uPD16305在等离子体显示器中的应用

摘要：介绍了NEC公司生产的专用于等离子体显示器的行驱动芯片μPD16305的性能特点及其它PDP显示系统中的应用。它为PDP扫描电极的驱动电路提供了高达180V的驱动信号，显示效果令人满意。
关键词：等离子体显示器 高压驱动 μPD16305
　等离子体显示器（Plasma Display Panel，简称PDP）是近几年发展起来的新型板显示器件，它利用气体放电产生的紫外线激发荧光粉发光显示图像。它具有超薄的外形、平面显示、高亮度、宽视解、不受磁场影响等优点，是大屏幕壁挂电视的主流发展方向。但是，它的驱动电压高达180V，因而一些常用的显示驱动器无法满足PDP对高驱动电压的要求。例如，Supertex公司生产的用于场发射显示器（FED）的HV53/5408，只能提供90V的驱动电压。

　　为了降低驱动电路的成本、缩小驱动电路的体积，我们使用了NEC公司的μPD16305为核心设计的驱动电路，简单易调、点用体积小、显示效果好。下面对此芯片的性能特点测验它在PDP驱动电路的具体应用进行简要的介绍。

1 性能特点
　　μPD16305j NEC公司推出的专用于AC-PDP的行驱动器，它在工艺上使用高压CMOS结构。它由40位的双向移位寄存器、锁存器和高压CMOS驱动块组成。其逻辑块的供电电压为5V（CMOS电平输入），驱动块可实现200V、400mA的高电压、大电流输出。它还具有如下特点：片上集成了40位双向移位寄存器；低功耗（1mW）；工作温度范围宽（-40～+85℃）。

　　为了使芯片的封装形式与标准封装一致，μPD16305采用了80管脚的标准QFP塑料封装。但对芯片有用的64个管脚分别由芯片的三个方向引出，并且引脚在芯片上呈逆时针排列。其中有40个高压输出管脚、10个电源管脚、1个逻辑输入管脚和1个逻辑输出管脚、6个控制管脚以及6个空管脚。各管脚功能说明如下：


Q1～Q40（管脚1～20，45～64）：高压输出端
VSS1（管脚24、41）：逻辑块地
VDD1（管脚26、39）：逻辑块电源
VSS2（管脚22、23、42、43）：驱动块地
VDD2（管脚21、44）：驱动块电源
A（管脚30）：右移数据输入端/输出端
B（管脚35）：左移数据输入端/输出端
R/L（管脚25）：移位方向控制端，
当R/L=1时，A脚为输入端，B脚为输出端，移位寄存器执行右移功能；
当R/L=0时，B脚为输入端，A脚为输出端，移位；寄存器执行左移功能
PC（管脚27）：极性反转控制端
CLK（管脚31）：时钟输入端
CLR（管脚32）：数据清除端（低有效）
STB（管脚36）：锁存使能控制端，
当STB=1时，执行锁存功能；
当STB=0时，数据通过
BLK（管脚37）：输出置位控制端，
当BLK=1时，输出与PC同相；
当BLK=0时，输出与PC相异或后输出
NC（管脚28、29、33、34、38、40）：空管脚

　　为了解决高压芯片的散热问题，μPD16305将高压输出对称地放置到芯片的两端；为便于电路的安装、调试，将控制管脚放置到芯片的同一侧。ΜPD16305的功能结构可分为三部分：40位双向移位寄存器、40位锁存器和高压输出功能块。它除了有40路的高压输出以外，还有一个低压的输入和一个低压的输出。并且这两个输入输出端口都是双向的，当一个为输入时，另一个为输出，其输出是移位寄存器输入相连，可以级联驱动40路以上的显示器。对于分辨率为852×480的PDP来说，只需12片μPD16305的主要功能块。

　　移位寄存器、锁存器和高压输出块的真值表分别如表1、2、3所示。

　　在这三部分电路中，高压输出驱动电路部分是μPD16305芯片的核心部分，它为负载提供了高电压、大电流的输出，高压输出直接驱动PDP屏的显示单元，点亮被选中的象素。图2为μPD16305高压输出驱动电路图。

