Source&Gate IC驅(qū)動(dòng)架構(gòu)介紹

驅(qū)動(dòng)IC是一種集成電路芯片，用于控制LCD面板和AMOLED面板的開(kāi)關(guān)和顯示方式。隨著面板顯示分辨率和數(shù)據(jù)傳輸速度的提高，對(duì)驅(qū)動(dòng)器IC的要求也越來(lái)越高。

我們常見(jiàn)的，α-si 類型的LCM模組一般搭配兩種類型IC，Source & Gate IC——Gate Driver IC連接至晶體管之Gate端，負(fù)責(zé)每一列晶體管的開(kāi)關(guān)，掃描時(shí)一次打開(kāi)一整列的晶體管。當(dāng)晶體管打開(kāi)(ON)時(shí)，Source Driver IC才能夠逐行將控制亮度、灰階、色彩的控制電壓透過(guò)晶體管Source端、Drain端形成的通道進(jìn)入Panel的畫(huà)素中。

因?yàn)?strong>Gate Driver IC負(fù)責(zé)每列晶體管的開(kāi)關(guān)，所以又稱為Row Driver或Scan Driver。當(dāng)Gate Driver逐列動(dòng)作時(shí)，Source Driver IC負(fù)責(zé)在每一列中將數(shù)據(jù)電壓逐行輸入，因此又稱為Column Driver或Data Driver。



后來(lái)有了另外一種技術(shù)——GIA（Gate Driver in Array）技術(shù)， 使用GIA電路取代Gate IC, 將Gate IC和Source IC進(jìn)行整合。只需要Source driver IC即可驅(qū)動(dòng)Panel。

01

TFT panel驅(qū)動(dòng)架構(gòu)介紹

TFT驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三部分：Timing controller，Source driver，Gate driver；

名詞解析：

Tcon：Timing controller 時(shí)序控制，接受顯示主控芯片的LVDS數(shù)據(jù)，控制gate driver IC 和 source driver IC實(shí)際驅(qū)動(dòng)LCD panel；

Gamma reference voltages：Gamma參考電壓 ，gamma產(chǎn)生的V0~V10作為基準(zhǔn)電壓，Source Driver IC內(nèi)部繼續(xù)分壓產(chǎn)生64階灰度reference voltages；

Vcom reference voltage：Vcom 參考電壓

Column Drivers：列驅(qū)動(dòng)器（Source Driver 驅(qū)動(dòng)器）

Row Drivers：行驅(qū)動(dòng)器（Gate Driver 驅(qū)動(dòng)器）

DC/DC converter：直流轉(zhuǎn)換電源，提供 Gate Driver IC， Gamma，Source driver需要的正負(fù)高電壓，數(shù)字工作電壓

功能介紹：

Timing controller：

（a）通過(guò)控制信號(hào)，協(xié)同Source driver，Gate driver按照正確的時(shí)序工作，驅(qū)動(dòng)面板；

（b）數(shù)據(jù)信號(hào)的輸入并做相應(yīng)處理后傳輸?shù)絪ource driver；

（c）內(nèi)嵌基本圖像處理算法（FRC,Over Drive,BFI,Color Engine,Gamma Correction）等；

Source driver：

接受Timing controller的控制信號(hào)（Pol，TP，STH），將輸入數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓輸出，配合TFT的開(kāi)關(guān)，對(duì)面板的像素電極進(jìn)行充電；

Gate driver： 接受Timing controller的控制信號(hào)（OE，STV，CPV），按照正確的時(shí)序循環(huán)輸出開(kāi)關(guān)電壓給TFT 柵極，控制TFT的開(kāi)關(guān)；

02

Gate IC 介紹

Gate Drive IC用來(lái)掃描每一行的 TFT，將其打開(kāi)來(lái)顯示該行的圖像

工作原理介紹：

Output Buffer: 輸出緩存放大器增強(qiáng)輸出的驅(qū)動(dòng)能力。

Level Shifter: 電位移轉(zhuǎn)器，可將3.3/0V電壓轉(zhuǎn)移到TFT開(kāi)關(guān)電壓26V/-8V上

Shifter Register: 移位寄存器，每一個(gè)時(shí)鐘CPV上升沿，將輸入級(jí)邏輯狀態(tài)傳輸?shù)捷敵黾?jí)，實(shí)現(xiàn)掃描。

名詞定義:

Vclock: 垂直時(shí)鐘信號(hào)，

Vsync: 垂直掃描同步信號(hào);

OE:output enable;輸出使能信號(hào)，當(dāng)數(shù)據(jù)引腳設(shè)置為低電平時(shí)，讀取數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)引腳輸出。

