化電阻值，以獲得符合客戶要求的最佳分辨率參考。

在模式1實(shí)現(xiàn)中，最佳結(jié)果僅在+40°C至+90°C范圍內(nèi)（紅色曲線在此范圍內(nèi)斜率更大），但最差分辨率在-40°C至+20°C范圍內(nèi)。

如表1所示，+25°C時(shí)的VCOM值是寫入VCOM25寄存器中的值，以及來自延遲VCOM_LSB寄存器的LSB。在啟動階段，溫度補(bǔ)償功能不會立即啟用。因此，器件始終以 VCOM 上的 VCOM25 電壓值啟動。為了消除高度非線性的NTC特性，同時(shí)保持高分辨率，引入了四個(gè)斷點(diǎn)，如圖8所示。對于每個(gè)單獨(dú)的斷點(diǎn)，定義與溫度相關(guān)的VTEMP值和所需的VCOM值（表5）。

表 5.VCOM 斷點(diǎn)

*VCOM_L和VCOM_H1寄存器中的 5 位值表示 VCOM 在 ADC 讀數(shù)為 VTEMP_L 和 VTEMP_H1 表示的溫度下與 VCOM25 值的變化。

**VCOM_H2寄存器中的值表示VCOM從VCOM_H1的積極轉(zhuǎn)變。

VCOM_L值表示 VCOM 的負(fù)偏移，而VCOM_H1和 VCOM_H2 表示正偏移。

圖8.溫度補(bǔ)償曲線。

表 6 描述了要為此操作模式配置的寄存器。

表 6.帶溫度補(bǔ)償寄存器的VCOM

具有內(nèi)部溫度補(bǔ)償功能的 VCOM

在這種模式下，VCOM輸出電壓使用內(nèi)部溫度傳感器補(bǔ)償溫度變化。內(nèi)部溫度傳感器檢測 IC 的結(jié)溫，該結(jié)溫可能與環(huán)境溫度明顯不同（圖 9）。

圖9.內(nèi)部溫度補(bǔ)償系統(tǒng)。

要使用內(nèi)部傳感器，請將 CONFIG 寄存器中的int_sensor位設(shè)置為 1。內(nèi)部溫度傳感器的溫度系數(shù)為2mV/°C，25°C時(shí)的標(biāo)稱輸出電壓為620mV，如圖10所示。

圖10.VADC 輸入與溫度的關(guān)系。

示例ADC結(jié)果與溫度的關(guān)系

這是如何配置VCOM輸出電壓寄存器的示例。

在 25°C 時(shí)具有 10kO 電阻的 NTC 和具有 330O 電阻的 R1 從 TEMP 連接到 GND。R型裁判電阻為 2400O，帶模式 2 連接。

在不同的溫度下，將在R上觀察到以下電壓裁判以及ADC測量結(jié)果如下表7所示。有關(guān)各種 VCOM 寄存器設(shè)置的示例，請參閱表 8

VTEMP HEX 列指示每個(gè)溫度的 VADC 電壓。VCOM 列表示每個(gè)溫度下所需 VCOM 電壓與 VCOM25 之間的增量。DES VCOM 電壓表示每個(gè)溫度下所需的 VCOM 電壓值。

* 低頻輸出 4.89mV

**低頻 6.83mV

表 7.ADC 電壓與溫度的關(guān)系

表 8.VCOM 寄存器設(shè)置示例

通過這些設(shè)置，VCOM輸出電壓在+25°C時(shí)為-1V。 但是，如果溫度變化并且TEMP電壓值調(diào)整為13.2mV，則VCOM電壓將根據(jù)VCOM_L寄存器中的設(shè)置降低到-1.09V。以類似的方式，當(dāng)TEMP電壓分別為448mV和881mV時(shí)，VCOM_H1和VCOM_H2值分別在VCOM上輸出。在這些值之間，器件以6.83mV的分辨率插值正確的VCOM電壓值。完整的曲線如圖11所示。

圖 11.溫度補(bǔ)償曲線示例值。

結(jié)論

VCOM緩沖器提供-2.55V至+1V范圍內(nèi)的高精度電壓，步長為6.83mV （9位）。它使用9位字進(jìn)行編程以設(shè)置一個(gè)值，該值可以存儲在非易失性存儲器中。此功能保證了TFT LCD的參考背板電壓，可以針對不同的面板進(jìn)行調(diào)整，有助于減少顯示像差。其他優(yōu)勢包括使用具有良好可配置性的最小外部組件，以保證具有高質(zhì)量和高可靠性的低成本解決方案。此外，熱補(bǔ)償功能保證了溫度范圍內(nèi)的低漂移，以滿足客戶的要求。

審核編輯：郭婷