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1 TPV LCDMONITOR PANEL 电路原理技术培训教材 编著 GO林世标 2 PC机 ADAPTER U304LM2596S RGB HS VS SCL SDA CN200 DDC24LC21 U203 U305AIC1084 5V 50MHz U200GMZAN1 CN200 U302MCU U201 X30020MHz E2PROM24LC04 主基板 DC DC变换器 数据驱动器 TFT LCD屏 PANEL 背光源 功能键 INVERTER 接口电路 控制电路 数据驱动器 DCLK RA0 RA7 GA0 GA7 BA0 BA7 RB0 RB7 GB0 GB7 LCD显示模块 12V 3 3V LCD显示器整体架构 BB0 BB7 ENAB U300 白平衡调整 3 T560KLCDMONITOR概述 LCD显示器原理 RS232通讯 用于工厂模式时调整 LCDMONITOR包括 主板 PANEL 升压板 电源板 按键板 主板包括 接口控制逻楫 含信号接口 键板接口 INVERTER接口 Adapter接口 信号处理逻辑 含ADC模数转换 定标缩放灰度控制等 MCU DDC 即插即用 DC DC转换等 升压板用于驱动PANEL背灯管 升压板即INVERTER 电源板则提控12VDC 3 5A给主板及升压板等模块供电 电源板即电源适配器Adapter 图1 4 自产Adapter电路图 图2 5 Adapter即电源适配器 由于LCD是低电压工作 而一般市用电网提供的是110V或220V的交流电压 所以需要在显示器上专门配有电源适配器其作用就是将电网的220V交流电压转换成12V的直流电压向整个LCDMonitor供电 由于显示器内部的主板上还有电压转换 所以12V的电压输入就能满足要求 在LCDMonitor中Adapter采用的是开关电源设计方法 开关电源具有体积小 重量轻 变换效率高等优点 因此被广泛应用于电子产品中 特别是脉宽调制 PWM 型的单片开关电源 PWM型开关电源的特点是固定开关频率 改变脉冲宽度来调节占空比 其基本工作原理 交流220V输入电压经过整流滤波电路变成直流电压 再由开关功率管斩波和高频变压器降压 得到高频矩形波电压 经整流滤波后获得所需要的直流输出电压 脉宽调制器是这类开关电源的核心 它能产生频率固定而脉冲宽度可调的驱动信号 控制开关功率管的通断状态 来调节输出电压的高低 达到稳压的目的 以下将要介绍的电源适配器就是这种类型的脉宽调制的单片开关电源 它所用的是UC3842脉宽调制集成控制器 UC3842有下列性能特点 它属于电流型单端PWM调制器 具有管脚数量少 外围电路简单 安装调试简便 性能优良 价格低廉等优点 能通过高频变压器与电网隔离 适合于构成无工频变压器的20 50W小功率开关电源 最高开关频率为500kHz 频率稳定度达0 2 电源效率高 输出电流大 能直接驱动双极型功率晶体管或VMOS管 DMOS管 TMOS管 内部有高稳定的基准电压源 典型值为5 0V 允许有 0 1 的偏差 温度系数为0 2mV 稳压性能好 其电压调整率可达0 01 V 启动电流小于1mA 正常工作电流为15mA 除具有输入端过压保护与输出端过流保护电路之外 还设有欠压锁定电路 使工作更稳定 可靠 可调整的振荡电路 可精确地控制占空比 具有自动补偿功能 T560K电源电路分析 6 该电路属于单端反激式变换器 所谓单端 是指高频变压器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧 并且只有一个输出端 所谓反激 是指MOS开关功率管导通时 整流二极管D911截止 电能就储存在高频变压器的初级电感线圈中 当MOS功率管关断时D911导通 初级线圈上的电能传输给次极绕组 并经过D911输出 以下图3是该电路的工作原理框图 图3电路的工作原理框图 ADAPTER原理框图 一 带锁定的PWM 可以进行逐个脉冲的电流限制 C901 C903 L901 BD901 C904 T901 D911 C921 C922 ZD901 Q902 Q903 R936 R937 R905 R910 IC901 Q901 R930R929 IC905IC903 7 二 电路讲解 1 AC电源经过整流出为280V直流电压 通过启动电路给IC901 3842 PIN7供电 正常约为 16V左右 4脚开始振荡约58KHZ然后6脚输出PWM波给开关管 Q901 使之整个开关电源工作 同时在8脚输出 5V的基准电压 开关电源工作 T901PIN 1 感应电动势 经D902整流出14V电压给IC901供电 次级绕组10 11 8 9输出感应电动势经过D911整流滤波输出12VDC电压 如图4所示电路 当UC3842 6 输出的如图5 1的波形 Q901做开关状态 其工作频率为58 5kHz 占空比为11 4 T901开始工作 在高电平 Q901导通 T901的初级线圈有电流流过 产生上正下负的电压 则次级产生下正上负的感应电动势 这时次级上的二极管D911截止 此阶段为储能阶段 而低电平时 开关管截止 初级线圈上的电流在瞬间变为0 初级的电动势为下正上负 在次级上感应出上正下负的电动势 此时D911导通 有电压输出 再经过整流滤波后即可输出 图4T901工作回路 8 图5 1UC3842 6 脚输出脉冲 58 9KHz 当开关管工作时 在其DS极上产生如图5 2所示的电压波形 由图中可以看出该电压波形有较大的浪涌电压和振铃现象 其浪涌电压的峰 峰值超过70V这是由MOS管自身关断时产生和内部二极管的反向恢复特性产生的浪涌电压 由于在电路中没有加RC吸收电路或加二极管来抑制而产生的 图2中T901的次级输出端的二极管上并接了一RC R931 R932 C920 回路 