AC等離子顯示面板（PDP）被稱為“等離子”顯示器，因?yàn)樗鼈兪褂冒瑤щ姷碾x子化氣體（即等離子）的小單元。本白皮書討論了在AC PDP中使用光耦合器和光隔離柵極驅(qū)動(dòng)器的問題。它還討論了交流等離子顯示面板的基本原理以及在其應(yīng)用中使用的不同設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

介紹

等離子顯示面板（PDP）本質(zhì)上是微型熒光燈管的矩陣，這些熒光燈管以復(fù)雜的方式進(jìn)行控制。有兩種主要類型，DC和AC。AC PDP由于其結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，使用壽命更長(zhǎng)而成為最常用的方法。

AC等離子顯示面板的基本原理

基本的顯示單元（如圖1所示）包括一對(duì)被電介質(zhì)包圍的維持電極Xi和Yi。尋址電極Aj位于相對(duì)的玻璃基板上并且垂直于電極Xi和Yi延伸。電池充滿氖氣和氙氣的混合物，當(dāng)施加的電壓超過其擊穿電壓時(shí)，該混合物會(huì)被電離。在高壓電場(chǎng)下加速時(shí)，帶正電的離子和帶負(fù)電的電子發(fā)生碰撞。這種碰撞會(huì)產(chǎn)生紫外線光子，從而激發(fā)磷光體發(fā)出可見光。對(duì)于其中磷光體容易受到正電荷損壞的彩色等離子顯示面板，主要在Xi和Yi電極之間控制放電，避免電荷直接撞擊到沉積在尋址電極Aj頂部的磷光體上。

基本顯示單元

這樣的單元只有兩種狀態(tài)：ON和OFF。為了顯示256個(gè)灰度，使用ADS（地址-顯示-分隔）方法將一幀分為八個(gè)子幀，其子幀的顯示周期的比例為1：2：4：8：16：32：64：128。通過選擇適當(dāng)?shù)淖訋M合，可以將顯示強(qiáng)度設(shè)置為256個(gè)亮度級(jí)別中的任何一個(gè)。

顯示圖像的一個(gè)子幀涉及三個(gè)階段（重置，寫入和維持）。在重置短語(yǔ)中，將初始化單元并清除壁電荷。在寫短語(yǔ)中，通過寫放電將子幀數(shù)據(jù)寫到面板中，以在所選單元格中累積壁電荷。在維持短語(yǔ)中，交替地向所有X和Y電極施加維持脈沖以使面板中的AC電流放電并顯示圖像。

電極驅(qū)動(dòng)波形的簡(jiǎn)化表示如圖2所示。Vreset是復(fù)位脈沖，Va表示圖像數(shù)據(jù)，-Vsc是行掃描脈沖，Vsus是顯示維持脈沖。

ADS技術(shù)的時(shí)序分配圖如圖3所示。每個(gè)子幀均由如圖所示的復(fù)位，寫入和維持階段驅(qū)動(dòng)。

在NTSC系統(tǒng)中，視頻圖像以60 Hz的頻率刷新，每幀持續(xù)16.7 ms。每個(gè)幀中總共有512個(gè)維持脈沖，第一個(gè)子幀中有兩個(gè)。如果每個(gè)維持脈沖持續(xù)5 μs，則一幀顯示周期的總時(shí)間為2.6 ms。剩下的14.1 ms留給復(fù)位和寫入周期。每個(gè)子幀中的重置和寫入周期應(yīng)為14.1 ms / 8 = 1.8 ms。如果復(fù)位周期需要大約50 μs，則寫入周期將花費(fèi)1.75 ms，在此期間必須掃描所有行。對(duì)于涉及1920 x 1080像素的高分辨率大面板顯示器，需要在1.75毫秒內(nèi)掃描1080行。因此，行掃描脈沖的最大脈沖寬度為1.75 ms / 1080 = 1.6 μs。

基本電極驅(qū)動(dòng)波形

ADS時(shí)序分配圖

對(duì)于高對(duì)比度和高亮度圖像，當(dāng)僅在維持階段發(fā)光時(shí)，將獲得最佳結(jié)果，并且該階段應(yīng)盡可能長(zhǎng)。但是，復(fù)位脈沖和寫入脈沖都會(huì)引起放電，從而降低對(duì)比度。研究表明，亮度與驅(qū)動(dòng)脈沖的上升和下降時(shí)間成正比。復(fù)位脈沖的緩慢斜坡減小了由這種不希望的放電產(chǎn)生的亮度，并改善了圖像對(duì)比度。加速維持脈沖的斜升并增加維持周期可增強(qiáng)圖像亮度。這意味著寫階段的周期應(yīng)盡可能小，只要它不會(huì)引起任何寫缺陷即可。在不影響圖像質(zhì)量的情況下，已將許多方法用于高速寫入操作。

