彩色PDP显示系统的驱动集成电路

　　近年来，彩色PDP技术不断取得进步，采用彩色PDP的大型壁挂式电视、HDTV和适用于多媒体显示的大型显示设备都已接近完成。1995年以来，世界各大厂商相继建线投产各种类型的彩色PDP。这些成绩的取得，不仅仅归功于彩色PDP显示屏本身的开发成功及生产技术的建立，更重要的应当归功于驱动集成电路技术的发展。对于一个性能良好的PDP彩色电视来说，其驱动集成电路系统占总成本的70～80%。

　　彩色PDP显示屏按其结构的不同可分为两种类型，即交流型彩色PDP和直流型彩色PDP（AC型和DC型）。按驱动方式又可分为行顺序制驱动方式和存储驱动方式两种。

　　彩色PDP是主动发光器件，其亮度与各个像素的发光时间成正比。一般情况下，在进行矩阵平面的行顺序驱动时，随着扫描线数据的增加，其亮度会下降。因此，不管是AC或DC彩色PDP，都采用存储式驱动来增加实际的发光时间，从而实现高亮度。

　　存储式驱动方式基本上由写入、发光维持和擦除三个周期组成，驱动集成电路的作用是给彩色PDP施加定时的、周期性的脉冲电压和电流。

　　为此，彩色PDP的驱动集成电路有两组：第一组是处理显示数据的寻址驱动器，也叫列驱动器；第二组是负责写入时扫描和维持放电的扫描驱动器，也叫行驱动器。

　　本文着重介绍SN、μPD系列彩色等离子体显示板的几种驱动集成电路，同时，也将介绍三电及结构的驱动电路。

　　1 彩色PDP驱动集成电路结构及性能

　　1.1 结构特性

　　图1为彩色PDP驱动集成电路的基本结构。

       通常将驱动器内部结构分为两部分：一是逻辑电路，用于控制显示屏信号和处理显示数据；二是驱动电路，用于将信号电平移位和对显示屏施加发光所需的脉冲。尤其是驱动部分，要使彩色PDP进行气体放电，必须提供高电压，所以这种结构需要特殊的集成电路工艺技术，这一点和一般的逻辑集成电路不同，具体的特殊性能如下：

　　●高耐压输出

　　彩色PDP驱动器的耐高压输出能力是其最重要而且是最基本的性能，这完全是由彩色PDP本身的结构特性所决定的。因此，要求彩色PDP的制造者和半导体集成电路的制造者必须建立紧密合作的关系，以便共同开发彩色PDP的驱动集成电路。

　　目前的驱动器已能确保彩色PDP的需求。随着彩色PDP本身结构的改善，所需的驱动电压会下降，同时，驱动器的开发也在向着最优化的方向发展。

　　以AC-PDP为例，寻址驱动的输出耐压为60～100V，输出电路同步源和漏电流都在10～30mA之间，扫描驱动器的输出耐压为150～200V，输出源、漏电流均为200～400mA，其输出电流大都取决于所采用的显示屏的尺寸以及所驱动的显示屏电极上所施加的切换脉冲。

　　●逻辑部分

　　驱动器的逻辑部分的性能通常用移位寄存器（将串行信号变换为并行信号的电路）的最大时钟工作频率fmax来表示。在CMOS逻辑电路中，栅极长度（L）越小，fmax越大，因此，集成电路芯片的面积和电路的功耗越小越有利。

　　目前，实用的驱动器逻辑部分的栅极长度L为1.0～2.5μm，fmax为20～36MHz。这样的速度，对于HDTV和高精度的数据显示所必要的寻址驱动器而言，完全可以满足其数据移位的要求。

　　●彩色PDP驱动集成电路的功耗

　　为了有效地发挥平面显示彩色PDP的特性，设计时应将与显示无关的其它电子元器件的功耗设计得尽可能小。因为驱动器本身的功耗会给整个彩色PDP的显示性能带来影响。

　　彩色PDP的电流部分的功耗大致分为三部分：（1）逻辑部分；（2）电平移位寄存器；（3）高压驱动部分。这三部分都应降低功耗。正常情况下，逻辑部分功耗在20mW以下（高耐压64路输出启动显示板），电平移位寄存器部分应在200mW以下。至于因显示屏电容部分的充放电而产生的高压驱动电路的无效功耗，目前利用功率分散驱动方式（采用电流开关电路等）已经能够在100脚塑料封装的自然散热条件下满足彩色PDP的显示需求。

　　●串扰现象

　　高耐压CMOS驱动集成电路在系统中常常会出现相互串扰的现象。如图2所示，彩色PDP屏包括高压在内一共有四组以上的电源系统。只要驱动电路使它们工作，就会产生很大的串扰噪声，在系统间造成相互影响。此外，作为驱动区负载的彩色PDP显示屏，在放电时和非放电时的状态也截然不同，这也助长了串扰现象的发生。

　　为了克服串扰现象，彩色PDP的驱动集成电路在设计和工艺上比普通的集成电路采取了更为严格的控制措施。例如，在开发集成驱动电路的同时开发特殊的耐高压工艺，对于集成电路上的元器件结构设计和电路布局等，也都给予了特殊地注意。另外，还要尽可能地抑制集成电路内的电容，切断可能产生半导体开关元件作用的总线等。

　　●功率回收

　　在彩色PDP的驱动过程中，需要尽可能地减少对发光无用的功耗。除了放电能量向发光能量转换产生的损耗外，无效功率主要来自电极的电阻部分和电容的充放电。上述两种寄生负载——电阻分量和电容分量的值是显示器本身固有结构所决定的。从驱动器方面来改善电阻分量是不可能的。但是，对于电容充放电的电能，驱动器可以设法回收一部分，这样，可以在驱动器内部设计功率回收电路，但要求在进行回收时，驱动集成电路本身不能产生寄生负载。

　　●电源顺序

　　在彩色PDP系统中，一共有四组以上的电源（其中包括高压电源）共处在一个系统之中，电源依照规定时刻同步工作。在系统设计时，对于电源接通的顺序以及发生错误工作时的保护等问题都要予以仔细地考虑。尤其是直接与彩色PDP显示屏相连接的驱动器，如果发生错误动作，则不仅会破坏集成电路本身，甚至会毁坏显示屏以致整个系统。因此，驱动器应当具备故障保护功能以及顺序断开电源的功能。

　　1.2 PDP驱动集成电路

　　a.寻址驱动集成电路SN755831

　　图3给出寻址驱动集成电路SN755831的内部功能方框图，表1为其技术参数。

　　该驱动器具有64个端口，三态，最大耐压160V输出，其逻辑电路全部由5V CMOS器件构成，可以直接输入来自彩色PDP信号处理系统的数据。

　　另外，利用集成电路的内部控制可消除高压开关时的穿透电流；SN755831利用TSC端子可以完成输出的高阻抗模式。由于采用了介质分离工艺，从而使SN755831内部的输出嵌位二极管可避免串扰现象。

　　b.扫描驱动器SN755834

　　图4是最大耐压为210V的64端口扫描驱动器SN755834的内部方块图，表2为其主要参数。作为扫描驱动器，其输出耐压足以驱动100cm级的显示屏。另外，SN75834具有200mA漏线电流能力以及400mA的输出电流二极管。

　　表1 SN755831的技术参数

　　表2 扫描驱动器SN755834的要参数

　　SN755834的自身功耗非常低，在100脚塑料封装的条件下，完全可以驱动处于自然冷却状态下的彩色PDP显示屏。