液晶显示系统中点对点驱动方式TCON的设计研究

李戡

摘要：随着我国工业生产水平的快速提高，液晶显示系统也在研发中不断更新进步，由于点对点的传输方式具有适合高分辨率信号高速传输等诸多优点，逐步成为大尺寸电视的主流传输方式。本文结合笔者多年的工作经验，通过对RSDS总线架构与点对点架构的TCON控制系统进行对比分析，并提出了点对点TCON控制系统设计过程中需要注意的相关事项，以作参考。

关键词：显示系统；TCON；驱动设计；点对点传输

一、点对点驱动方式的TCON控制系统架构图及优点分析

在液晶显示器中，TCON（timingcontroller）与CD（columndriver）之间的传信号输方式主要有两种：一种是总线架构的传输方式，另一种是点对点架构的传输方式。点对点的传输方式要求每个时钟周期内所有的CD都接收其相应列的像素数据，因此TCON必须将每一行的像素数据分割成几个部分，然后将这几部分的数据同时发送到相应的CD。根据上述的设计思路，本设计了一种基于点对点架构的TCON控制系统，其总体框架如图1所示。该系统大体可以分为5个大模块，它们分别是：Datain模块、LineBuffer模块、Dataout模块、TimingControl模块以及Package模块。

相比目前仍广泛使用的RSDS总线架构，其主要特点是所有CD（columndriver）共用一条总线，并且总线宽度会随着颜色深度的增加而呈线性递增。例如，当色彩深度是6bit时，则需要9对线的总线宽度；当色彩深度上升至8bit时，则总线宽度需要升至12对线。RSDS技术由于采用总线架构，所有CD都挂在同一条总线上，因而每个时钟周期内只能有一个CD接收数据。由于TCON与每个CD之间只用1对差分信号线传输数据，因此每个时钟周期只能传输1bit的数据。最后，在TCON与CD的通信过程中，除了传输像素数据外，还需要传输控制CD状态的控制信号，例如POL、INVERT及SHL等信号。然而在RSDS架构中，这些控制信号的传输都需要额外的数据线，而点对点TCON控制系统能够克服这些问题，显然具备了RSDS架构系统更为完善的传输特性。

二、点对点TCON控制系统设计过程中的几个要点

2.1 Datain模块的设计

Datain模块的作用是将输入信号转成特定格式的数据流及时序控制信号。这里输入Datain模块的是符合VGA标准的信号，包括R、G、B三基色信号以及Vsync和Hsync同步信号。首先，输入的R、G、B三路信号经过并串转换整合成一路数据流（DataStream），并输出至LineBuffer模块中暂存。显然DataStream的时钟频率必须为VGA信号时钟的3倍，即Fdatastream=3×Fvga。其次，Datain模块还要为LineBuffer模块产生写地址W_addr以及写允许W_en信号，用以对输入至LineBuffer模块的DataStream数据进行存储控制。最后，场同步信号Vsync以及行同步信号Hsync被处理成De和Vsync_m信号输出给TimingControl模块，以便对后续模块的时序进行精确地控制。

2.2 LineBuffer模块的设计

LineBuffer模块将输入的数据暂存，同时将每一行的数据进行分块处理。假设TCON接有N个CD，就需要将行数据分成与之对应的N个部分，因此LineBuffer模块共有N个输出。值得注意的是，这里的N应该是一个可调的参数。待每一行数据分块处理完毕后，則N个部分的数据同时输出。可以得出，LineBuffer模块每一Part的时钟频率为：Fpart=Fdatastream÷N。

2.3Dataout模块的设计

TCON与每个CD之间是通过一对差分信号线进行串行传输的，也即每次只能传输1bit数据。而输入Dataout模块的数据是并行数据，因此在Dataout模块中必须将输入的信号进行并串转换，使其成为1bit的串行数据输出。由于RGB数据在之前可能经过Gamma校正查找表将颜色深度扩充为10bit甚至更高，因此在这里假设扩充后的颜色深度为Kbit。又设串行数据的时钟频率为Fbit，因此：Fbit=K×Fpart。另外，在处理输入数据的同时，Dataout模块还要利用计数器产生R_addr读地址信号，并输出给LineBuffer模块，以读出LineBuffer模块中存储的数据。

2.4TimingControl模块的设计

TCON除了要与CD进行数据传输之外，还需要传输行场同步信号给CD和RD（rowdriver）以便使得三者协同工作。TimingControl模块通过对从Datain模块输入的De和Vsync_m信号进行时序上的处理，产生Sp_v和Sp_h两个时序控制信号输出至CD以及RD以实现此目的。

2.5Package模块的设计

为了进一步减少TCON与CD之间的连线，在传送每一行数据之前先要传送带有控制信息的header。Package模块的功能就是产生控制CD状态的控制字，并将这些控制字置于header中。

2.6软件验证

通过硬件描述语言VHDL对上述5个大模块进行编程，并利用QuardusII对各个模块进行功能以及时序验证。图2给出的是整个TCON系统时序仿真的结果波形。图中iclk1，iclk2均为50MHz的外部输入晶振时钟，clr则为系统复位信号。R、G、B以及Vsync和Hsync则分别为外部输入VGA图象的数据信号以及场行同步信号。输出信号包括了lvds_out0～lvds_out7以及sp_v与sp_h。其中lvds_out0～lvds_out7为TCON与CD之间的数据传输接口，sp_v和sp_h则是时序控制信号，用以与CD、RD协同工作，使得液晶显示器能够正常输出图像。

三、结束语

可见，随着人们生活水平的提高，对物质上的要求也越来越高，而点对点驱动架构的TCON系统自然成为大尺寸、高分辨率显示器的合理选择，满足当下市场和用户的需求。我们也会在实践中不断实现创新，进一步完善TCON系统功能以及更新更智能化的液晶驱动技术，以匠人精神打造更具现代化的新产品。

参考文献：

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