TPS65198：LCD TVs和显示器的13通道电平转换器

在LCD TVs和显示器领域，电平转换器是至关重要的组件。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（TI）推出的TPS65198，一款专为使用GIP技术的TV和显示器应用而设计的13通道电平转换器。

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一、产品概述

TPS65198提供了一个集成的电平转换解决方案，内置状态机，可根据时序控制器（T - CON）提供的五个输入信号生成十二个输出信号。此外，它还能在断电时生成用于放电显示面板的信号，以及一个用于缓冲系统 (V_{COM}) 电压的高速运算放大器。

（一）产品特性

1. 丰富的输出信号：具有六个CLK输出、VST和RESET输出、ODD和EVEN输出、VGH_F和VGH_R输出，以及面板放电输出。
2. 支持双向操作：支持正向和反向操作，适应不同的应用需求。
3. 异常操作检测：能够检测异常操作，并将电平转换器输出强制到安全状态。
4. 全分辨率支持：支持所有显示分辨率。
5. 高速运算放大器：具备高速运算放大器，可有效缓冲 (V_{COM}) 电压。
6. 小巧封装：采用28引脚4×4 mm QFN封装，节省空间。

（二）应用场景

主要应用于使用GIP技术的LCD TVs和显示器。

二、产品参数

（一）绝对最大额定值

参数	最小值	最大值	单位
GCLK、MCLK、GST、EO、BI - SCAN、VSENSE电压	-	7	V
VGH1、VGH2、RE电压	-	40	V
VGL电压	-25	-	V
VGH1相对于VGL、VGH2相对于VGL的电压	-	60	V
POS、NEG、OUT、AVDD电压	-	20	V
CLK1 - CLK6、VST、RESET、VGH - F、VGH R、EVEN、ODD、DISCHARGE电压	-25	40	V
ESD人体模型	-	2	kV
ESD机器模型	-	200	V
ESD充电设备模型	-	700	V
环境温度 (T_A)	-40	85	°C
结温 (T_J)	-40	150	°C
存储温度 (T_{sTG})	-65	150	°C

（二）热信息

热指标	TPS65198（QFN 28引脚）	单位
结到环境热阻 (θ_{JA})	33.8	°C/W
结到外壳（顶部）热阻 (θ_{JCtop})	23.6	°C/W
结到电路板热阻 (θ_{JB})	6.7	°C/W
结到顶部特性参数 (ψ_{JT})	0.2	°C/W
结到电路板特性参数 (ψ_{JB})	6.7	°C/W
结到外壳（底部）热阻 (θ_{JCbot})	2.1	°C/W

（三）推荐工作条件

参数	最小值	典型值	最大值	单位
(V_{GH1})	15	-	-	V
(V_{GH2})	15	-	-	V
(V_{GL})	-3	-	-23	V
(V{GH1}-V{GL})	18	-	-	V
(V{GH2}-V{GL})	18	-	-	V
(AV_{DD})	8	-	-	V
(T_A)	-40	25	-	°C
(T_J)	-40	85	125	°C

（四）电气特性

这里列举部分关键电气特性，如电平转换器的电源电流、输入信号阈值、导通电阻、传播延迟等。例如，在 (V{GH 1}=28 V) ， (V{GH 2}=28 V) ， (V{GL}=-10 V) ， (AV{DD}=15 V) ， (T_{A}=-40^{circ}C) 到85°C条件下：

• 电平转换器电源电流：IGH1正电源电流在GST、GCLK、MCLK、EO、BI - SCAN = 0 V时为0.4 mA，IGH2正电源电流为0.06 mA，负电源电流为0.13 mA。
• 输入信号阈值：高输入电压阈值 (V{IH}) 输入上升时为1.4 V，低输入电压阈值 (V{IL}) 输入下降时为0.8 V。

三、引脚分配与功能

（一）引脚分配

TPS65198采用28引脚QFN封装，各引脚分配如下：	引脚编号	引脚名称	I/O类型	描述
1	CLK1	O	CLK1输出
2	CLK2	O	CLK2输出
...	...	...	...
28	BI - SCAN	I	BI - SCAN输入

（二）引脚功能

不同引脚具有不同的功能，如CLK系列引脚为时钟输出，VGH_R和VGH_F为特定电压输出，DISCHG为面板放电输出等。具体功能可参考数据手册。

四、详细工作原理

（一）电平转换器

内部状态机根据五个输入信号（GCLK、MCLK、GST、EO、BI - SCAN）生成十二个输出信号（除DISCHG外）。各输入信号的作用如下：

1. GCLK：上升沿定义活动CLK通道的上升沿，相邻CLK信号相位差60°，输出时钟频率是GCLK信号频率的六分之一。
2. MCLK：上升沿定义活动CLK通道的门整形开始，下降沿定义活动CLK通道的下降沿。
3. GST：信号功能取决于GCLK状态，当GCLK为低时，上升沿定义VST的上升沿，下降沿定义VST的下降沿；当GCLK为高时，上升沿定义RESET的上升沿，下降沿定义RESET的下降沿。
4. EO：正常操作时，脉冲使ODD和EVEN输出翻转。
5. BI - SCAN：用于选择正向或反向操作。

（二）VGH_F和VGH_R

VGH_F和VGHR信号根据BI - SCAN和GST输入变化，具有死区时间 (t{12}) 和 (t_{13}) ，以确保状态切换时的稳定性。

（三）异常操作

当EO在GST上升沿为高时，检测到异常操作，电平转换器输出被强制到特定状态，正常操作在EO在GST上升沿为低时恢复。

（四）面板放电

TPS65198包含一个专门用于在断电时对LCD面板放电的输出，使用连接到VSENSE引脚的输入信号，该引脚具有施密特触发器输入级。

（五）运算放大器

运算放大器经过优化，用于缓冲LCD面板的 (V{COM}) 电压，具有高转换速率、高输出电流和宽带宽，但连接高容性负载时可能不稳定，不建议在 (V{COM}) 和GND之间连接额外电容。

五、典型应用电路

典型应用电路中，TPS65198与T - CON和LCD面板连接，通过合理的电容、电阻配置，实现电平转换和信号处理功能。具体电路可参考数据手册中的典型应用电路图。

六、总结

TPS65198作为一款专为LCD TVs和显示器设计的13通道电平转换器，具有丰富的特性和良好的性能。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理选择工作条件和外围电路，以充分发挥其优势。同时，对于异常操作检测和电源供应顺序等特性，需要在设计中加以考虑，确保系统的稳定性和可靠性。你在使用类似电平转换器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。