深入剖析TPS65193：TFT - LCD双高压扫描驱动器

在TFT - LCD的设计领域，扫描驱动器起着关键作用。今天我们来详细探讨德州仪器（TI）推出的TPS65193双高压扫描驱动器，看看它有哪些独特之处以及如何在实际设计中发挥作用。

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一、TPS65193的基本信息

1.1 产品特性

TPS65193具有诸多亮点特性。它是一款双高压扫描驱动器，具备扫描驱动器输出电荷共享功能，这有助于降低功耗。其输出电压范围很宽，高输出电压可达35V，低输出电压能低至 - 28V。采用逻辑电平输入，方便与其他逻辑电路进行接口。封装形式为24引脚、4mm×4mm的QFN封装，体积小巧，适合对空间要求较高的设计。

1.2 应用领域

该驱动器主要应用于采用非晶硅栅（ASG）技术的TFT LCD中，能为这类LCD的ASG电路提供稳定可靠的驱动信号。

二、工作原理及信号分析

2.1 输入信号

系统中的时序控制器会为TPS65193提供输入信号。其中，STV是画面帧的同步信号，其频率取决于帧速率；CPVx是水平线的同步信号，频率由帧速率和垂直分辨率共同决定。这些输入信号就像是驱动器的“指挥棒”，引导着驱动器按照特定的节奏工作。

2.2 输出信号

驱动器通过内部开关生成STVP、CKVx和CKVBx扫描驱动器输出信号。它们的逻辑关系如下：

• STVP输出逻辑：当STV为LOW时，无论CPV1状态如何，STVP输出为VOFF；当STV为HIGH且CPV1为LOW时，STVP输出为VON；当STV为HIGH且CPV1为HIGH时，STVP处于高阻抗状态。
• CKVx、CKVBx及输出电荷共享逻辑：不同的STV和CPVx输入组合会产生相应的CKVx、CKVBx输出以及电荷共享状态。例如，当STV为LOW且CPVx为LOW时，CKVx和CKVBx处于高阻抗状态，电荷共享功能启用。

2.3 输出电荷共享

输出电荷共享功能是该驱动器的一大特色，能够有效降低功耗。在电荷共享启用时，正电压线路电容器中的电荷会转移到负电压线路的电容器中。CKVCSx和CKVBCSx作为电荷共享输入，电荷共享电阻RCSx和RBCSx用于减少进入电荷共享输入的峰值电流，并控制输出电荷共享波形的斜率。不过，在实际设计中需要考虑电荷共享电阻的功耗问题。一般来说，采用0603尺寸的电阻，两个并联的功率额定值适用于大多数应用。

三、关键参数及性能指标

3.1 绝对最大额定值

参数	值	单位
CPVx、STV引脚电压	- 0.3 至 5.5	V
EN引脚电压	- 0.3 至 5.5	V
VON输入电压	40	V
VOFF输入电压	- 30	V
CKVx、CKVBx、CKVCSx、CKVBCSx电压	- 30 至 40	V
VON - VOFF	62	V
STVP电压	- 30 至 40	V
DISH电压	- 3.6 至 5.5	V
ESD额定值（HBM）	2	kV
ESD额定值（MM）	200	V
ESD额定值（CDM）	700	V

这些参数规定了驱动器能够承受的最大应力，在设计时必须严格遵守，否则可能会导致器件永久性损坏。

3.2 推荐工作条件

参数	描述	最小值	典型值	最大值	单位
VON	正高压范围	15		35	V
VOFF	负低压范围	- 28		- 3	V
VON - VOFF	VON到VOFF电压范围			60	V
fCPV	CPV输入频率			150	kHz
TA	工作环境温度	- 40		85	°C
TJ	工作结温	- 0		125	°C

