平面電視設計中的靈巧集成技術介紹與應用

平面電視設計中的靈巧集成技術介紹與應用

　平面電視正在迅速占領消費類電子市場，這種“高級”電視的銷售增長率使人聯(lián)想到早期的個人計算機(PC)?！案呒夒娨暋钡母拍瞵F(xiàn)在是指液晶電視(LCD TV)、等離子電視(PDP TV)、微顯背投電視〔包括液晶顯示器(LCD)、數字光輸處理器(DLP)和液晶硅顯示器(LCoS)〕、前投式投影機和全平面陰極射線管(CRT)電視。

　　要想在一個快速增長的市場上保持競爭力，制造商們就不能停滯不前。他們必須不懈努力，通過降低成本、提高圖像質量、增強可靠性和增加新的用戶功能來改進其產品。其中最重要的是，制造商們必須提高產品的生產能力，使它們更容易生產并且成本更低。達到所有這些設計目標的一個關鍵問題就是如何在顯示器接口中采用“靈巧集成”技術。

　　把分立的功能集成到單芯片上可以減少元器件數量并降低制造成本，這是一個在過去十幾年里對PC制造商來說確實卓有成效的策略。但是顯示器需要“靈巧集成”，因為在組合各種顯示接口功能時還要克服一些重大技術難題。如果要把高性能模擬電路和高速數字電路集成到一個解決方案中，需要有專門的混合信號設計技術方面的經驗。一個集成的接口需要產品滿足低成本和小封裝尺寸的要求，同時又不能犧牲圖像質量和生產能力。

1 典型的LCD TV

　　典型的LCD TV為系統(tǒng)集成提供了多種選擇(見圖1)，其中包括：

　　·模擬接口與數字接口相結合以便提供與目前大多數的DVD光盤播放機和機頂盒兼容的“傳統(tǒng)兼容性”，并為將來做好了“數字化準備”；

　　·接口與圖形控制器功能以及LCD TV中與圖像有關的主要電路相結合；

　　·減少內部連線的數量并且簡化印制電路板(PCB)布線從而降低了影響圖像質量的信號失真；

　　·以增加少許成本提供具有CD光盤質量的音頻和PC兼容性。

圖1 一種典型的高級電視系統(tǒng)框圖為系統(tǒng)集成提供了多種選擇

1.1 集成模擬接口

　　雖然人們對新出現(xiàn)的數字平面顯示器接口的興趣還在持續(xù)增長，但是分量模擬視頻接口仍然是目前市場上銷售的高級電視主要選擇的高質量接口。許多高級電視還包含一個模擬視頻圖形適配器(VGA)接口以便與PC應用兼容。集成的分量模擬接口，例如美國模擬器件公司(ADI)的AD9883A，已經在單芯片上集成了顯示器接口所需要的所有傳統(tǒng)模擬功能(見圖2 )。這種顯示器接口集成的第一步已經起到降低成本、改進圖像質量并且簡化PCB布線的作用。

1.5 圖像質量和集成程度的關系

　　適合PC應用的LCD臺式監(jiān)視器的發(fā)展趨勢是將模擬接口和數字圖像縮放功能集成到一顆單芯片中。這些集成解決方案在用于顯示諸如電子郵件、網上沖浪或電子數據表等基本PC應用的較小(15"～17")監(jiān)視器中通常都能提供足夠好的圖像質量。但是對于30"～80"多種尺寸規(guī)格顯示屏的高級電視應用來說，在圖像質量方面的要求要高得多。

　　為了提供滿足高級電視客戶要求的精美圖像質量，消費類電子產品制造商目前正在設計帶有獨立接口和縮放器芯片的電視機。在許多情況下，業(yè)界領先的電視機制造商正在設計自己定制的縮放器芯片以滿足系統(tǒng)要求。其它的制造商正在選擇使用專門為高級電視開發(fā)的市場上可買到的縮放器芯片。這些數字的縮放器芯片有時候還與內置的微控制器和EEPROM集成在一起，以便存儲顯示器的微碼。這些數字芯片可以采用最新的數字電路制造工藝(0.13 μm或0.18 μm CMOS)從而提供更低的成本和更高的性能。