用于吸收二极管D911上产生的浪涌电压 2 稳压原理 取样电路由IC903IC905R936R937R924等组成的作用使电源稳定在12V输出 当输出电压超出12V时 IC905控制极R的电位上升 Vk下降 IC903PIN1 2电流加大 使IC903PIN4 3电流加大 IC901PIN2电压上升 那么IC901PIN6输出PWM波脉宽变窄 输出电压下降 反之 IC901PIN6输出PWM波变宽 输出电压上升 达到稳压电压输出作用 其中的IC905为TL431芯片 其内部原理图如图5 3所示 其内部有一个电压比较器 该电压比较器的反相输入端接内部基准电压 该基准电压提供一个基准的比较电压 该电压为2 495V 2 该比较器的同相输入端接外部控制电压 比较器的输出用于驱动一个NPN的晶体管 使晶体管导通 电流就可以从阴极K端流向阳极A 图5 2Q901漏极电压波形 58 9KHz 9 3 保护电路 在以下三种状态 保护电路起动 1 当IC901pin3电压 1V时2 当IC901pin1电压 1V时3 当输出电压太高时 PIN7下降约4V前两种是电流反馈型 当负载短路 开关调整管Q901导通时间变长及电流增大 很容易过流损坏 过流保护由取样电阻R930 R929组成 当流过Q901电流增大 R930两端电压也上升 IC901PIN3升高到1V时保护动作 过压保护 当取样误差反馈电路或脉宽调整电路发生故障时 由于开关管Q901导通时间过长会引起输出电压急剧上升 当超过18V时ZD901击穿 Q903B极电压上升 Q902 Q903饱和导通 使IC901的PIN7电压下降约4V IC3842停止工作 12V的直流电压经过R936 R937分压 在R937上产生电压该电压直接加到TL431的R端 由电路上的电阻参数可知该电压正好能使TL431导通 这样就有电流流过发光二极管 光电耦合器IC903开始工作 至此完成电压的取样 图5 3TL431原理图 10 升压板电路原理图 图6 IC1 11 图7 1 图7 2 12 UC3842工作原理 UC3842为电流驱动型脉宽调制组件 共有8个引脚 其脚功能有 脚 误差放大器输出补偿端 脚 直流稳压电源的电压负反馈输入端 脚 直流稳压电源的输出电流取样检测信号输入端 脚 IC内部的锯齿波电压生成器的振荡电容CT和振荡电阻RT的连接端 脚 地 脚 UC3842的调制脉冲输出端 采用两管推拉输出式 图腾式 向外输出调制脉冲 脚 直流供电VCC的输入端 脚 基准电压 5V的输出端外部直流供电电压VCC经UC3842 脚送入组件中 并经两路分别送到内部 施密特触发器的同相端及Q1管C极 由于在施密特触发器的同相端上并联有36V的稳压二极管 所以该组件VCC输入端同时具有过压保护 最大输入电压 36V 和欠压保护控制功能 组件内的欠压保护功能是由一个具有滞后控制特性的电压比较器来完成的 在开机时 加到VCC端的电压必须大于16V 可是一旦开机工作后 只要VCC端电压不小于10伏 UC3842仍可维持正常工作 此也即是欠压保护的回差为6伏 如图7 1所示 从施密特触发器送出电压直接加到5V基准电源产生器 产生5V基准电压 只要5V基准电压正常 则组件内的振荡器将分别向外送出锯齿波脉冲V和矩形脉冲V1此处振荡器的工作频率由RT CT 13 决定 V1正脉冲出现在V的放电时间间隔 V1又被分成二路分别加到或非门的一个输入端和R S触发器的S端 置1端 由直流开关电源输出电压取样电路 R936 R937 IC905 IC903 R924 R925 所得到得负反馈控制电压经UC3842 脚送到组件内的误差放大器的 一 端 而由5V基准电压经 R R 分压器分压后得到约2 5V的参考电平加到误差放大器的 十 端 则误差放大器输出的V0是被误差放大器进行反相放大的控制信号 此V0再经D1 D2 2R和R组成的衰减器后得到控制信号V2 它加到电流检测比较器 一 端 V2值由以下式得出 V2 且0 V2 1V 因有稳压二极管钳位于1伏所致 因误差放大器是工作在反相放大工作状态 所以控制电压V2与从 脚送入的负反馈控制电压具有以下的变化关系 即 当 脚的VFB幅度时 此意味着直流开关电源的输出端电压偏高 则V0V2 反之 当VFBV0V2 上述变化状况 可从图7 2的工作波形图中体现在反馈电压与V2变化关系曲线上 此即是对应于t3时刻出现的V2应在直流开关电源输出端的电压VB偏高的条件下产生 而在t20时刻所出现的V2应是在直流开关电源输出端的电压VA偏低时产生 另外在R930取样电阻上会生成随时间线性增长变化的V8电流检测信号 V8控制信号电压被馈送到 脚并加到组件内的电流检测比较器的 十 端 由于V2最大值是被箱位在1伏上 所以可由此得出流过R930的最大峰值电流只能为 Imax 2 56A下面分析图中的各相关波形关系 当直流开关电源的输出电压偏高时 对应着从直流开关电源的输出端反馈回来的控制信号使得V2 VB时 当t t2时 由UC3842 脚开始向Q901的G极送去正的脉宽调制信号 14 V6 这样一来 从R930上所取得的V8将会与电感L1中所流过的电感电流成比例的按线性增长 当t t3时 由于V8已超过V2 这时就会在电流检测比较器输出端产生一个脉宽为 t4 t3 很窄的正脉冲 此V3被加到R S触发器的R端 置O端 则在其Q端就会输出正脉冲V4 此V4的宽度只能t5 t3 这是因为在t5时刻 下一个周期的V1触发脉冲又加到了R S触发器的S端 置1端 此V4脉冲串被送到或非门的又一个输入端 另外由内部电源欠压保护比较器输出端输出的正值高电平信号首先在或非门的输入端被反相一下变为零伏低电平后才送到或非门的输入端 只所以在正常工作状态 内部电源欠压保护比较器输出是正值高电平 是因为UC3842内部5V基准电源因故而处于欠压工作状态时 则内部电源欠压保护比较器 因 一 端接有3 6V参考电压 使其输出变成零伏低电平的缘故 