顯示驅(qū)動(dòng)芯片上電控制電路設(shè)計(jì)

李文嘉+權(quán)磊

摘要：顯示驅(qū)動(dòng)芯片是一款數(shù)?；旌蟂oC芯片，上電時(shí)序復(fù)雜。根據(jù)顯示驅(qū)動(dòng)芯片的需求，設(shè)計(jì)了上電控制模塊。電路通過(guò)對(duì)電源電壓進(jìn)行檢測(cè)，并結(jié)合相應(yīng)控制邏輯，產(chǎn)生可靠的復(fù)位信號(hào)。仿真結(jié)果表明，該模塊使芯片在上電后能正常啟動(dòng)，并保證芯片能順利進(jìn)入深睡眠模式及喚醒。

關(guān)鍵詞：顯示驅(qū)動(dòng)芯片；上電復(fù)位；電源檢測(cè)

1概述

顯示驅(qū)動(dòng)芯片是一款規(guī)模大、電源系統(tǒng)復(fù)雜、數(shù)?；旌系腟oC芯片。在驅(qū)動(dòng)芯片中，數(shù)字電路起著很重要的作用，芯片各模塊的上下電及工作時(shí)序均由其控制。而邏輯電路在上電過(guò)程中很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤狀態(tài)，需要在電源電壓達(dá)到電路的正常工作電平后，利用復(fù)位電路對(duì)邏輯電路進(jìn)行初始化，以保證數(shù)字邏輯的正確性。

驅(qū)動(dòng)芯片的外接電源有兩個(gè)，分別是鋰電池電源VDDA和10電源VDDI，芯片所需的其他電源均在片內(nèi)通過(guò)LDO或電荷泵產(chǎn)生。在芯片的啟動(dòng)過(guò)程中，各電源需要按照一定的先后順序陸續(xù)上電。在外接電源VDDA和VDDI上好電后，提供數(shù)字電源DVDD的LDO就需要啟動(dòng)，并在上電完成后給數(shù)字電路提供一個(gè)復(fù)位信號(hào)，對(duì)觸發(fā)器、寄存器及鎖存器等單元電路進(jìn)行復(fù)位，保證電路在上電過(guò)程中能正常啟動(dòng)。其他電源及電路模塊則在數(shù)字電路正常工作后，在其控制下按照一定的時(shí)序分別啟動(dòng)。因此，上電控制電路對(duì)顯示驅(qū)動(dòng)芯片正常上電啟動(dòng)起著重要的作用。

2芯片上電控制電路

2.1上電檢測(cè)電路

只有當(dāng)驅(qū)動(dòng)芯片的兩個(gè)外接電源VDDA和VD-DI都上電之后，芯片才能啟動(dòng)。在芯片設(shè)計(jì)中，采用了電源上電檢測(cè)電路，對(duì)VDDA和VDDI進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)上電檢測(cè)完成后，才啟動(dòng)后續(xù)電路。上電檢測(cè)電路的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，分為三個(gè)部分，分別是VDDI檢測(cè)電路，VDDA檢測(cè)電路以及VDDA延遲檢測(cè)電路，其中VDDA延遲檢測(cè)電路采用的就是常見(jiàn)的RC結(jié)構(gòu)。在VDDA上電結(jié)束，檢測(cè)電路會(huì)輸出低電平信號(hào)VDDA_ON，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間延遲，輸出信號(hào)VDDA OELAY翻轉(zhuǎn)為高電平；VDDI上電結(jié)束，檢測(cè)電路會(huì)輸出低電平VDDI_ON，作為后續(xù)電路的使能信號(hào)。

由于芯片電源VDDA和VDDI上電沒(méi)有先后順序，分兩種情況考慮上電檢測(cè)電路：一種VDDA先上電，另一種是VDDI先上電，上電檢測(cè)波形如圖2所示。由上電檢測(cè)波形可以看出電源上電結(jié)束后，上電檢測(cè)信號(hào)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。從上電檢測(cè)波形可以看出，VDDA ON與VDDI 0N都輸出低電平時(shí)，VDDA與VDDI兩電源完成上電。

2.2系統(tǒng)上電控制電路

外部電源（VDDI、VDDA）上電完成以后，即可進(jìn)行內(nèi)部數(shù)字電路上電及芯片復(fù)位操作，具體可通過(guò)圖3電路實(shí)現(xiàn)。在電路中，VDDA OELAY和VDDl 0N為上電檢測(cè)電路的輸出信號(hào)，其中VDDA DELAY在VDDA上電之后經(jīng)t1時(shí)間延時(shí)后由低變高，而VDDI_ON則在VDDI上電結(jié)束輸出低電平。VDDI_ON為電平轉(zhuǎn)換電路的使能信號(hào)，電平轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。在VDDI未上電時(shí)，VDDI_ON為高電平，電平轉(zhuǎn)換電路的輸出為低電平，不受輸入信號(hào)影響。在VDDI上電之后，電平轉(zhuǎn)換電路才能正常進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。

