BUF20800-Q1：可编程电压参考发生器的卓越之选

在电子设计领域，为TFT - LCD面板的伽马校正寻找合适的可编程电压参考发生器至关重要。今天，我们就来深入探讨一款优秀的产品——德州仪器（TI）的BUF20800 - Q1。

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产品概览

BUF20800 - Q1专为汽车应用设计，经过AEC - Q100认证，拥有出色的温度和静电放电（ESD）性能。其具备18个用于伽马校正的可编程输出通道和2个用于(V_{COM})调整的通道，每个通道都有10位分辨率，可通过(I^{2}C)接口进行编程，最高支持3.4MHz的高速数据传输。它采用TI的小几何尺寸模拟CMOS工艺，是量产的理想选择。

主要特性

1. 汽车级认证与可靠性：满足汽车应用要求，通过AEC - Q100认证，其中设备温度等级达到1级，HBM ESD分类为2级，CDM ESD分类为C4级，确保在恶劣汽车环境中稳定工作。
2. 低功耗与宽电源范围：每通道低至900μA的低功耗特性，能够有效降低整个系统的能耗。模拟电源电压范围为7V至18V，数字电源电压范围为2V至5.5V，为设计提供了极大的灵活性。
3. 多通道与高分辨率：提供18个伽马校正通道和2个可编程(V_{COM})通道，每个通道10位分辨率，可精确控制电压输出，满足不同的伽马曲线需求。
4. 高速接口与便捷开发：支持(I^{2}C)接口，具备3.4MHz的高速模式，实现快速数据传输与配置。同时，提供演示板和软件，方便工程师进行开发与测试。

功能特性详细解析

通用调用复位与上电复位

当接收到通用调用复位信号（地址字节00h加数据字节06h）时，它会执行完全内部复位，如同重新上电。上电时也会自动复位，所有输出会被设置为((V{REFH}-V{REFL}) / 2)。通过特定的DAC地址设置，还能实现部分或全部DAC的复位。这一特性在系统启动和异常恢复时非常实用，确保设备能够快速恢复到稳定的初始状态。

输出电压控制

输出电压值由参考电压(V{REFH})和(V{REFL})以及二进制输入代码的十进制值决定。公式为[V{OUT}=left[frac{V{REFH}-V{REFL}}{1024} ×right. Decimal Value of Code ]+V{REFL}]，且能在大约5μs内实现全量程电压输出变化，无需中间步骤。在实际设计中，我们可以根据这个公式精确计算所需的输出电压，通过合理设置参考电压和输入代码来满足不同的应用需求。

输出锁存功能

由于BUF20800 - Q1采用双缓冲寄存器结构，更新DAC寄存器和更新DAC输出电压并非同一回事。有三种方法可将数据从存储寄存器锁存到DAC以更新输出电压：

• 方法一：外部将锁存引脚（LD）置为低电平，当对应的寄存器更新时，DAC输出电压也随之更新。这种方式适用于需要实时响应的场合，能够及时将寄存器的变化反映到输出电压上。
• 方法二：先将LD置为高电平，在数据传输期间DAC输出电压保持不变，当LD置为低电平时，所有DAC输出电压同时更新为新的寄存器值。该方法可提前准备好未来的数据，以便实现快速的输出电压更新，例如在需要进行动态调整的系统中非常有用。
• 方法三：通过软件控制，将LD保持在高电平，当主设备在任何DAC寄存器的第15位写入1时，在接收到16位数据后，所有DAC将被更新。

可编程(V_{COM})通道

其(V{COM})通道在源极输出50mA时能接近正电源轨2V，在漏极输出50mA时能接近负电源轨1V。为存储伽马和(V{COM})值，需要外部EEPROM。在LCD面板上电时，时序控制器从EEPROM读取值并加载到BUF20800 - Q1中，以生成所需的(V{COM})电压。这一特性为LCD显示的画面质量提升提供了有力支持，能够根据不同的显示需求灵活调整(V{COM})电压。

REFH和REFL输入范围

为实现最佳性能和输出摆幅范围，REFH和REFL电压应略低于电源电压，多数规格测试在(REFH = V{s}-200mV)和(REFL = GND + 200mV)条件下进行。REFH和REFL内部缓冲器虽能接近电源轨，但存在饱和限制，因此REFH不应大于(V{s}-100mV)，REFL不应低于(GND + 100mV)。在实际设计中，我们要特别注意这一点，避免因输入电压设置不当导致内部缓冲器饱和，影响输出电压的准确性。

设备功能模式

替代传统伽马缓冲器

传统伽马缓冲器依赖电阻串来设置伽马电压，优化过程耗时且成本高。而BUF20800 - Q1通过编程可显著缩短伽马电压优化时间，最终的伽马值可写入外部EEPROM。在LCD面板上电时，时序控制器读取EEPROM并加载到BUF20800 - Q1中生成所需电压。这种方式不仅缩短了开发时间，还能方便地展示不同伽马曲线，适应生产过程中的变化，同时降低了成本和空间需求。在一些对成本和开发周期要求较高的项目中，这种替代方案具有很大的优势。