根据或非门的工作原理 由于在t3 t2这段时间间隔内 上述三路控制信号 V1 V4及OV 都同时处于低电平状态 所以在或非门的输出端可得到脉宽为t3 t2正的调制脉冲 V6 输出 在A端处 而在B输出端处将输出V7控制信号 V7极性与V6正好相反 如此一来 UC3842组件内的Q1和Q2管在上述V6 V7控制信号的作用下 就构成了能向Q901的G极提供推拉式输出的脉宽调制信号 PWM 这时的V6脉宽将会变得较窄 从而使Q901的导通程度减小 漏电流减小 T901变压器中储能减少 从而使直流开关电源的输出电压下降 抵消了原先输出电压的偏高 达到使输出电压稳定的目的 反之 当直流开关电源的输出电压偏低时 则UC3842 脚输出的V6的脉宽将会变得较宽 从而使直流开关电源的输出电压又会提升 从而达到使输出电压最终稳定的效果 15 INVERTER原理 介绍 INVERTER即是升压板 是DC转AC升压电路 它将主板送入12V直流电压转换成1500V 1800V的高压交流电 频率30 50KHZ 电流6 9mA 以上数值是因PANEL的特性参数差异而不同 PANEL的灯管在高压交流电作用下被点亮 1500V 1800V的交流电持续1 2S降至600 800V的稳定电压 电流约6mA 因此INVERTER具有以下几个功能 能够产生1500V以上的高压交流电 并且在短时间内迅速降至800V左右 这段时间约持续1 2S 电压的曲线如图8所示 2 由于Inverter提供电流的大小将影响冷阴极荧光灯管的使用寿命 因此输出的电流应小于9mA 需要有过流保护功能 3 出于使用的考虑 要有控制功能 即在按power键OFF之后 灯管不亮 该控制信号可以由主板上的MCU或GmZan1提供 秒 图8 16 一 INVERTER的基本组成框图 Inverter输入接口部分 Inverter输入部分有3个信号它们分别为 12V直流输入VIN 工作使能电压ENB ON OFF 及Panel电流控制信号DIM 见图6所示 其中12V直流由Adapter提供 ENB电压由主板上的MCU或GMZAN1提供 其值为0或4 9V 当ENB 0时 Inverter不工作 而ENB 4 9V时 Inverter处于正常工作状态 而DIM电压由主板提供 其变化范围在0 5V之间 将不同的DIM值反馈给PWM控制器反馈端IC1 脚 Inverter向负载提供的电流也将不同 DIM值越小 Inverter输出的电流就越大 电压启动回路 下图电路是常用的电源控制回路 由一个PNP和一个NPN管组成它有两个工作阶段 电源控制回路 图9 图10 ON OFF IC1 17 1 TL5001的各脚功能简要说明PIN1 输出占空比可调节的方波PIN5 短路保护PIN2 VCC供电PIN6 占空比限制PIN3 误差比较器输出PIN7 振荡器外接电阻PIN4 反馈PIN8 地 二 PWMIC TL5001 的工作原理 第一阶段 当ON OFF电压为低电平 0V 时 Q1管处于截止状态 因此Q2管也截止 此时Q2管e极上的直流电压不能加到IC1 脚 TL5001 的VCC输入端 所以IC1因无输入而不工作 Pin1就无输出脉冲 因此整个Inverter就不工作 第二阶段 ON OFF为高电平 此时Q1管饱和导通 Q2管B极被拉低 因Q2为PNP管 且其e极上加有12V的直流 12V电压加至IC1供电脚Pin2 启动IC1工作 IC1就有脉冲输出去控制开关管工作 整个Inverter就处于正常工作状态 输出高压去点亮Panel的背光灯灯管 2 TL5001工作原理 INVERTER输出反馈 TL5001第4脚为INVERTER输出反馈电路 反馈回路由R17 R18 D4 C12 C4 R5构成 负载信息通过该回路取样反馈到IC1内部的比较器 如图11 空载保护 当CON3和CON2没有接Panel背光灯管负载时 TL5001第4脚没有反馈电压 这时IC1内部误差放大器输出为高电位 即Comp IC1Pin3 为高电位 并超出DTC电压值 使输出关掉 即IC1Pin1PWM输出关掉 同时 由于Comp电位的升高 通过内部电路SCPcomparator1的比较 使输出为低电位 内部基准2 5V为SCP外接电容C7充电 当电位升到大于1V时 SCPcomparator2动作也同样使输出关掉 18 DTC deadtimecontrol 占空比限制 TL5001第6脚为DTC 该脚电位取决于外接电阻 IC1内部一个恒流源在DTC外接形成固定电压 OSC振荡器 TL5001内部集成一个振荡频率从20k 500K的可以改变振荡频率的振荡器 振荡频率取决于IC1第7脚RT外接电阻 外接电阻从15K到250K 公司INVERTER外接电阻为33K 振荡频率为185KHZ 振荡三角波App 值从0 7到1 3V之间 Comp OSC DTC三路比较生成PWM波形 通过改变flyable的值可以线性的改善Q4 14431 S极的输出电压 从而改变Panel背光灯的亮度 达到panel画面亮度改变的目的 SCP shortcircuitprotection Tl5001内部有防止输出短路的保护回路 当输出对地短路时 内部基准电压对SCP外接电容C7充电达到1V时 关掉1脚输出的PWM 即此时SCPCOMP2输出为高电平 经反相器后为低电平 再经 与 门后为低电平 使Q截止造成IC1 脚无PWM输出 另外此时 PWM DTCCOMP的同相端也被拉成低电平 其输出也为低电平 使 与 门的另一输入端也为低电平 从而保证Q可靠的截止 使IC1 脚无PWM输出 Q2为加速Q1截止 则使SCPComp2输出 H 电平 从而使IC1 脚无PWM输出 UVLO 低电压保护undervoltage Lowoutprotection TL5001内部带有低电压保护 当输入供电太低时 UVLO输出也低 PWM DTCCOMP输出为低 