--淺談驅(qū)動電平對于液晶光閥輸出圖像的影響

在之前的文章中，給大家介紹過空間光調(diào)制器的電尋址驅(qū)動方式，在這種驅(qū)動方式下，液晶盒像素電極兩端的電荷量的改變產(chǎn)生的電壓差會使得液晶分子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，進而影響成像。那么，什么樣的驅(qū)動電平變化會造成輸出圖像灰度的變化呢？

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為了解決這個問題，讓我們先從電平標準的定義開始，逐步了解電子驅(qū)動系統(tǒng)在空間光調(diào)制器使用過程中，調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換輸入及輸出電平的方式，進而對驅(qū)動像素的灰階電壓有一定的認知：

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1. 電平標準的定義

電平即為兩功率或電壓、有時也可指電流之比的對數(shù)，而邏輯電平則指的是可由地線與信號線之間的電位差體現(xiàn)的一種產(chǎn)生信號的狀態(tài)，本文要討論的就是液晶驅(qū)動中的邏輯電平。在了解邏輯電平的過程，需要知道以下幾個概念：

a. 輸入高電平（Vih）:保證邏輯門的輸入為高電平時所允許的最小輸入高電平，當輸入電平高于Vih時，則認為輸入電平為高電平；

b. 輸入低電平（Vil）:保證邏輯門的輸入為低電平時所允許的最大輸入低電平，當輸入電平低于Vil時，則認為輸入電平為低電平；

c. 輸出高電平（Voh）:保證邏輯門的輸出為高電平時的輸出電平的最小值，邏輯門的輸出為高電平時的電平值都必須大于此Voh；

d. 輸出低電平（Vol）:保證邏輯門的輸出為低電平時的輸出電平的最大值，邏輯門的輸出為低電平時的電平值都必須小于此Vol；

目前常用的邏輯電平標準有TTL、CMOS、LVTT、LVCMOS、RS232、RS485、ECL、PECL、LVPECL等，一些高速的電平有：LVDS、GTL、PGTL、CML、HSTL、SSTL等，其對應(yīng)的電平標準可參見下圖：

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電子驅(qū)動系統(tǒng)的電平轉(zhuǎn)換

在啟動空間光調(diào)制器并加載不同的信號時，由信號源輸出給到的空間光調(diào)制器電子驅(qū)動系統(tǒng)的信號由于電平標準與液晶光閥所需的標準不一致，所以需要根據(jù)液晶光閥的設(shè)計需求轉(zhuǎn)換電平，這些工作均在電子驅(qū)動系統(tǒng)的電路板與液晶面板上由相關(guān)電平轉(zhuǎn)換電路完成。

如上圖中一款以HDMI作為視頻傳輸?shù)?a target="_blank">數(shù)字電子驅(qū)動系統(tǒng)中，信號和控制數(shù)據(jù)分別以TMDS及TTL的電平格式傳給HDMI接收芯片，HDMI接收芯片將信號解碼轉(zhuǎn)換為LVTTL的格式發(fā)送給視頻處理專用芯片或者FPGA芯片，經(jīng)過信號的調(diào)制處理后再以LVDS的格式傳輸給液晶顯示器（LCD）面板上的驅(qū)動和控制電路。

其中，在視頻信號輸出端分別采用LVDS是一種低擺幅的差分信號技術(shù)，它使得信號能在差分PCB線對或平衡電纜上以幾百Mbps的速率傳輸，同時，其低壓幅和低電流驅(qū)動輸出的輸出方式也可實現(xiàn)系統(tǒng)的低噪聲和低功耗，對于空間光調(diào)制器的圖像傳輸有著良好的表現(xiàn)。

03

液晶驅(qū)動的灰階電壓

在空間光調(diào)制器系統(tǒng)輸入端接收了一定標準的數(shù)據(jù)驅(qū)動電平并由電子驅(qū)動系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)換后，輸出給到液晶面板中的掃描驅(qū)動集成電路，由此電路輸出邏輯控制電平通過掃描線(如上圖中標紅位置所示)將電壓差作用給諸如TFT開關(guān)器件的漏極，當邏輯電平為“1”，即高電平時，TFT打開，同時信號線VID1~24可將數(shù)據(jù)驅(qū)動集成電路輸出的灰階電壓作用在液晶像素電極上，與公共極之間的電壓差所產(chǎn)生的電場可以驅(qū)動液晶產(chǎn)生對應(yīng)的偏轉(zhuǎn)效果，從而形成不同的灰階顯示，如下圖a,b所示，其中圖a是公共極（COM）電壓固定的驅(qū)動方式，圖b是公共極（COM）電壓變化的驅(qū)動方式，產(chǎn)生的256灰階（8bits）的信號電壓波形變化，對應(yīng)每個灰階的信號電壓分別是V0~V255。

圖a COM電壓固定驅(qū)動

作為像素電壓的基準電壓，公共極的電壓VCOM在固定的情況下，信號電壓根據(jù)灰階的不同，在固定的COM電極電壓上下不停變動，每個灰階對應(yīng)的電壓的絕對值在前后兩幀呈小于VCOM 和大于VCOM依次變化，小于VCOM時呈負極性，大于VCOM時呈正極性，前后兩幀灰階電壓與VCOM的電壓差的絕對值相等，從而保證畫面顯示的灰階不變。

圖b COM電壓變化驅(qū)動

公共極電壓VCOM交流變化的情況下，在每一幀的時間內(nèi)值是固定，當同一灰階對應(yīng)的像素需要呈正極性狀態(tài)時，VCOM電壓輸出極小值，所有的灰階電壓都比這個極小值大，當同一灰階對應(yīng)的像素需要呈負極性狀態(tài)時，VCOM電壓輸出極大值，所有灰階電壓均比這個極大值小。在前后兩幀周期內(nèi)，灰階電壓隨著VCOM電壓的反轉(zhuǎn)而反轉(zhuǎn)。V0~ V127在VCOM電壓輸出極小值呈高電平狀態(tài)，在VCOM電壓輸出極大值時呈低電平狀態(tài)，而V128~ V255的高低電平反轉(zhuǎn)和V0~ V127相反，以此保證前后兩幀的灰階電壓和VCOM電壓之差的絕對值不變。

公共極電壓固定的驅(qū)動方式中，最大的灰階驅(qū)動電壓值相當于在公共極電壓的基礎(chǔ)上加上本身的幅值大小，而在公共極電壓變化的驅(qū)動方式中，最大的灰階驅(qū)動電壓值不能超過公共極電壓的大小。這就意味著采用公共極電壓變化的驅(qū)動方式，可以使得功耗和驅(qū)動集成電路設(shè)計成本大大降低，不過也會由于公共極電壓反轉(zhuǎn)產(chǎn)生的延遲造成橫向串擾的缺點。

結(jié)語：不同的驅(qū)動電平會給以邏輯門開關(guān)為主的數(shù)字系統(tǒng)帶來不同的使用效果，在電子信息技術(shù)長期的發(fā)展過程中，人們在使用及優(yōu)化中制定并改進了各種電平標準，以此來實現(xiàn)信號傳輸和轉(zhuǎn)換間更好的兼容性及擴展性，同時電平標準也朝著低壓、低功耗的方向不斷發(fā)展，給各種電子產(chǎn)品的噪聲容限的改善、以及傳輸速度提升方面帶來契機，相信在不久的將來，隨著半導(dǎo)體和集成電路行業(yè)的發(fā)展，空間光調(diào)制器所使用驅(qū)動電路的電平標準改進后，產(chǎn)品的性能也會迎來質(zhì)的飛躍。

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