用于TFT-LCD源驱动电路的面积节约型DAC

　　0　引言

　　薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film TransistorLiq-uid CrystalDisplay, TFT-LCD)是当今平板显示市场上的主流产品,它广泛地应用于电视、笔记本电脑、PDA、仪器仪表等方面。

　　灰度是平板显示器显示效果的重要评定参数,为了不断提高TFT-LCD的灰度等级,可以从驱动电路设计和面板设计两方面着手。在驱动电路设计方面,当灰度等级提高时,源驱动电路中DAC的面积将会急剧增加,这是TFT-LCD在发展过程中遇到的一个技术瓶颈。

　　为了减小DAC的面积,国内外的研究人员提出了多种不同结构的DAC实现模型。然而,这些DAC模型在本质上仍然是电阻串DAC,依然无法从根本上解决DAC面积随输入数据位宽增长过快的问题。针对这一问题,本文从DAC的结构入手,提出一种无电阻串的面积节约型DAC,该DAC所占的面积受输入数据位宽的影响很小,非常适用于高灰度等级TFT-LCD显示系统。

　　1　传统DAC的面积问题

　　典型的DAC结构如图1所示,称为电阻串DAC。电阻串DAC结构简单、转换速度快、转换精度高。在64级灰度系统中,电阻串DAC是一种非常有效的数模转换结构,它包含63个电阻和126个开关, DAC约占整个源驱动芯片面积的30%。但是,当灰度等级上升为1024级时,电阻和开关的数量都近似变为64级灰度时的16倍,也就是说电阻和开关的数量都会呈2的指数倍增长,从而使DAC的总面积快速增加。在TFT-LCD驱动方式中,一般采用点反转或行反转驱动方式,也就是说采用正负电压交替驱动的方式,这时就需要2个DAC电路分别产生正驱动电压和负驱动电压,因而DAC的总面积将会增大得更多。

　　2　面积节约型DAC的结构及工作原理

　　图2给出了面积节约型DAC的结构框图,Din1~Dinn为输入的数字信号,这里假设它们的位宽是8-bit。计数脉冲CP、使能信号EN、复位信号Reset、通道选择信号CS均由时序控制模块产生。VR为斜变电压,用来对电容CH进行充放电,它可以是线性的也可以是非线性的,为了便于说明面积节约型DAC的工作原理,假设VR是线性的。

　　面积节约型DAC的简化模型如图3所示,VR是线性斜变电压,时刻0时其值为0,时刻Tmx时其值为VCC。当开关闭合时,输出电压VH随着VR变化而变化;当开关断开时,由于保持电容的存在,输出电压VH保持开关断开瞬间VR的值。假设开关起初是闭合的,若开关在时刻0断开,则输出电压为0且保持不变;若开关在时刻Tmx断开,则输出电压为VCC且保持不变。同理,若开关在Tmx/2断开,则输出电压为VCC/2,也就是说输出电压的值由开关断开的时刻来决定。如果开关断开的时刻与输入的数字信号有关,那么该模型实质上就实现了数模转换的功能。