保护回路将PWM输出关掉 ErrorAMPLifier 误差放大 TL5001第3 4脚内部带一个误差放大器 4脚为FB反馈信号同误差放大器 端1V基准电压比较 输出的3脚COMP同4脚FB输入是一种反相的关系 4脚输入若为线性增大 COMP输出为线性减小 19 3 IC内部方框图 TL5001内部原理图 与门 Q1 Q2 Q 图11 20 1 TL5001第1脚外接的Q3 D1构成一个射极跟随器 改善PWM波形的瞬变tr时间 加速Q4导通与截止 Q4 S14431 外接8个脚 主要目的为散热作用 2 D3 R14 Q7 R13构成过压保护电路 当负载电压过高时 D3击穿 Q7导通 R13并入R8 大大降低DTC的电压 使ComP电压远远超过DTC值 达到关掉输出之目的 4 INVERTER的其它原理 3 下面就INVERTER的Q5 Q6 PT1 L1等有关电路作个说明 如图12 1所示 使用晶体管换流器 即DCAC电压转换器 叫作罗耶 Royer 电路 PT1各绕组极性如红点所示为同极性端 当S合上 Q1 Q2有iCE iCE2流动 两者不可能完全相等 因Q1 Q2及参数差异 设iCE1 iCE2 则在N1上感生的感应电压 点端为正 它使Q1导通更大 同理N2点端也为正 使Q2导通减小 此时在N1流过得电流IC1 同时变压器铁芯内的磁通Q与IC1以同样的形式随时间成正比增加 若变压器铁芯使用图12 2的矩形磁滞特性曲线时 磁通到饱和后就不再增加 则由e 可知 N1绕组两端的电压变为零 使N1 N2也感应出前述反向的电压 则使Q2导通 Q1截止 此后Q2的IC2与Q1开始情况类似 IC2同样增加 使磁通又会饱和 又会转变到Q1导通 Q2截止 至此完成一个周期 这样周而复始 Q1 Q2轮流导通振荡之 振荡频率求法 在内 由于磁通 特性在 M和 M间变化 所以平均感应为VCC 由VCC V 4fN1 若铁芯截面积为A CM2 饱和磁通密度为BS 高斯 则VCC 4fN1BSAX10 8 伏 考虑到晶体管 铁芯绕组的损耗 均与频率有关 所以不能选择特别低或高的振荡频率 一选用50Hz 120KHz左右 21 图12 2 图12 3 图12 1 VCC 22 晶体管从ONOFF时 由于变压器漏感的影响 在C e间往往会出现尖峰电压 此值很大 会损坏晶体管 应加一个电容C 用以消除尖峰电压 图中的Q1 Q2即对应INVERTER总图中的Q5 Q6 C对应总图中C9 总图中的D2起续流二极管左用 实测INVERTER正常工作后 各点波形及频率如下 D2与L1交点波形PT1输入端 Q5的C极 PT1次级 C10的右边 即CON2 脚 此24VP P经变压器PT1升压 得到PT1次级输出交流高达1800VP P 并以此点亮冷阴极背光荧光灯管 图13 1 图13 2 图13 3 23 T541主板电路分析 主板是由PANEL控制逻辑 灰度系数控制逻辑 DCtODC转换逻辑 传输TTL电平信号到LCD显示模块电路等组成 MCU 8051单片机 主要作电源控制OSD控制 频率计算 RS232通讯等 GMZAN1 集成ADC OSD SCALER 把计算机输入的RGB模拟视频信号转换为数字信号并通过插补缩放处理 输出至液晶显示器PANEL时序控制电路 U304 8050 是将12V变成5V U305 A1C1084 是将5V3 3V U306 5V2 5V U203 24LC21 1KBE2PRom用于存储DDC数据 设备的基本参数 制造厂商 生产名称 最大行频 可支持的分辩率等 U300 24C04 4KBE2PRom 用于存储自动生成数据 白平衡数据 POWERKEY状态及POWERON计数数据等 U200 RB 0 7 TXD 24 MCU脚功能说明 MCU 含64KROM 512byteRAM 8XC51 即8052分列 作频率切换通讯 OSD菜单控制 MODE检测 电源控制等 RS232通讯等 8051单片机 8bit的MCU 20 21 PIN接X300 20MHz 时钟晶体 C303 C306频率补偿 10 PIN复位 H 电平有效 复位完后由 18 PIN输出 L 对GMZAN1进行二次复位 实际 10 PIN为尖峰时复位 串行通信 MCU于GMZAN1间 HDATAO 2 PIN数据位 HCLK主控时钟 6 PIN HFS主控帧同步 7 PIN IRQ 14 PIN中断请求 因某些TIMING输入条件 使GMZANI芯片产生中断 输出IRQ信号给MCU 8 9 PIN NC 37 38 39 40 41 42 43 为KEY板各功能键控制 11 13 RXD TXD为工厂模式调整白平衡用 31 PIN的R319接地 R318 NC 因MONITOR为按键型 24 25 PIN为 NC 26 PIN为控制 3 3V 电路用 当 26 PIN为 L Out时Q307 OFFQ308 G 极 H Q308ON 5V加到U305U305Out 3 3V 19 PIN为空信号检测脚 H 为空信号 L 为有接信号 44 PIN 35 PIN为供电脚 22 PIN接地 16 17 PIN为SDA SCL与E2PROM通讯 3 4 5 PIN多功能总线与GMZANI间通讯 15 也是 25 29 30 PIN分别为背光灯 PANEL允许控制脚 现为空脚 27 28 PIN为 NC 33 32 PIN NC MCU必须有显示器PANEL的所有TIMING参数 这些参数储存在E2PROM中 GMZAN1PANEL接口支持目前几乎所有的厂家PANEL PANEL接口三组参数 PANELCLKPANELDATAPANEL控制 Control 26 CVDD RVDD ADC VDD 主控接口 主控接口 27 GMZANI电路说明 图形处理器 一 当前PC机的Monitor最通用的4种分辩率标准 SVGA XGA SXGA UXGA 1 SVGA超级视频图形阵 