液晶顯示系統中點對點驅動方式TCON的設計研究

李戡

摘要：隨著我國工業生產水平的快速提高，液晶顯示系統也在研發中不斷更新進步，由于點對點的傳輸方式具有適合高分辨率信號高速傳輸等諸多優點，逐步成為大尺寸電視的主流傳輸方式。本文結合筆者多年的工作經驗，通過對RSDS總線架構與點對點架構的TCON控制系統進行對比分析，并提出了點對點TCON控制系統設計過程中需要注意的相關事項，以作參考。

關鍵詞：顯示系統；TCON；驅動設計；點對點傳輸

一、點對點驅動方式的TCON控制系統架構圖及優點分析

在液晶顯示器中，TCON（timingcontroller）與CD（columndriver）之間的傳信號輸方式主要有兩種：一種是總線架構的傳輸方式，另一種是點對點架構的傳輸方式。點對點的傳輸方式要求每個時鐘周期內所有的CD都接收其相應列的像素數據，因此TCON必須將每一行的像素數據分割成幾個部分，然后將這幾部分的數據同時發送到相應的CD。根據上述的設計思路，本設計了一種基于點對點架構的TCON控制系統，其總體框架如圖1所示。該系統大體可以分為5個大模塊，它們分別是：Datain模塊、LineBuffer模塊、Dataout模塊、TimingControl模塊以及Package模塊。

相比目前仍廣泛使用的RSDS總線架構，其主要特點是所有CD（columndriver）共用一條總線，并且總線寬度會隨著顏色深度的增加而呈線性遞增。例如，當色彩深度是6bit時，則需要9對線的總線寬度；當色彩深度上升至8bit時，則總線寬度需要升至12對線。RSDS技術由于采用總線架構，所有CD都掛在同一條總線上，因而每個時鐘周期內只能有一個CD接收數據。由于TCON與每個CD之間只用1對差分信號線傳輸數據，因此每個時鐘周期只能傳輸1bit的數據。最后，在TCON與CD的通信過程中，除了傳輸像素數據外，還需要傳輸控制CD狀態的控制信號，例如POL、INVERT及SHL等信號。然而在RSDS架構中，這些控制信號的傳輸都需要額外的數據線，而點對點TCON控制系統能夠克服這些問題，顯然具備了RSDS架構系統更為完善的傳輸特性。

二、點對點TCON控制系統設計過程中的幾個要點

2.1 Datain模塊的設計

Datain模塊的作用是將輸入信號轉成特定格式的數據流及時序控制信號。這里輸入Datain模塊的是符合VGA標準的信號，包括R、G、B三基色信號以及Vsync和Hsync同步信號。首先，輸入的R、G、B三路信號經過并串轉換整合成一路數據流（DataStream），并輸出至LineBuffer模塊中暫存。顯然DataStream的時鐘頻率必須為VGA信號時鐘的3倍，即Fdatastream=3×Fvga。其次，Datain模塊還要為LineBuffer模塊產生寫地址W_addr以及寫允許W_en信號，用以對輸入至LineBuffer模塊的DataStream數據進行存儲控制。最后，場同步信號Vsync以及行同步信號Hsync被處理成De和Vsync_m信號輸出給TimingControl模塊，以便對后續模塊的時序進行精確地控制。

2.2 LineBuffer模塊的設計

LineBuffer模塊將輸入的數據暫存，同時將每一行的數據進行分塊處理。假設TCON接有N個CD，就需要將行數據分成與之對應的N個部分，因此LineBuffer模塊共有N個輸出。值得注意的是，這里的N應該是一個可調的參數。待每一行數據分塊處理完畢后，則N個部分的數據同時輸出。可以得出，LineBuffer模塊每一Part的時鐘頻率為：Fpart=Fdatastream÷N。

2.3Dataout模塊的設計

TCON與每個CD之間是通過一對差分信號線進行串行傳輸的，也即每次只能傳輸1bit數據。而輸入Dataout模塊的數據是并行數據，因此在Dataout模塊中必須將輸入的信號進行并串轉換，使其成為1bit的串行數據輸出。由于RGB數據在之前可能經過Gamma校正查找表將顏色深度擴充為10bit甚至更高，因此在這里假設擴充后的顏色深度為Kbit。又設串行數據的時鐘頻率為Fbit，因此：Fbit=K×Fpart。另外，在處理輸入數據的同時，Dataout模塊還要利用計數器產生R_addr讀地址信號，并輸出給LineBuffer模塊，以讀出LineBuffer模塊中存儲的數據。

2.4TimingControl模塊的設計

TCON除了要與CD進行數據傳輸之外，還需要傳輸行場同步信號給CD和RD（rowdriver）以便使得三者協同工作。TimingControl模塊通過對從Datain模塊輸入的De和Vsync_m信號進行時序上的處理，產生Sp_v和Sp_h兩個時序控制信號輸出至CD以及RD以實現此目的。

2.5Package模塊的設計

為了進一步減少TCON與CD之間的連線，在傳送每一行數據之前先要傳送帶有控制信息的header。Package模塊的功能就是產生控制CD狀態的控制字，并將這些控制字置于header中。

2.6軟件驗證

通過硬件描述語言VHDL對上述5個大模塊進行編程，并利用QuardusII對各個模塊進行功能以及時序驗證。圖2給出的是整個TCON系統時序仿真的結果波形。圖中iclk1，iclk2均為50MHz的外部輸入晶振時鐘，clr則為系統復位信號。R、G、B以及Vsync和Hsync則分別為外部輸入VGA圖象的數據信號以及場行同步信號。輸出信號包括了lvds_out0～lvds_out7以及sp_v與sp_h。其中lvds_out0～lvds_out7為TCON與CD之間的數據傳輸接口，sp_v和sp_h則是時序控制信號，用以與CD、RD協同工作，使得液晶顯示器能夠正常輸出圖像。

三、結束語

可見，隨著人們生活水平的提高，對物質上的要求也越來越高，而點對點驅動架構的TCON系統自然成為大尺寸、高分辨率顯示器的合理選擇，滿足當下市場和用戶的需求。我們也會在實踐中不斷實現創新，進一步完善TCON系統功能以及更新更智能化的液晶驅動技術，以匠人精神打造更具現代化的新產品。

參考文獻：

[1]基于FPGA的彩色圖像Bayer變換實現[J].王金濤，王驍男，張忠華，李勁松，張曉來.現代電子技術.2015（10）

[2]應用TFT-LCD TCON中的圖像處理改進算法研究[J].冉峰，姚樹建，康希.微計算機信息.2015（24）

[3]基于改進Bayer抖動算法的圖像色彩增強技術[J].劉政林，郭旭，鄒雪城，肖建平.華中科技大學學報（自然科學版）.2016（05）endprint