　　图2中，A、B、C三路信号是由同一信号（锁存器输出的信号）经过分离得到的。它们分别输入到高压输出驱动块的三个输入端，其中A和B信号反相，A和C信号同相。

　　当A=1、B=0、C=1时，N1、P1、N3导通，N2、P2、P3截止，输出OUT=0；
　　当A=0、B=1、C=0时，N2、P2、P3导通，N1、P1、N3截止，输出OUT=VDD2。

　　由图可知，这种输出结构不同于普通的互补输出结构。这种电路结构的优点在于：它可以用前级的数字电平，驱动后面的功率级电路，这对于普通的推挽输出结构来说，是根本达不到的。

　　对于如图3所示的普通的CMOS互补输出结构，假设VDD2=200V、GND=0V、Vthn=15V、Vthp=-15V。若要使Vout=GND，即要使N管导通、P管截止，就需要满足①Vgs>Vthn；②VDD2-Vgs<-Vthp。这样，栅极电压Vgs至少应该等于VDD2+Vdtp，即Vgs至少应为200-15=185V，这就需要在芯片中加入电平转换电路，将CMOS数字电平提升到可以驱动功率管的高电平。对于40路输出的μPD16305来说，可以想象它所点的体积将是巨大的，因而不利于芯片的集成。

2 μPD16305来说，PDP驱动电路中的应用

　　μPD16305是一种CMOS结构的高压驱动电路，使用非常灵活。其输入可以是TTL电平，也可以是CMOS电平，高压输出调节范围可从0V～200V。其内部有一内置二极管，此二极管的阳极接在μPD16305的Vss2端，阴极接在μPD16305的VDD2端。由于PDP驱动电极（Y）波形出现有多种电压，所以驱动芯片μPD16305提供稳定、恒定的电源电压是不可能完成该波形的。解决多电源电压的方法是将μPD16305的高压电源和高压地“浮”起来运用，使驱动芯片的电源脚和地脚在不同时刻与同电压相接，从而使芯片输出符合相应的要求。

　　在维持期里，所有Y电极的波形完全一致。但在寻址期中扫描寻址时，各行的Y电极有效时间不同，出现有多种电压。所以在维持期和寻址期，可以通过MOS开关管的不同状态，使驱动芯片的电源脚和地脚在不同时刻与不同电压相接，以得到所需要的波形。这种连接方式降低了输出级MOS管上的电压，应用起来有很大余地。

　　在驱动PDP时，在维持期和寻址期的初始化阶段，利用的是μPD16305的全高或全低工作状态（可参见表3）；而在寻址期的扫描阶段，利用的是μPD16305的移位工作状态，以实现逐行扫描。

　　μPD16305作为行驱动器使用时，控制信号与μPD16305的具体连接方式如图4所示。

　　μPD16305的控制信号中，信号R/L可直接接到低压电源VDD1上。因为在驱动电路中，只在逐行扫描阶段才利用了移位功能，而且移位是在朝一个方向进行的，因此没有必要增加额外的信号产生器，将期接至某一固定电位即可。

　　其它的控制信号如A、CLK、STB、CLK等，可根据从PDP屏上测得的数据，用可编程逻辑器件来产生，这里我们采用的是Altera公司的FLEX10K10系列的芯片。

　　电源信号和地信号是通过电平转换电路驱动功率MOS开关管提供的，电平转换电路的控制时序由CPLD产生。最终产生的驱动波形如图5所示。

　　在实际应用中，要确保μPD16305所有的UDD1、VDD2、Vss1、Vss2管脚都要被使用，并且Vss1和Vss2必须接到同一电位上；由于μPD16305的管脚33在芯片内部被连接到了封装外壳上，所以必须保证此管脚开路，不能使用；为了防止器件发生闩锁效应，加电源时必须按照先加VDD1、再加逻辑信号、最后加VDD2的顺序进行；关断电源时，按照相反的顺序进行操作。