最少分辩率为800 600个像素 较适用于15 的屏 随着屏幕尺寸加大 必须要求增多扫描线 扩张每条线上的像素才能保证高质量图像 2 XGA扩张图形阵 分辩率为1024X768个像素 适用于17 和19 显示屏 3 SXGA超级XGA 分辩率为1280X1024个像素 适用于21 和25 显示屏 已达到高清TV要求 4 UXGA特级XGA 分辩率为1600X1200个像素 适用于30 以上的显示屏 用于高级工程设计 制图 GMZANI型控制器能为XGA SVGA应用提供最佳匹配的控制 二 GMZAN1显示器控制的性能 1 内部集成有135MHz三组ADC 模数变换器 外部R G B信号直接加到三组ADC的输入端 其变换频率高达135MHz 2 三组ADC为8bit的 则所有彩色的像素均用24位来量化 其图像分辩率可以从640X480直到1024X768 85Hz 调节 且无需加上帧缓冲存储器 另其内部有预放大电路 模拟信号RGB输入可达XGA 85Hz 支持复合同步绿色信号输入 SynconGreen 及复合同步信号Mode 3 提供良好的标度引擎设置的规则与TFT LCD显示器屏相匹配 从而对整个画面提供一致的光强 并利用GMZAN1中的Sin 改变标度旋转器 使得测试光源透明并增强鲜明度 4 支持多种视频输入格式 其接口为不同的视频传输格式 提供通用连接性 5 内设串行数字接收器 即可每一时钟周期接收一个像素 也可以每个周期接收两个像素 6 集成了高速数字时钟恢复电路 以保证在最坏情况下 也能完全锁定到源像素时钟 即有PLL锁相电路 GMZAN1中所需的各种时钟信号均由50MHz的基准频率产生 28 7 内设有集成OSD控制器以及RAM ROM 用户可扩张字符用的 也可扩充外部OSD支持 支持字符与图形显示 有闪烁镶嵌 透明效果 8 具有10bit可编程GAMMA矫正 灰度系数 9 具有1或4位数据位接口 用4线接口与MCU相连 采用简单四线串行接口 直接与MCU相连 当把数据宽度从1增加到4时 能扩张成7线连接 10 具有自适应的对比度增强电路 11 输出格式 支持8或6Bit的PANEL接口 单 双像素输出格式 12 具有自动设置 自动调整 相位 图像自动调整 自动侦测输入格式 13 有160个引脚 29 二 Gmzan1总方框图 时钟恢复回路GmZan1有一个内部的时钟恢复回路 这个回路由一个DDS直接数字合成的数字时钟合成器和模拟电路PLLVCO组成 它用来产生取样时钟信号 以采集模拟的RGB数据 这个回路锁定于输入的行同步信号 以从MCU的晶振输出或GMZAN1外接的50MHz晶振产生的TCLK时钟输入产生的RCLK作为参照时钟 时钟恢复回路用来调整取样时钟频率 SCLK 在每个行同步信号输入的上升沿产生反馈信号 包括第一个和最后一个行同步信号都可以产生60MHz的频率 在工作电压及温度要求的范围内 可以在1ms之内实现 RCLK参照时钟 模拟RGB 图 16 GMZAN1 图形处理 芯片功能描述 GMZAN1是高性价比的SVGA XGA LCD显示器图形处理器内含 时钟恢复 模数转换ADC 数据通道 缩放灰度系数 OSD控制 PANELTIMING控制 主控接口等电路 如框图 16 30 模 数转换器 ADC GmZan1内部集成了3个模 数转换器 ADC 每一色一个 R G B 每一个ADC由一个内置的CLAMP回路 通过一些大约10nF的滤波电容 一些杂讯可以被消除 CLAMP的脉冲位置和宽度是可以通过编程实现 信号支持 GmZan1芯片支持数字分离信号 数字混合信号和模拟混合信号 支持所有的这些信号都不需要额外的外围电路 每个ADC都是8 bits输出 用于将输入的模拟RGB信号转换成8 bits的数字信号 分别为R0 R7 G0 G7 B0 B7 PinConnectionforRGBInput信号的连接请参照下表 当PANEL的时钟信号与取样时钟信号 或一半 不同时 有一个屏时钟用来驱动PANEL 它是由一个和时钟恢复回路一样的回路产生的 它们的区别在于 取样时钟信号锁定于行同步输入信号 而驱动时钟信号锁定于取样时钟信号 图17 31 源时序产生器 STG STG模块定义了一个图形抓取窗口 并且发送数据给数据通道模块 图 18 显示了这个窗口的定义 在水平的方向 它被定义在SCLKs 等价的像素计算 equivalenttoapixelcount 在纵向的方向 它被定义在行 所有以 Source 开头的参数均被定义在GmZan1的寄存器中 请注意场总值只跟输入信号有关 参考点定义如下 一行的第一像素 在取样时钟信号的上升沿 极性从低的向高的像素 帧的首行 在行同步信号的上升沿 极性从低的向高的行 图18 参考点 起点 宽度 高度 总行数 32 源时序TIMING生成检测 当它收到一个信号 RGB以及同步信号 后 源TIMING计算单元 STM 会用信号和TCLK来作为参考 计算行 场的TIMING 通过对每个参数的取样 得出水平方向的最大值 和最小值 计算的值每一行都会更新根据行的参数值求得出场的参数 行同步输入信号的边缘值用来检查场同步输入信号的极性 输入信号TIMING计算输入的数据由模数转换器输向源TIMING产生器 STG 模块 STG模块定义1个图像抓取窗口 并且发送到数据通道模块 输入TIMING计算模块包括 源TIMING计算 STM 模块和中断请求 IRQ 控制器 输入TIMING的参数是由STM模块计算储存在寄存器中 中断请求控制器 某些输入的TIMING条件能使GMZAN1芯片产生中断 中断产生条件 33 主机接口GMZAN1的微处理器接口有两种操作模式 GMB120兼容模式和一个4BIT串行接口模式 GMB120兼容4信号模式由一个数据位 HDATAO 一个画面同步信号 HFS 一个时钟信号 HCLK 和一个中断请求信号 IRQ 组成 当MFB6 U200 106 PIN 