Vgon，Vgoff：TFT 開(kāi)關(guān)電壓；

S/R:Shift register移位寄存器，

Logic：邏輯運(yùn)算電路

移位寄存器：

Vclock: 垂直時(shí)鐘信號(hào)，

Vsync: 垂直掃描同步信號(hào);

控制時(shí)序如下：

03

Source IC 介紹

Gate驅(qū)動(dòng)IC負(fù)責(zé)將掃描線觸發(fā)。Source驅(qū)動(dòng)IC再將資料傳輸上去

工作原理介紹：

Output Multiplexer: 輸出復(fù)選器選擇輸出電壓極性

Buffer:輸出緩存器，為輸出電流增幅，保證足夠大的Panel驅(qū)動(dòng)能力

DAC: 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，以Gamma電壓為基準(zhǔn)，將輸入的mini-LVDS信號(hào)轉(zhuǎn)換為Panel顯示的模擬信號(hào)。

Level Shift: 電平移位器，將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行電平增大，驅(qū)動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換.

Line Buffer:進(jìn)行第n行數(shù)據(jù)緩存便于第n+1行接受。

Shift Register:移位寄存器，把串行順序數(shù)據(jù)移位存儲(chǔ)

名詞定義:

Hclock: 水平時(shí)鐘信號(hào)，

Hsync: 水平掃描同步信號(hào);

S/R:Shift register移位寄存器，是指有若干個(gè)寄存器排成一行，每個(gè)寄存器中都存儲(chǔ)著一個(gè)二進(jìn)制數(shù)（0或1）。移位寄存器每次把最右端（末端）的數(shù)字輸出，然后整體向右移動(dòng)一位。

Latch：數(shù)據(jù)鎖存;鎖存器是一種在異步時(shí)序電路系統(tǒng)中，對(duì)輸入信號(hào)電平敏感的單元，用來(lái)存儲(chǔ)信息。

L/S:Level 電平轉(zhuǎn)換器，它的主要作用是將輸入信號(hào)從一個(gè)電壓域切換到另一個(gè)電壓域。不同電壓域的VDD是不一樣的，如果不進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，器件就無(wú)法正常工作。

DAC:數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它是把數(shù)字量轉(zhuǎn)變成模擬的器件。

Buffer：模擬信號(hào)放大器

POL：source output極性控制信號(hào)

DIO1/DIO2：多顆source IC級(jí)聯(lián)的同步控制信號(hào)

V1~V14：Gamma電壓信號(hào)，source output參考電位

SHL：Source channel output順序控制信號(hào)

REV：解碼器取反控制信號(hào)，使IC可以靈活用于NB或NW的方案。

TP：Source output輸出控制信號(hào)，上升沿鎖存器鎖存數(shù)據(jù)，下降沿source output輸出波形至source line。

04

顯示驅(qū)動(dòng)芯片方案

第一類：完全分離型顯示驅(qū)動(dòng)芯片方案，TCON+Source IC+Gate IC

在完全分離型芯片架構(gòu)中，TCON獨(dú)立于Driver IC設(shè)計(jì)在PCB上，Source IC和Gate IC分別綁定在玻璃側(cè)邊和底部。TCON輸出Display Data、Source Control和Gate Control信號(hào)，通過(guò)PCB、FPC和玻璃基板走線，分別傳輸給Source IC和Gate IC。Source IC和Gate IC分別通過(guò)玻璃基板走線向Display Area（顯示區(qū)域）傳輸電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)顯示面板工作。

第二類：部分分離型顯示驅(qū)動(dòng)芯片方案，TED+Gate IC

該方案將TCON和Source IC整合為一顆TED IC，Gate IC為獨(dú)立芯片，系統(tǒng)主控芯片通過(guò)FPC輸入System Data, TED IC中TCON模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后在芯片內(nèi)部輸入給Source模塊，同時(shí)通過(guò)玻璃走線將Gate Control信號(hào)輸入Gate IC。TED IC和Gate IC分別通過(guò)玻璃走線向Display Area傳輸信號(hào)。該方案對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行了部分整合，但距離單芯片解決方案仍有較大差距。 該方案主要在中尺寸顯示面板發(fā)展早期出現(xiàn)，大部分使用LVDS接口，并且使用該TED IC均需要搭配其特定的Gate IC使用。目前主要在低端應(yīng)用市場(chǎng)如汽車后裝市場(chǎng)流通。