2 關于復雜度的問題

　　大部分的管芯面積由數字邏輯門組成，所以這種集成方法需要采用0.13μm或0.18μm數字CMOS制造工藝以便降低成本。在某些情況下，使用嵌入式動態(tài)隨機存儲器(DRAM)制造工藝以將幀緩沖存儲器集成到與圖像控制器在一起的同一芯片中，但是這些芯片不是很適合實現(xiàn)高性能的模擬功能。

　　為了適合高性能模擬電路并降低成本，需要有一種混合信號CMOS制造工藝。因為混合信號制造工藝沒有被普遍采用，而且具有高性能混合信號經驗的設計工程師仍然很少，所以其模擬性能很難達到要求。正如人們看到的其初期集成產品的圖像質量下降，不如單獨的模擬接口和數字接口產品。

　　雖然 HDMI接口通常被認為是一種數字接口，但是其設計需要相當多的混合信號電路。實際上，HDMI接口中每個顏色通道中的高速比較器數量要比模擬接口中使用的ADC中的高速比較器多。HDMI標準規(guī)定其輸入頻率高達1.6Gbps，所以要達到適當的性能要求仍然需要大量資金完成混合信號設計。

　　采用當今先進的CMOS制造工藝，有助于把混合信號電路(模擬接口和HDMI數字接口)集成到一顆單片“接口”芯片中?；旌闲盘朇MOS制造工藝一般來說是繼最新的數字CMOS制造工藝之后出現(xiàn)的新一代制造工藝。只要把高速數字電路放置在縮放器芯片上就可以采用最新的先進CMOS制造工藝。這就清楚地說明了 “靈巧集成”的概念——雙芯片解決方案可以提供高性能，它比集成的單芯片解決方案加快了面世時間并且降低了總成本。

3 產品合格測試

　　集成接口和縮放器產品都是真正的混合信號器件，它們需要100%的高速混合信號電性能測試以確保高質量性能?，F(xiàn)在用于ADC的混合信號測試解決方案幾乎與芯片設計本身一樣復雜。

　　數字電路工程師都熟悉數字測試程序的開發(fā)，通常利用這種程序把測試向量輸入到自動測試圖形發(fā)生器(ATPG)軟件中以生成一個數字測試圖形。也可采用聯(lián)合測試行動小組(JTAG)標準的邊界掃描和內部掃描技術以便在數字電路中檢測出至少98%的故障率。在測試這些數字電路時經常使用現(xiàn)有的數字邏輯測試議。

　　但是高性能混合信號電路需要“高速”測試以驗證其電性能。測試高速模擬電路需要測試開發(fā)工程師提供的測試代碼和獨特的測試硬件以保證ADC的信號抖動、信噪比(SNR)和線性誤差的精密測量。高性能混合信號測試平臺具有測試同一集成器件中的高性能模擬電路的能力和高速、多引腳數字電路的能力。沒有經過高性能混合信號測試平臺嚴格測試的集成接口產品可能在性能上存在服從wafer制造工藝正態(tài)分布的大的偏差。

　　不合格的器件會給受生產時間及其資源限制的高級電視制造商帶來嚴重的問題。例如，考慮一種不同批量之間的關鍵參數存在一致性偏差(不合格率只有10%)的接口產品。如果該接口產品的供應商不能篩選出所有這些不合格產品，那么使用這種產品的電視機制造商就必須對其顯示器進行100%的測試，因此增加了其最終產品的成本。謹慎的設計工程師現(xiàn)在都在進一步發(fā)現(xiàn)如何測試集成接口產品的問題以確保只獲得最高質量的產品。

4 提高到嶄新水平

　　靈巧集成是增加高級電視和其它高圖像質量顯示器產品合格率的關鍵。由于減少元器件數量可以提高圖像質量，降低成本，減小尺寸，所以產品更易于制造。但是上述減少元器件的結果會增加集成電路設計復雜性。除非集成電路設計恰當而且能進行充分的測試，否則提高集成度的想法只能帶來失望的結果。因此設計工程師必須尋求超過產品設計指標的元器件，以便保證他們能得到滿足新的高級電視要求的可信賴的元器件。