未接一个下拉电阻时进入这个模式 即R317NC时 本机即不为此模式 4 bits串行接口模式 该模式下每个时钟沿有4个数据位 当MFB6 Pin106 接一个下拉电阻 O 时 进入这个模式 在此模式下 一个复位脚拉低时设置芯片到一个已知状态 当CVDD稳定之后 CVDD是PANEL 存储器电源 3 3V RESETn必须保持 L 电平至少100ns 以便复位芯片到已知状态 另此时MFB9 7用于HDATA3 1 99 PIN的HDATA用于HDATAO 本机属于4bit串行接口模式 数据通道它包含缩放过滤器 GAMMA控制调整 数据消抖 R G B偏置 OSD发生器 作用是对取样8Bit的R G B数据信号进行插补缩放处理 亮度 对比度 色温等调整 最终输出能被PANEL接受的最大解析度模式 主板输入接口主板提供一个15脚的连接器用于与PC连接 作为显示信号输入端口 如下图19 其各PIN定义参考见下表 34 图19 35 源时钟恢复电路描述 GMZAN1 显示图形处理器 时钟恢复电路部分功能说明 1 取样时钟 SCLK 生成电路方框图见 20 取样时钟 SCLK 回路锁定于输入信号的行同步信号 经取样相位延迟和直接数字时钟合成器 DDS 跟踪调节及模拟锁相 PLL 及 VCO 生成取样时钟 SCLK 信号 其信号在每一行同步信号输入的上升沿产生反馈信号 取样时钟信号的频率范围是10 135MHZ 2 晶振时钟 TCLK 生成晶振时钟是由U201振荡器直接生成50MHZ TCLK输入GMZAN1的PIN141脚 生成RCLK作为参照时钟 3 参照时钟 RCLK 生成参照时钟 RCLK 是由输入的TCLK经过模拟锁相 PLL 及 VCO 和比例因子生成RCLK 作为取样时钟 SCLK 的参照时钟 4 PANEL时钟信号即屏时钟 PCLK 是由PANEL数据的每周期的单像素频率的定时时钟信号 实际PCLK在一个时钟周内可以显示PANEL双像素 在其屏时钟与取样时钟不同的情况下 PANEL时钟是驱动时钟 DCLK 经DDS和PLL生成 5 驱动时钟 DCLK 生成 1 驱动时钟 DCLK 是由RCLK经过DDS PLL及源水平总程分频生成的时钟 DCLK 周期等于单像素 时钟周期模式下的PCLK 2 当PANEL的时钟信号和取样时钟 或一半 不同时 要有一个屏时钟用来驱动PANEL 其时钟是由PLL分频中的M和N值确定 M和N值是由软件通过寄存器计算得来的 36 三 取样时钟 SCLK 生成电路方框图 H sync 取样相位延迟 模拟PLL及VCO 粗调 模拟PLL及VCO 信源水平总程分频 PLL分频除 M CLK分频 除N 微调 SCLK取样时钟 RCLK参照时钟 TCLK50MHZ PLL除N PLL除2 DCLK n驱动时钟 RCLK参照时钟 驱动屏时钟 图20时钟恢复取样时钟生成电路 TCLK晶振时钟SCLK取样时钟RCLK基准时钟DCLK屏驱动时钟 37 四 数据通道方框 数据通道功能说明 参考图21 数据通道内含 缩放过滤器GAMMA校正 RGB偏置 PANEL去抖动等电路组成 SCALINGIC是将VGA输出不同的解析度与频率的信号最终转变成LCDPANEL可以接受的解析度与频率 缩放过滤器 GmZan1缩放过滤器使用了Genesis公司的先进专利技术 可以提供高质量的实时视频和图象缩放 对ADC模块输出的8Bit数据信号进行图像几何处理 数字运算 例 输入信号为640 480 PANEL的显示为1024 640 X 768 480 Y 用X Y值来进行计算 以实现1024 768扫描 即进行插补处理 38 GAMMA校正 用来调整TFTPANEL所显示的RGB数据的特性参数 整个GAMMA校正也可以被设成是独立的三个通道 另外 GAMMA校正也可以被用做对比度 亮度 白平衡 色温 的调整 它以8bit输入 并产生一个10位输出数据信号 目的移走输入数据中的非线性 使其输出信号真正代表线性亮度 RGB偏置 RGB偏移为每个颜色通道提供了一个简单的转换 正或负 它可以在有限的范围内进行简单的亮度调整 它的值在0 FFH之间 这种调整比计算GammaTable要快得多 同时用户可以通过它来对OSD进行快速的亮度调整 偏移的范围从 127级到 127级 PANEL数据消抖 对于那些RGB输入小于8位的 GMZAN1会提供一些规则的或是随机的去抖动方式 这使PANEL的图像看起来更平滑 PANEL背景色 显示器的背景色是可选的 一般情况下设为黑色 OSD控制 GMZAN1芯片有一个内部 屏幕显示 OSD控制器集成字型ROM 芯片还支持外部OSD控制器 以提供一个用户接口 内部和外部OSD窗口可以显示于PANEL的任意位置 OSD窗口不受缩放操作影响 其大小将保持一致 PANEL接口 GmZan1能与目前常见的640 x480 800 x600and1024x768分辨率的Panel兼容 一般采用双像素传输方式 分为奇 ODD 偶 EVEN 传输 传输模式如下图 双像素传输模式时序 图22 39 LCDPANEL开启控制 LCDPANEL开启与关闭是按照一个固定顺序的 否则 将损坏PANEL 所以 GMZAN1有一个严格驱动顺序 A state0 POWEROFF 此时PPWRPBIAS为低电平 PANEL被强制为0 此时PANEL关闭 PPWR屏供电 PBIAS屏编置 B state1 POWERON 此时PPWR为高电平 供电开启 但数据还为0 PBIAS为0 C state2 PANEL驱动允许 此时PBIAS为0 灯管不亮 其它为高电平 D state3 PANEL正常工作 此时四个信号全为高电平 PANEL显示 PANEL的关闭顺序也是同理 先关闭TFT EN 后关闭PBIAS 接着数据信号 最后关闭PPWR电平 整个PANEL停止工作 t1 t2 t3的时间可以从编程上实现 PANEL显示允许信号 PANEL电源控制 数据信号 