本應用筆記解釋了如何在TFT LCD應用中使用MAX25221可編程VCOM緩沖器。

介紹

MAX25221為4通道TFT-LCD電源IC，提供對稱的正AVDD和負NAVDD電源、VGON和VGOF柵極電源以及內部數字可編程VCOM緩沖器（圖1）。

VCOM 電壓為 TFT-LCD 面板背板提供調諧的參考直流電壓，并用作電流路徑。MAX25221設計用于保持恒定的VCOM電壓，同時減輕來自背板的電流尖峰。VCOM電壓的尖峰和波動會導致串擾并惡化TFT-LCD的顯示圖像。TFT-LCD面板越大，考慮這些波動就越重要。VCOM電壓的穩定性和工作溫度范圍內的低漂移可提高圖像質量并減少亮度變化。VCOM 緩沖器輸出高達 ±120mA 的峰值電流，由 IN 電源引腳和 VCOMN 上的穩壓供電。

圖1.MAX25221的部分框圖

VCOM 緩沖區

VCOM 輸出電壓使用內置 I 進行編程2C接口的值介于-2.49V和+1V之間，步長為6.83mV。9位值也可以存儲在非易失寄存器中。表 1 介紹了 VCOM 寄存器位的配置。VCOM電壓設置的最高有效位位于VCOM25寄存器中，而最低有效位位于DELAY VCOM_LSB寄存器中的vcom25_0位。

表 1.VCOM 寄存器位

驅動能力

VCOM 輸出端的最大容性負載為 10nF。當驅動較大的容性負載時，應使用串聯電阻以保持穩定性。圖2顯示了容性負載掃描從10nF到14.1μF、串聯電阻值到1？以及不同VCOM值的仿真結果。

圖2.模擬不同電壓和電容值下的相位裕量。

VCOM 故障檢測

如果VCOM輸出電壓偏離設定值超過0.25V，或者驗證電流限制的時間超過tfault，則檢測到VCOM故障，并使用FAULT2寄存器中的vcom_flt位進行標記。檢測到此故障時，VCOM 緩沖區將繼續運行 — 不會自動禁用。但是，故障情況可能導致VCOM緩沖器中的高功耗，并可能導致整個器件的熱關斷。如果VCOM緩沖器處于連續限流模式的時間超過tfault[1：0]設置的時間，則會標記vcom_flt位，并禁用包括VCOM、AVDD、NAVDD、VGH和VGL在內的輸出，以避免損壞IC。

虛擬通信量設置

要計算VCOM值（9位），請使用以下公式寫入VCOM25寄存器：

VCOM設定值與VCOM電壓之間的對應關系如表2所示。

表 2.虛擬通信量設置

不同的功能模式

VCOM 輸出可以在不同的模式下運行：

VCOM，無溫度補償。

具有外部溫度補償功能的 VCOM。

具有內部溫度補償功能的 VCOM。

無溫度補償的 VCOM

如果選擇此選項，IC將以簡單模式運行，其中VCOM電壓不會因溫度變化而補償，并且始終設置為根據VCOM25的值。可以將VCOM輸出限制在VCOM_MIN和VCOM_MAX寄存器中設置的值之間的范圍內。

如果需要此限制，引腳29（R裁判） 和 30 （TEMP） 應該是浮動的。表3列出了這種工作模式的寄存器設置。

表 3.無溫度的 VCOM VCOM 寄存器位

VCOM 溫度補償

VCOM 輸出電壓可以使用連接到 TEMP 輸入的溫度敏感元件來補償溫度變化（圖 3）。有時需要溫度補償VCOM來在溫度變化的環境中保持顯示質量。

通過在 DELAY-VCOM_LSB 寄存器中設置T_comp_en位來啟用溫度補償，并根據 CONFIG 寄存器中的int_sensor位選擇要使用的傳感器。

這些寄存器在表4中進一步詳細說明。

外部補償保證了與顯示面板相關的更準確的測量。溫度敏感元件放置在顯示面板上，以確保正確測量。內部補償不太準確，因為使用內部溫度傳感器測量設備內部的溫度。但是，此解決方案的優點是不需要外部組件。