DVDD_EN為DVDD_LDO的使能信號(hào)，高電平有效。當(dāng)該信號(hào)為高時(shí)，DVDD LDO將開(kāi)始工作，產(chǎn)生數(shù)字供電電源DVDD。圖5所示DVDD延遲檢測(cè)電路對(duì)DVDD電壓進(jìn)行檢測(cè)，在DVDD上好電后經(jīng)t2時(shí)間延時(shí)，DVDD_DELAY由低跳高。RESX信號(hào)為主機(jī)配置的復(fù)位信號(hào)，通過(guò)10接口到該電路，經(jīng)過(guò)兩個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路從VDDI電壓域分別轉(zhuǎn)換至VDDA和DVDD電壓域，其中VDDA電壓域的RESX信號(hào)用于控制帶隙基準(zhǔn)（BGR）的使能，并與VDDA_DELAY信號(hào)相與之后作為觸發(fā)器的清零信號(hào)。DVDD電壓域的RESX信號(hào)則與DVDD_DE-LAY信號(hào)相與之后作為硬復(fù)位信號(hào)hw給數(shù)字電路，在數(shù)字電路中與軟復(fù)位信號(hào)sw相與之后作為整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)位信號(hào)。觸發(fā)器的D端和觸發(fā)端信號(hào)由數(shù)字控制，在芯片接收到深睡眠指令時(shí)，觸發(fā)端產(chǎn)生一個(gè)上升沿，將Q端信號(hào)變?yōu)楦唠娖健?/p>

下面從以下六種情況考慮芯片復(fù)位。

（a） VDDA與VDDI上電啟動(dòng)

VDDI上電后，檢測(cè)信號(hào)VDDI_ON立即輸出低電平。VD-DA上電后，經(jīng)過(guò)時(shí)間t1延時(shí)后，檢測(cè)信號(hào)VDDA_DELAY輸出高電平。在時(shí)間t1內(nèi)，DVDD使能信號(hào)直接有效，DVDD開(kāi)始建立并穩(wěn)定，數(shù)字電路上電；同時(shí)VDDA DELAY的低電平對(duì)D觸發(fā)器清零。

在以上過(guò)程進(jìn)行的同時(shí)，主機(jī)配置復(fù)位信號(hào)RESX為低脈沖，數(shù)字電路開(kāi)始復(fù)位。RESX變高的時(shí)刻，帶隙基準(zhǔn)開(kāi)始正常工作。但是數(shù)字電路的復(fù)位信號(hào)由RESX和DVDD_DELAY共同作用的。只有當(dāng)數(shù)字電路上電t2時(shí)間后，DVDD_DELAY才會(huì)翻轉(zhuǎn)為高電平，此時(shí)RESX和DVDD_DELAY同時(shí)為高，數(shù)字電路復(fù)位完成。

在數(shù)字電路復(fù)位期間，D觸發(fā)器的觸發(fā)信號(hào)一直維持低電平，且復(fù)位結(jié)束，觸發(fā)信號(hào)輸出默認(rèn)值低電平，這樣即可保證DVDD一直有效，即數(shù)字電路持續(xù)供電。

（b）RESX硬復(fù)位

若RESX為低電平，即硬復(fù)位信號(hào)有效，則數(shù)字電路復(fù)位，帶隙基準(zhǔn)電路重啟。注意的是，RESX硬復(fù)位并沒(méi)有使數(shù)字電路掉電。

（c）軟復(fù)位

當(dāng)數(shù)字電路接收到軟復(fù)位命令時(shí)，反映到電路上sw端為低電平，則Reset信號(hào)直接對(duì)數(shù)字電路復(fù)位。

（d）VDDI掉電，再啟動(dòng)

若VDDI掉電，VDDA不掉電，這時(shí)檢測(cè)信號(hào)VDDA_DE-LAY保持高電平，但是VDDI_ON由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平，導(dǎo)致DVDD LDO關(guān)閉，即數(shù)字電路掉電。一旦數(shù)字電路掉電，芯片不能自啟動(dòng)，必須在VDDI重新上電后，配置RESX一個(gè)低電平脈沖，才能使DVDD LDO重新啟動(dòng)，即數(shù)字電路重新上電。同（a）一樣，本電路會(huì)重啟帶隙基準(zhǔn)，并完成數(shù)字電路復(fù)位。