灯管控制 五 LCDPANEL开启控制时序 图23 40 以下为ZAN1管脚功能表 若非特殊情况 不用的输入PIN须接地 不用的输出PIN须悬空 表1 模数转换 ZAN1管脚功能表 41 表2 OSD及接口部分 42 43 表4 TFTPanel接口部分 44 45 表6 VDD VSSforCoreCircuitry HostInterface andPanel MemoryInterface 表5 测试Pins 46 LM2596工作电路图25 由于各芯片需要的直流供电电压不同 而主板上输入的电压为Adapter提供的12V直流 这不能满足主板各个部分的要求 主板上为各IC供电需要有 5V和 3 3V电压 所以需要有直流电压转换 主板上采用2片直流电源转换芯片 LM2596和AIC1084 其中AIC1084为3端5A低压差可调输出稳压器 输入电压5V输出3 3V电压 图24为其电路图 用于将 5V输入转换为 3 3V 5A的直流输出 AIC1084工作电路图 LM2596为直流稳压器 其可输出 3 3V 5V 12V电压和3A电流 其输入电压最大值可达40V 外部只要接4个其他元件就可以工作等 图25为其工作电路图 用于将 12V输入转换为 5V输出 六 主板电源变换 24 47 1 输入数据捕获单元 1 此单元包括两个主要功能 即数据源块和定时发生器块 数据源块由输入端 ADC以及时钟恢复电路组成 因输入R G B为模拟的 所以应使之数字化 取样量化 当数据源块把输入信号设定后 源定时发生器 STG 设置一个窗口 使该窗口内的数据发送到数据通道块 窗口见图26 GMZAN1内部框图 图26 48 ADC取样频率fsmin 10MHz fsmax 135MHz 允许全扩输入电压为0 75V时钟恢复电路产生取样时钟信号SCLK去取样模拟R G B数据 电路锁定于视频信号的行同步HSYNC 利用直接数字合成DDS技术 时钟恢复电路能产生在10 135MHz的任何一种SCLK的时钟频率 在图 20 中的RCLK中分离出来 并且作为时钟恢复电路的基准时钟频率 TCLK是50MHz晶振 U201 取得 它作为晶振时钟 DCLK用于驱动显示屏 当屏时钟 PCLK 不同于SCLK或SCLK 2时 可用类似的时钟恢复电路一样的回路分频 DDS等方式来生成使其锁定于SCLK 这样保证在PANEL的时钟信号 PCLK 与取样时钟信号SCLK不同时 则可以有一个PCLK来驱动PANEL 当SCLK锁定于行同步输入时 则DCLK锁定于PCLK 也即是DCLK的N次分频 DCLK n 锁定到SCLK的M次分频 SCLK M 对于每个的M和N值是由软体在寄存器中编程 GMZAN1内的可编程单元通过延迟行同步输入信号 以调整ADC取样相位 即上图中ADC取样相位测量是自动调整的 输入数据从数据源块发送到源定时发生器STG块 该STG块定义了一个捕获窗 在该窗内的数据才能发送到数据通道块 见47页的图26 捕获窗口见31页的图18 49 GMZAN1数据通道经采样的8位R G B数据经缩放过滤器 Genesis公司先进的专利技术 可提供高质量的实时视频和图像缩放 当信源分辩率低于PANEL分辩率 1024X768 时 为确保最好的显示质量 GMZAN1提供了一个先进的数据内插器 输入数据的二维矩阵计算出水平和垂直方向扩展的最佳输出数据 为此在数据通道块中设置了8位内插系数的可编程1024字节平台 这样一来可调R G B数据使其适合TFTPANEL独有的显示特性 如 信源分辩率为800X600 则应补点之 补 1024 800 224 个点 以1 3 5 2 4 6补点之 这样可避免看出两条 竖线来 若不补点 则画面会变小 如 信源分辩率为1280X1024 则应扣点之 或采用行内插 提高扫描线数 从而使图像垂直清晰度提高 还可利用输出 平台来调整对比度 亮度和白平衡 经缩放过滤器后的8位数据加到输入 平台 它产生10位信息输出 其目的是移走输入数据中的非线性 而使其输出信号正代表线性亮度 再将它加到扩展内插处理器 由 平台Out的信号加到R G B偏置电路 它能对每一个彩色通道提供正和负的简单偏置 对于负偏置来说 数据钳位到零 对于正偏置来说数据钳位到FFh 这样调整要比 平台重新调整来得快 并能与OSD用户控制一起提供快捷亮度调节 所偏置范围可从 127到 127 TFTPANEL对于每一路R G B输入不要求8位数据 而GMZAN1却能提供8或6位数据 即提供一些规则的或是随机的去抖动方式则可使运动图像能更平滑地渐变色彩 50 采样数据 GMZAN1也能提供不同的显示屏背景彩色 但通常设置为黑色 GMZAN1能与目前最常见的640X480 800 600 1024X768分辩率的PANEL兼容 GammaControt CLUT 灰度系数校正控制 以保证线性 填多少值由软件控制 PCLK屏时钟 44 PINLG 70MHz 中华为31 25MHz PANEL及GMZAN1划分多层地是为了不干扰别的区 GMZAN1 86 BLUE 入 87 BLUE 入是差分方式入 是为抗干扰用 GMZAN1 76 PPWR 为PANEL电源 75 PBIAS 为PANEL偏置 PANEL可接受的垂直扫描频率为小于75HzGMZAN1为50MHz输入 而MCU为20MH时钟 51 一 PANEL供电分析 4 U200 76 PIN 3 3V H Q250ONJP211Q200OFFQ200VC H Q201VG H Q201ON 3 3V或5V加到PANEL 二 背光灯加电分析 U200 75 PIN 3 3V H Q303ONJP300 连Q304OFF 5V经CN303 3 端加到INVERTER 使INVERTER工作 三 空信号时 U200 75 76 3 3V LED橙色 背光灯亮着 但无画面 淡淡的均匀光 四 S by OFFMode SuspendU200 