在推荐工作条件下使用驱动器，能够保证其性能的稳定性和可靠性。

3.3 电气特性

文档中详细给出了驱动器在特定条件下（VOFF = - 10V，VON = 30V，EN = 3.3V，TA = - 40°C至85°C，典型值在TA = 25°C）的电气特性，包括电源电流、欠压锁定、逻辑信号、输出电压、电荷共享电阻、放电电路以及控制延迟等方面。例如，静态电流进入VON在CPVx = GND，STV = 3.3V时典型值为600mA，最大值为800mA。这些电气特性是评估驱动器性能和进行电路设计的重要依据。

3.4 交流特性

交流特性方面，涉及到STVP的压摆率、传播延迟以及CKVx、CKVBx的开关特性等。如STVP的Slew - 压摆率典型值为30V/ms，最大值为55V/ms；Slew + 压摆率在负载为4.7nF时典型值为20V/ms，最大值为35V/ms。这些参数对于理解驱动器在动态工作时的性能非常重要。

四、启动序列与延迟设置

4.1 启动序列

TPS65193的启动序列可通过EN和DLY进行调整。当VON低于欠压锁定（UVLO）阈值时，所有输出处于高阻抗状态。若EN在达到UVLO阈值后被拉低，所有输出跟随VOFF；当EN被拉高时，经过与DLY引脚相连的电容设置的延迟时间后，驱动器启用，延迟时间从EN变为HIGH开始计算。如果在达到UVLO阈值之前拉高EN，则延迟从VON达到UVLO阈值时开始。当EN被拉低时，驱动器禁用，只要VON高于UVLO阈值，CKVx、CKVBx和STVP输出就跟随VOFF。

4.2 延迟时间设置

通过在DLY引脚连接外部电容器来设置延迟时间。若不需要延迟，DLY引脚可悬空。外部电容器由一个典型值为15mA的恒流源充电，当电容器电压达到2.9V的内部参考电压时，延迟时间结束，外部电容器上的最终DLY电压最大为8V，因此外部电容器的电压额定值必须高于8V。延迟时间可通过公式 [C{DLY}=frac{Delay time}{R{DLY}}] 计算，例如设置10ms的延迟时间，可选用约47nF的电容。

五、电源与放电设计

5.1 电源电压

TPS65193驱动电容性负载，在输出上升沿需要从VON提供高尖峰电流，下降沿则从VOFF提供。因此，在VON和VOFF电源上必须尽可能靠近地放置1μF的旁路电容。根据驱动器需要提供的尖峰电流大小，旁路电容可以选用更大的值。

5.2 VOFF放电

DISH引脚用于控制系统关机时VOFF的放电时间。DISH通过电容连接到系统逻辑电压，关机时系统逻辑电压下降，当DISH电压低于地电平且低于 - 0.6V时，内部开关导通，VOFF通过1kΩ电阻连接到地，帮助VOFF放电。一般来说，1μF的DISH电容适用于大多数应用。如果不需要VOFF放电功能，可以将DISH直接连接到GND。

六、典型应用与封装信息

6.1 典型应用

文档给出了两种典型应用电路，分别是启用VOFF放电和禁用VOFF放电的情况。在实际设计中，可根据具体需求选择合适的应用电路。

6.2 封装信息

TPS65193采用VQFN（RGE）24引脚封装，最大高度为1mm的塑料四方扁平无引脚封装。文档提供了详细的封装外形图、印刷电路板布局示例和焊膏模板设计示例，并给出了相关的尺寸标注和注意事项。例如，封装的热焊盘必须焊接到印刷电路板上以保证热性能和机械性能。

七、总结与思考

TPS65193作为一款高性能的TFT - LCD双高压扫描驱动器，凭借其宽输出电压范围、电荷共享功能、可调整的启动序列等特性，为TFT - LCD设计提供了强大的支持。在实际应用中，电子工程师需要根据具体的设计要求，合理选择工作参数，注意电源和放电设计，确保驱动器能够稳定可靠地工作。同时，对于文档中给出的各种参数和特性，我们要深入理解其背后的原理，这样才能在设计中充分发挥该驱动器的优势。大家在使用TPS65193的过程中，有没有遇到过一些独特的问题或者有什么特别的设计经验呢？欢迎在评论区分享。