动态伽马控制

在LCD TV应用中，动态伽马控制可逐帧分析画面亮度并调整伽马曲线，通常在视频信号的垂直消隐期更新。BUF20800 - Q1因其独特的双寄存器输入结构、快速串行接口和软件同时更新所有DAC的特性，非常适合快速改变伽马曲线。例如，通过软件可同时更新所有18个伽马寄存器：先检查LD引脚是否为高电平，然后依次写入寄存器（第15位为0），最后再写一次任意寄存器并将第15位设为1，即可实现所有DAC通道的同时更新。这一功能能够显著提升LCD显示的画面质量，使画面更加清晰、生动。

编程与应用

编程要点

1. 两线总线概述：BUF20800 - Q1通过标准的两线接口进行通信，该接口支持多个设备在同一总线上工作。主设备负责产生时钟信号和控制总线访问，从设备（即BUF20800 - Q1）只能作为从设备接收数据。了解两线总线的工作原理对于正确配置和使用BUF20800 - Q1至关重要。
2. 数据速率：支持标准（最高100kHz）、快速（最高400kHz）和高速（最高3.4MHz）三种模式。要启用高速模式，需在START条件后发送特殊地址字节00001xxx （(SCL = 400kHz)） 。掌握不同数据速率模式的特点和启用方法，能够根据实际应用需求选择合适的通信速率，提高系统的性能和效率。
3. 读写操作：可对单个或多个DAC进行读写操作。写入时，先发送START条件，再发送设备地址（写操作时读/写位为低），然后发送DAC地址和数据，最后发送STOP条件；读取时，步骤类似，但读/写位为高。正确掌握读写操作的流程和方法，是实现对BUF20800 - Q1进行有效配置和监控的关键。

典型应用

1. LCD显示应用：为源驱动器IC提供18个用于伽马校正的可编程输出，以及为LCD显示的公共平面提供2个(V_{COM})通道。在典型应用电路中，要注意输入电容的选择（推荐使用低ESR陶瓷电容）和REFH、REFL电压的设置（如选择合适的电阻R1和R2）。合理设计输入电容和参考电压，能够保证BUF20800 - Q1的稳定工作和准确输出。
2. 多通道配置：可将(V_{COM})输出用作额外的伽马参考，实现20个伽马通道；还可将REFH和REFL OUT输出用作固定伽马参考，实现22个伽马通道。但要注意REFH和REFL OUT缓冲器仅能驱动轻负载，避免其饱和。根据不同的应用需求，灵活选择多通道配置方式，能够充分发挥BUF20800 - Q1的性能优势。
3. 工业应用：由于其宽电源范围、高输出电流和低成本，适用于多种中等精度工业应用，如可编程电源、多通道数据采集系统等。其20个可编程DAC通道为系统设计提供了极大的灵活性。在工业应用中，要根据具体的系统要求，合理配置BUF20800 - Q1的参数，确保其能够满足系统的性能和稳定性要求。

电源与布局建议

电源建议

模拟电源电压范围为7V至18V，数字电源电压范围为2V至5.5V，且数字电源应先于或与模拟电源同时施加，以避免过大电流和功耗，防止设备损坏。同时，模拟和数字电源需良好稳压，推荐在典型应用中使用如图所示的输入电容。在实际设计中，要严格按照电源建议进行电源配置，确保电源的稳定性和可靠性，这对于BUF20800 - Q1的正常工作至关重要。

布局指南

BUF20800 - Q1采用热增强型PowerPAD封装，在布局时要注意以下几点：

• 热焊盘应焊接到PCB下方的铜区域，以提供良好的散热路径。热焊盘与芯片直接接触，能够有效地将芯片产生的热量传导出去，降低芯片的温度，提高其稳定性和可靠性。
• 在热焊盘区域设置合适的孔（直径13mil），并将这些孔连接到与GND引脚电位相同的内部平面。这些孔能够进一步增强散热效果，同时保证电气连接的稳定性。
• 避免使用典型的网状或辐条式过孔连接方法，应采用环绕镀通孔整个圆周的完整连接，以实现低热阻的高效热传递。这种连接方式能够减少热阻，提高散热效率，确保芯片在工作过程中不会因过热而影响性能。

BUF20800 - Q1以其丰富的特性、灵活的功能模式和广泛的应用场景，成为TFT - LCD面板伽马校正以及多种工业应用的理想选择。作为电子工程师，我们在设计过程中要充分了解其特性和使用方法，合理进行电源和布局设计，以发挥其最大性能。大家在使用BUF20800 - Q1的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。