时序控制器TCON的研究与设计

摘要：阐述了TFT-LCD的显示原理、系统结构和时序控制器TCON的设计方案。该模块设计主要为减少中、小尺寸TFT-LCD时序控制器的芯片管脚数，提高通用性，与一般TCON只能驱动2～3种分辨率的面板相比较，该设计支持8种显示模式。实现对TFT-LCD面板的时序控制，产生源驱动器模块和门驱动器模块所需要的各种控制信号、Vcom的极性控制及显示模式控制，实现对模拟RGB信号的显示控制，源驱动器和门驱动器的时序控制信号可兼容多家LCD面板的时序要求。支持16：9和4：3的TFT-LCD面板。该设计可灵活应用于市场上大部分的中、小尺寸TFT-LCD面板。产品可应用于车载电视、便携式DVD等。
关键词：时序控制器；TFT-LCD；源驱动器；门驱动器

TFT-LCD以其低工作电压、低功率、显示效果好、易集成和轻巧便携等特点率先进入显示市场。TFT-LCD时序控制器TCON(Timing Contro-ller)主要用于模拟TFt-LCD的显示控制。TCON为液晶屏上的驱动电路(源驱动器、门驱动器和VCOM极性控制)提供时序控制信号，从而实现模拟RGB信号的显示控制。
对于大尺寸的液晶显示面板，TCON控制器的设计相对复杂。在高分辨率显示系统中，时钟频率很高，在产生基于时钟信号的时序控制信号以前，需要先对同步时钟进行扩频处理，以减小EMI(Electromagnetic Interference，电磁干扰)，使其通过EMC测试。由于同步时钟经过了扩频处理，则视频数据也要通过相应的处理才能正常显示，否则就会遗失数据。对于中、小尺寸LCD的TCON控制相对简单，基本的工作过程是首先由输入的信号确定TFT-LCD屏幕的分辨率、工作模式、显示模式等信息，然后根据这些信息来确定合适的参数值，最后产生所需要的控制信号，无需对视频数据做处理就可以使TFT-LCD正常工作。
目前市场上现有的成品TCON芯片主要有：PVI的1004C、1004D；AU的UPS015、UPS017等，这些芯片只对特殊的TFT-LCD面板设计，一种TCON只能驱动2～3种分辨率的面板，此外，由于显示模式控制信号使用的是外部输入管脚，导致芯片的管脚数量较多，通用性较差。本文讨论适用于中、小尺寸TFT-LCD的时序控制器，提高其通用性。

1 TFT-LCD的显示原理及系统结构
TCON的时序信号是基于TFT-LCD面板(Panel)的需要产生的，理解TCON的原理，首先应了解LCD面板的显示原理。典型的TFT-LCD面板内部结构如图1所示。液晶具有透光可控性，改变施加在液晶两端的电压，液晶的透光率就会随之改变。

一个液晶单元实现一个采样点的显示，因此，如果根据二值图像的数据结构将液晶单元以矩阵方式排列成为液晶阵列(Crystal Array)，即可实现一幅图像的显示。通常，液晶阵列的排列有Strip和Delta两种方式。不同排列方式决定了不同的RGB采样顺序，而一个像素由3个液晶单元构成(RGB)。因此，液晶阵列中液晶单元的个数决定了显示分辨率。TFT-LCD是在超扭曲型STN的基础上，通过TFT晶体管将显示像素和扫描电极分割开来形成的，其特点是克服了STN-LCD的交叉效应。