面板驅(qū)動(dòng)電路

電子控制和驅(qū)動(dòng)框圖如圖4所示。

由掃描控制器和驅(qū)動(dòng)器控制的掃描電極Yi水平運(yùn)行以順序掃描幀數(shù)據(jù)行。電極Aj垂直延伸，以在每個(gè)交叉點(diǎn)將列顯示數(shù)據(jù)寫入顯示單元。與Yi并聯(lián)運(yùn)行的電極Xi的一端連接，并由通用的維持驅(qū)動(dòng)器控制，以向整個(gè)面板施加高壓脈沖以顯示圖像數(shù)據(jù)。

PDP面板框圖

掃描驅(qū)動(dòng)器IC接口的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

掃描驅(qū)動(dòng)器包括幾個(gè)能夠?qū)⒏唠妷簭腣pwr節(jié)點(diǎn)或Vsub節(jié)點(diǎn)切換到每個(gè)輸出Yi的IC，如圖5所示。

掃描驅(qū)動(dòng)程序框圖

掃描驅(qū)動(dòng)器IC浮在Vsub節(jié)點(diǎn)上，可以在各種電勢(shì)之間切換。通常，需要使用光耦合器將數(shù)據(jù)，時(shí)鐘，選通脈沖和其他控制信號(hào)從控制邏輯電路到掃描驅(qū)動(dòng)器IC進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。選擇合適的光耦合器的主要考慮因素是速度，功耗，尺寸，共模噪聲抗擾度和扇出能力。

如果掃描脈沖寬度為1 μs，則行掃描信號(hào)的數(shù)據(jù)速率約為1 MBd，對(duì)于1 MBd數(shù)據(jù)信號(hào)，時(shí)鐘為2 MBd。由于數(shù)據(jù)信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)是通過隔離邊界并行傳輸?shù)?，因此通道之間的傳播延遲差應(yīng)保持較低，以便在時(shí)鐘信號(hào)可以安全地鎖存數(shù)據(jù)之前為數(shù)據(jù)建立足夠的裕量。Avago Technologies HCPL-0738雙通道和HCPL-0708單通道15 MBd光耦合器，以及HCPL-0630或HCPL-0631 10 MBd雙通道光耦合器，都具有最大的傳播延遲偏差，可確保通道之間的差異為小于40 ns。對(duì)于Avago HCPL-0600或HCPL-0601單通道光耦合器，傳播延遲偏斜通常更高。HCPL-0630 / 0631具有集電極開路輸出，

等離子面板的圖像顯示涉及高頻，大電流的充電和放電，這意味著通過電源開關(guān)會(huì)消耗大量的功率。作為用于電源電子設(shè)備的隔離和電平轉(zhuǎn)換設(shè)備，光耦合器必須放置在靠近電源驅(qū)動(dòng)器IC的位置。這意味著光耦合器的環(huán)境溫度通常較高，約為+70°C至+85°C。理想情況下，光耦合器應(yīng)消耗盡可能少的功率，以將LED和光電檢測(cè)器的結(jié)溫保持在一個(gè)會(huì)導(dǎo)致性能或壽命降低的值以下。光耦合器的總功耗可通過以下公式計(jì)算：
PT = PLED + PDetector = PLED + PStatic + PSwitching
= IF（平均值）?VF + Vcc?Icc + CLoad?Vcc 2?f

總功耗是穩(wěn)態(tài)電源電流，LED驅(qū)動(dòng)電流，開關(guān)頻率和負(fù)載電容的函數(shù)。在典型的PDP掃描驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，負(fù)載是被驅(qū)動(dòng)的所有柵極的電容。在1 MHz時(shí)，開關(guān)功率通常小于10 mW。在開啟時(shí)間為50％的情況下，LED平均電流約為5 mA。因此，LED的功耗約為7.5 mW，VF約為1.5V。主要的熱源是檢測(cè)器的穩(wěn)態(tài)功耗。HCPL-0738的電源電流最大為16 mA，因此總的檢測(cè)器功耗不到80 mW。對(duì)于HCPL-0630 / 0631，電源電流小于11 mA，因此功耗小于55 mW。對(duì)高分辨率和大尺寸面板顯示器的需求要求在有限的PCB板空間中封裝更多數(shù)量的驅(qū)動(dòng)器IC，這意味著PDP驅(qū)動(dòng)器中組件的尺寸變得越來越關(guān)鍵。與兩個(gè)單通道設(shè)備相比，Avago Technologies雙通道SO-8光耦合器節(jié)省至少40％的空間。

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