75 76 OV 背光灯不亮黑屏 LED橙灯 五 当R G B每个8bit则8bitX3 24bit 224达0 167亿色 真彩 若单像素R G B每个6bit则6bitX3 18bit 218达262144色 六 CPTPANEL为双像素8bit型 LG PANEL LGX2LGX4PANEL为6bit型 LGX5用双像素6bit传输时 则PCLK可降为一半40MHz 但输入信号时钟仍为78MHz HANNSTAR为双像素6bit型 52 七 MB 主板 上不同之点有以下几点应注意 1 MCU不同 料号不同时 内部软件不同 即U302不同 2 某些点位的电压跳线不同 3 当配不同PANEL时 则其变得供电电压不同 MCU也不同 4 EMI对策的零件值有不同的如 L203 L204 LP201 LP211 CP201 CP212 5 主板配不同厂家PANEL 则主板编码有区别 八 当前市场上LCD产品以XGA1024X768 75Hz 85Hz为主 则其ADC的取样频率必须为80 100MHz 点频或屏时钟频率 九 取样 ADC 的PLL部分是对取样频率进行锁相 它是由软体CPU控制 它利用输入的HSYNC 行同步信号 来生成各种VGA模式的影像频率或屏时钟频率 Pixelclock或PCLK PLL在系统审计上必须注意其位置和布线都会影响到杂讯的产生 从而造成PLL输出的频率不准确 若PLL产生出来的CLOCK和PHASE不准 则送到ADC作模数转换时便会因取样 SamPling 点错误产生杂讯 较常见的现象为一条直线或整个画面抖动 扭曲或是有杂点 十 ScalingIC 定标 缩放IC 是整个LCDMonitor核心 其作用是把VGA输出的各种不同解析度和频率转变成LCDPANEL可以接受的范围而加到PANEL上去 此称为图像尺寸再生 这因为LCDPANEL的解析度和频率是固定的 若要将影像显示在PANEL上 就必须符合其输入要求 如15 XGApanel为1024X768解析度 则表示它的水平及垂直显示点数为1024X768点 假如VGA卡输出的为640X480若不经再生动作 则显 53 示的画面只有中间部分 无法填满整个屏 所以应作补点动作 同样若输入1280X1024的解析度 则超出了PANEL的容许范围 则MUTE无法显示 一般最简单的再生方式是利用内插法或是补点法来实现 再生的好坏 可以在文字模式或斜线上看出 不好的定标IC 在影像放大时斜边上会有锯齿状发生 定标IC的另一个工作是FrameRateConvert画格率转换简称FRC 其作用是将VGA输入的垂直扫描频率 即刷新频率 转换成PANEL能接受的范围 一般来说PANEL可接受的垂直频率皆低于75Hz所以当输入85Hz的VGA信号时 定标IC就必须把整个画面的频率降低到75Hz或更低 此时就必须外加记忆体 FrameBuffer帧寄存器的记忆 来作处理 Scaling的基本功能为自动校正 生成 只要按下Auto 则系统自动调整亮度 对比度 频率和相位 ScalingIC即GMZAN1 图形字符处理器 54 主扳供电电路 11Vp p150KHZ 图28 55 20MHZ2 3Vp p MCU电路原理图 开机为低电平复位 图29 56 Gmzan1相关电路 图30 57 四 实际电路中的相关控制动作说明 1 各厂家PANEL的供电及电路连接 2 PANEL的供电及电路控制 U200 76 脚输出 H 电平 3 3V Q250ON经JP211Q200OFFQ201ON 3 3V经JP202 Q201加到PANEL 5V经JP201 Q201加到PANEL3 背光灯加电控制 U200 75 脚输出 H 电平 3 3V Q303ON经JP300连Q304OFF 5V经CN303 3 端加到INVERTER 使其工作点亮背光灯 4 空信号时 信号线未接上 此时CN200 8 端为 5VMCU 19 脚为5V经MCU与GMZAN1GMZAN1 75 脚为 H 3 3V 通讯 76 脚为H 3 3V PANEL有加电INVERTER工作 背光灯亮着 因未接信号线则无数据 无画面 有淡淡的光 LED橙色 5 S by时 待机 信号线有插上 但缺同步信号 OFF ModeSuspend 58 此时CN200 8 端为 L OV MCU 19 脚为OVGMZAN1的 75 76 脚为OV背光灯不点亮黑屏 LDE橙灯6 复位控制 1 MCU的复位 5V R313 C313 一 D301 TOMCU 10 脚 开机瞬间 C313上电压不能突变 所以R313上电压突跃到5V 然后在很短时间 C313充电完成 则R313上电压下降为OV 所以在R313上形成一个极窄的上跳尖峰脉冲使MCU复位 2 GMZAN1的复位MCU复位后使MCU 18 脚输出 L 电平直接加到GMZAN1 100 脚 复位脚 使GMZAN1复位7 功能键是按键型 飞梭型的选定 此由MCU 31 脚的电平高低来决定的 当 31 脚为 L 电平 即R319 0 有接时 R318未接时 则设定为按键型 使LED1绿色当 31 脚为 H 电平 即R319未接 而R318有接时 则设置为飞梭型分 8 面板键及LED的控制 由MCU 37 43 脚以及JP101 CN302接插件和SW101 SW105 Q101 Q102组成功能控制电路 当MCU 37 脚为 H 电平CN302 1 端为 H JP101 9 端为 H Q102ON 则5VCN302 8 脚JP101 2 脚Q102ONLED1R108地使LDE1绿色 当MCU 38 脚为 H CN302 2 端为 H JP101 8 端 H Q101ON 则5VCN302 8 端JP101 2 端Q101ONR108地 使LED2橙色 59 经EK7402 内部作用 9 信号流程 PC模拟信号 RGB CN200 2 4 6 U200 95 94 91 90 87 86