第三類：整合型顯示驅(qū)動(dòng)單芯片方案，One Chip Solution

隨著面板制造技術(shù)的進(jìn)步，以及市場(chǎng)需求的推動(dòng)，面板廠逐步引入GIA（Gate Driver in Array）技術(shù)， 使用GIA電路取代Gate IC, 將Gate IC和Source IC進(jìn)行整合。 傳統(tǒng)TFT-LCD面板Gate線路采用配線從驅(qū)動(dòng)芯片導(dǎo)入信號(hào)使TFT開(kāi)啟，將顯示信號(hào)輸入到像素單元完成畫(huà)面顯示。由于每一條配線對(duì)應(yīng)一行Gate電路，配線條數(shù)較多，占用空間較大。

為對(duì)應(yīng)窄邊框和高解析度產(chǎn)品需求，集成柵極驅(qū)動(dòng)電路（GIA, Gate Driver in Array）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。GIA即在TFT玻璃上通過(guò)用MOSFET所搭建的電路，給每行設(shè)計(jì)一組GIA電路，僅輸入少量GIA Timing信號(hào)，可輸出多路Gate控制信號(hào)，從而替代Gate Driver IC的功能。目前GIA方案已廣泛應(yīng)用在智能手機(jī)、平板電腦等主流顯示市場(chǎng)，促進(jìn)了智能手機(jī)、平板電腦等領(lǐng)域整合型顯示驅(qū)動(dòng)芯片的發(fā)展。

顯示面板驅(qū)動(dòng)芯片類型通常由面板設(shè)計(jì)規(guī)格決定，而面板設(shè)計(jì)規(guī)格源于下游市場(chǎng)及客戶的需求。一款顯示面板是選擇使用整合型驅(qū)動(dòng)芯片方案還是分離型驅(qū)動(dòng)芯片方案，通常在面板設(shè)計(jì)初期就會(huì)決定，一旦面板設(shè)計(jì)定型后，相應(yīng)的面板驅(qū)動(dòng)芯片架構(gòu)也隨之確定。

以上三種架構(gòu)在玻璃基板走線以及芯片綁定連接的Pin腳設(shè)計(jì)均完全不同，每一種面板設(shè)計(jì)架構(gòu)對(duì)應(yīng)一種芯片，即或是分離型芯片，或是整合型芯片。分離型芯片（包括TED芯片）適配的面板，無(wú)法用單芯片替代，反之亦然。 受應(yīng)用場(chǎng)景、客戶需求的影響，單芯片產(chǎn)品與分離型芯片產(chǎn)品的技術(shù)路線存在較大差異。

單芯片架構(gòu)需整合數(shù)字電路、模擬電路、算法軟件等，相比分離型芯片要投入較多資源、人力滿足高整合、低功耗、抗干擾等多個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)格；而在模擬電路設(shè)計(jì)方案、通信接口協(xié)議、系統(tǒng)架構(gòu)等方面，整合型芯片與分離型芯片的設(shè)計(jì)方案均存在明顯差異。所以DDIC企業(yè)一般需搭建獨(dú)立研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展整合型、分離型的研發(fā)工作，資源、人力成本投入高。行業(yè)內(nèi)惟有個(gè)別企業(yè)，能在小尺寸（移動(dòng)終端）、大尺寸兩個(gè)領(lǐng)域同時(shí)擁有先發(fā)優(yōu)勢(shì)。

05

大尺寸LCD驅(qū)動(dòng)IC的特點(diǎn)

第一，高電壓工藝。模擬電路中電壓越高，驅(qū)動(dòng)能力越強(qiáng)，因此大尺寸LCD驅(qū)動(dòng)IC采用高電壓制造工藝，通常Source Driver IC為10~12V， Gate Driver IC更高，達(dá)40V。

第二，運(yùn)行頻率高。液晶顯示器的分辨率越來(lái)越高，這就意味著掃描列數(shù)的增加， Gate Driver IC必須不斷提高開(kāi)關(guān)頻率， Source Driver IC必須不斷提高掃描頻率。

第三，封裝工藝特殊。LCD驅(qū)動(dòng)IC通常綁定在LCD面板上，因此厚度必須盡可能地薄，通常采用高成本的TCP封裝。還有特別追求薄的，采用COG封裝，再有就是目前正在興起的COF封裝。

第四，管腳數(shù)特別多。Gate Driver IC最少256腳， Source Driver IC最少384腳。

第五，單一型號(hào)出貨量特別大。驅(qū)動(dòng)IC 單月平均出貨量高達(dá)1.5億片，而其中平均每個(gè)型號(hào)的出貨量達(dá)差不多在300萬(wàn)片左右。

審核編輯：劉清