圖3.溫度補償電路。

表 4.VCOM 溫度補償寄存器

VCOM 外部溫度補償

VCOM輸出電壓使用連接到TEMP引腳的NTC熱敏電阻補償外部溫度變化。VCOM 值根據隨溫度變化的 ADC 讀數值起作用（圖 4）。

圖4.頂級NTC+VCOM系統

TEMP引腳被強制為625mV，從中汲取的電流鏡像在R上裁判針。R上的電阻產生的電壓裁判饋入內部 8 位 ADC，其基準電壓為 1.25V。

因此，ADC的輸入如下：

高度非線性的NTC特性可以根據需要最高分辨率的溫度（冷、室或熱）進行修改。

使用內部ADC的不同傳遞功能可以實現兩種不同的NTC連接，如圖5和圖6所示。

圖7.VADC_in與溫度模式 1 和模式 2 相比。顯示了模式1和模式2中ADC的電壓與溫度的比較。

在模式 2 中，R 的值裁判、NTC、R1和R2以優化顯示器工作溫度范圍（-30°C至+90°C）內的ADC輸入范圍（0至1.25V）。

如您所見，在-30°C至+90°C范圍內，模式2的實現比模式1更線性，從而提高了ADC的分辨率。總體而言，可以優化電阻值，以獲得符合客戶要求的最佳分辨率參考。

在模式1實現中，最佳結果僅在+40°C至+90°C范圍內（紅色曲線在此范圍內斜率更大），但最差分辨率在-40°C至+20°C范圍內。

如表1所示，+25°C時的VCOM值是寫入VCOM25寄存器中的值，以及來自延遲VCOM_LSB寄存器的LSB。在啟動階段，溫度補償功能不會立即啟用。因此，器件始終以 VCOM 上的 VCOM25 電壓值啟動。為了消除高度非線性的NTC特性，同時保持高分辨率，引入了四個斷點，如圖8所示。對于每個單獨的斷點，定義與溫度相關的VTEMP值和所需的VCOM值（表5）。

表 5.VCOM 斷點

*VCOM_L和VCOM_H1寄存器中的 5 位值表示 VCOM 在 ADC 讀數為 VTEMP_L 和 VTEMP_H1 表示的溫度下與 VCOM25 值的變化。

**VCOM_H2寄存器中的值表示VCOM從VCOM_H1的積極轉變。

VCOM_L值表示 VCOM 的負偏移，而VCOM_H1和 VCOM_H2 表示正偏移。

圖8.溫度補償曲線。

表 6 描述了要為此操作模式配置的寄存器。

表 6.帶溫度補償寄存器的VCOM

具有內部溫度補償功能的 VCOM

在這種模式下，VCOM輸出電壓使用內部溫度傳感器補償溫度變化。內部溫度傳感器檢測 IC 的結溫，該結溫可能與環境溫度明顯不同（圖 9）。

圖9.內部溫度補償系統。

要使用內部傳感器，請將 CONFIG 寄存器中的int_sensor位設置為 1。內部溫度傳感器的溫度系數為2mV/°C，25°C時的標稱輸出電壓為620mV，如圖10所示。

圖10.VADC 輸入與溫度的關系。

示例ADC結果與溫度的關系

這是如何配置VCOM輸出電壓寄存器的示例。

在 25°C 時具有 10kO 電阻的 NTC 和具有 330O 電阻的 R1 從 TEMP 連接到 GND。R型裁判電阻為 2400O，帶模式 2 連接。

在不同的溫度下，將在R上觀察到以下電壓裁判以及ADC測量結果如下表7所示。有關各種 VCOM 寄存器設置的示例，請參閱表 8

VTEMP HEX 列指示每個溫度的 VADC 電壓。VCOM 列表示每個溫度下所需 VCOM 電壓與 VCOM25 之間的增量。DES VCOM 電壓表示每個溫度下所需的 VCOM 電壓值。

* 低頻輸出 4.89mV

**低頻 6.83mV

表 7.ADC 電壓與溫度的關系

表 8.VCOM 寄存器設置示例

通過這些設置，VCOM輸出電壓在+25°C時為-1V。 但是，如果溫度變化并且TEMP電壓值調整為13.2mV，則VCOM電壓將根據VCOM_L寄存器中的設置降低到-1.09V。以類似的方式，當TEMP電壓分別為448mV和881mV時，VCOM_H1和VCOM_H2值分別在VCOM上輸出。在這些值之間，器件以6.83mV的分辨率插值正確的VCOM電壓值。完整的曲線如圖11所示。

圖 11.溫度補償曲線示例值。

結論

VCOM緩沖器提供-2.55V至+1V范圍內的高精度電壓，步長為6.83mV （9位）。它使用9位字進行編程以設置一個值，該值可以存儲在非易失性存儲器中。此功能保證了TFT LCD的參考背板電壓，可以針對不同的面板進行調整，有助于減少顯示像差。其他優勢包括使用具有良好可配置性的最小外部組件，以保證具有高質量和高可靠性的低成本解決方案。此外，熱補償功能保證了溫度范圍內的低漂移，以滿足客戶的要求。

審核編輯：郭婷