（e）VDDA掉電，再啟動(dòng)

若VDDA掉電，VDDI不掉電，這時(shí)檢測(cè)信號(hào)VDDI_ON保持低電平，VDDA_DELAY翻轉(zhuǎn)為低電平，并且VDDA是DVDDLDO的電源，VDDA的掉電使得數(shù)字電路無(wú)電。值得注意的是：處于此種狀態(tài)的芯片不能自啟動(dòng)。只有VDDA重新上電，才能讓數(shù)字電路上電；接著通過(guò)配置RESX為低電平脈沖，使帶隙基準(zhǔn)重啟、數(shù)字電路復(fù)位。

（f）芯片深睡眠及喚醒

當(dāng)芯片接收到深睡眠模式的指令時(shí)，一方面反映在圖3中D觸發(fā)器輸人為高電平，觸發(fā)信號(hào)由低到高電平翻轉(zhuǎn)，將D端的高電平輸出至Q端，導(dǎo)致DVDD_EN變?yōu)榈碗娖?，DVDD LDO關(guān)閉，數(shù)字電路掉電，同時(shí)，觸發(fā)器的輸出信號(hào)還控制SRAM的電源開(kāi)關(guān)，當(dāng)其變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，SRAM的電源將斷開(kāi)，節(jié)省系統(tǒng)功耗；另一方面，芯片內(nèi)部DC-DC電路、振蕩器、驅(qū)動(dòng)電路及MPU接口與寄存器均不工作，芯片進(jìn)入深睡眠模式。

這種模式下，芯片同樣不能自啟動(dòng)。主機(jī)必須通過(guò)配置RESX，才能使數(shù)字電路重新上電與復(fù)位、帶隙基準(zhǔn)重啟。深睡眠狀態(tài)失效，即芯片深睡眠模式被喚醒。

3電路仿真

該電路采用umcl62ehv工藝設(shè)計(jì)，并利用Cadence Spectre對(duì)其進(jìn)行仿真。

圖6為VDDA和VDDI上電以及VDDI掉電仿真，從圖中可以看到，在VDDA上電后，DVDD_EN為高電平，DVDD LDO開(kāi)始工作，DVDD電壓上電。VDDA_DELAY經(jīng)過(guò)約130us延時(shí)后，跳為高電平，DVDD_DELAY在DVDD上電后，經(jīng)大約240us延時(shí)后跳為高電平。VDDI_ON在VDDI上電后即變?yōu)榈碗娖?。在VDDI掉電時(shí)，VDDI_ON變?yōu)楦唠娖?，同時(shí)DVDD_EN變?yōu)榈碗娖剑珼VDD LDO關(guān)閉，DVDD開(kāi)始掉電。

圖7則是對(duì)芯片深睡眠及喚醒情況進(jìn)行仿真?？梢钥吹疆?dāng)觸發(fā)器觸發(fā)信號(hào)CLK第一個(gè)上升沿到來(lái)時(shí)，由于系統(tǒng)剛上電，VDDA_DELAY還是低電平，DVDD_EN不受其影響，繼續(xù)保持高電平，DVDD正常上電。這可以保證系統(tǒng)在上電期間，不會(huì)因?yàn)檫壿嬰娐返腻e(cuò)誤信號(hào)而導(dǎo)致DVDD LDO誤關(guān)閉，使其不能上電。當(dāng)CLK的第二個(gè)上升沿到來(lái)時(shí)，意味著芯片接收到深睡眠模式指令，將D端的高電平傳輸?shù)接|發(fā)器Q端，DVDD_EN變?yōu)榈碗娖剑珼VDD LDO關(guān)閉，芯片進(jìn)入深睡眠狀態(tài)。直到主機(jī)給RESX配置低脈沖，DVDD_EN才重新變?yōu)楦唠娖?，芯片推出深睡眠模式，被成功喚醒?/p>

4結(jié)束語(yǔ)

顯示驅(qū)動(dòng)芯片電路規(guī)模大，電源系統(tǒng)復(fù)雜，電路模塊多，需要數(shù)字模塊對(duì)上電時(shí)序及各功能模塊進(jìn)行控制。為保證系統(tǒng)的正常工作，設(shè)計(jì)了上電控制模塊，通過(guò)對(duì)電源電壓進(jìn)行檢測(cè)以及相應(yīng)控制邏輯，產(chǎn)生可靠的系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)，使芯片在上電后能進(jìn)人正常工作狀態(tài)，并保證芯片能順利從深睡眠模式喚醒。