毕业设计论文TFT-LCD显示技术电路设计和仿真

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1、-摘要随着TFT_LCD技术的迅猛开展，并且它拥有着性能优良、大规模生产特性好、自动化程度高、原材料本钱低廉的很多的优点，从而广泛应用于诸多领域。在这样的背景下，对其驱动电路也提出了更高的要求。本文即旨在进展TFT_LCD列驱动电路设计和仿真，设计构造分为数字局部和模拟局部两大局部，主要包括双向移位存放器、数据存放器、数据锁存器、电平位移、D/A变换和输出缓冲六个局部。首先会对列驱动电路的原理和工作过程做深入的了解，然后在参考已有经历的根底上，提出了本设计的总体构造和功能模块的划分。其次，通过Multisim和Cadence仿真工具对设计方案的结果进展验证。最后，在各个模块的根底上，建立了整体

2、芯片的构造框图。电路设采用Multisim和Cadence工具进展仿真，仿真结果说明，所设计的驱动电路根本满足液晶显示器的性能要求。关键字：列驱动；薄膜晶体管；校正；D/A变换AbstractAs TFT_LCD technology is developing rapidly, and it has e*cellent performance characteristics of large-scale production, high degree of automation, low-cost raw materials as well as many other advantages,

3、which are widely used in many fields.In this conte*t,the driving circuit is also put forward higher requirements. This article aims to conduct TFT_LCD column driver circuit design and simulation design structure is divided into the digital part and analog part of two major parts, including bi-direct

4、ional shift register, data register, data latches, level displacement, D/A conversion and output buffer si* parts. We will first column drive circuit of the principle and process in-depth understanding. Then, in reference to previous e*perience on the basis of this design, we will present the overal

5、l structure and the division of functional modules. Secondly, we use Multisim and Cadence simulation tools to verify the results of the design. Finally, in each module on the basis ,we create a block diagram of the overall chip.Circuit design using Multisim and Cadence tool for simulation, simulatio

6、n results show that the drive circuit basically designed to meet the performance requirements of the liquid crystal display. Keywords: column-driven；thin-film transistor；the -correction；the D/A conversion第一章 绪论1.1 液晶显示技术的开展历程液晶，最早是奥地利植物学家莱尼茨尔在1888年*次测定有机物的熔点时偶然发现的，。他经常从胡萝卜中萃取胆固醇，有一天，他注意到了加热一种苯甲酸胆固醇所

7、产生的颜色变化:当加热至摄氏145度，固态化合物慢慢熔化成钻稠白云状的液体，继续加热，温度上升至摄氏179度，钻稠白浊的特性消失，变成了清澈透明的液体，这种化合物似乎有两个不一样的熔点，而当该化合物冷却时，同样的现象重复出现，只是次序反转，最后形成固态的结晶体。后来他发现有机物融化后在加热的状态下都会由透明的白色浑浊液体变成透明清亮的液体，这是人们对液晶最原始的认识。正是莱尼泽的这一发现，直接将液晶呈现在了世人的面前。不久，德国物理学家莱曼观察发现这些液体还会显示出各向异性的晶体所有的双折射性，因此把它命名为液晶。早期液晶作为显示屏的材料很不稳定，作为商用尚存在着许多需要解决的问题。因此，制造

8、商们不断去寻找更好的方法以提高液晶显示器的性器开展的难题，科技的进步恰恰为这一切提供了可能。经过将近40年的开展，液晶显示器的技术接近成熟。20世纪60年代初，人们发现给液晶充电会改变它的分子排列，继而造成光线的扭曲或者折射。反复的实验之后，人们又发现了光电效应，即向列液晶的透明薄层通电时会出现浑浊现象。随着时间的推移，越来越多的实验让人们对液晶构造的特性和应用有了更加深刻的认识。终于，1971年创造了第一台液晶显示器，就是最初的TN_LCD，即扭曲向列。这一技术迅速普及开来，在很多领域得到了推广应用，包括计算器，电子表等。美国人最先提出了TFT_LCD技术，自此登上舞台。但是TFT-LCD技

9、术真正的开展是在1993年，日本率先实现了TFT_LCD大规模生产，液晶显示器开场向廉价，低本钱方向开展之后，薄膜式晶体管TFT_LCD开场进一步向高端开展。1997年，第一批大基板尺寸第三代TFT_LCD生产线在日本建成。目前，由于薄膜晶体管液晶显示器具有重量轻、平板化、低功耗、无辐射、显示品质优良等特点，其应用领域正在逐步扩大。同时随着应用领域的扩大，对液晶显示器的要求也正在向大尺寸，高分辨率，高彩色化开展，这也使得人们研究和开发新的驱动方案，如目前的新的IC驱动技术。1.2 TFT_LCD主要的技术特点TFT_LCD从1960创造开场经过不断的改进和开展，在二十世纪几十年代才真正开展起来

10、，是采用新材料和新工艺的大规模半导体全集成电路制造技术。TFT是在玻璃或塑料基板等非单晶片上通过溅射，化学沉积工艺形成制造电路必须的各种膜，通过对膜的加工制作的大规模半导体集成电路。随着近年来TFT技术的日益成熟，彩色液晶平板显示器也得以迅速开展，于1991年成功转型为笔记型计算机用面板，TFT_LCD已迅速成长为主流显示器，从此进入TFT_LCD的时代。从1991年的第一代开场，目前已开展至第9代，甚至第10代生产线。与之对应的是，面板的尺寸，像素数，像素数密度也在按类似于摩尔定律的规模增加。特别是进入五代线以后，面积与产能不断扩大，TFT_LCD已经成为主流。当然，这项技术仍然在不断地进步

11、，工艺越来越简化，生产效率越来越高，直接使得价格越来越低。TFT_LCD之所以能迅速成长至此，这与它自身的特点是分不开的，它主要有以下四特点：1适用围广：在很大的温度围都可以正常使用-20到50，而且经过温度加固处理的TFT_LCD低温工作温度甚至可到达-80，同时它既可以用移动终端显示，也可以用台式终端显示，连投影都可以，是性能优良且全面的全尺寸显示终端。2适用特性好：TFT_LCD产品还有着较高的平安性和可靠性，再加上目前已经平板化，又轻薄方便多了。此外，TFT_LCD的功耗极低，可以节省大量能源，升级容易，使用寿命长，高分辨率，显示方式多样等诸多优点。3TFT_LCD制造技术拥有着很高的

12、自动化程度，大规模工业化生产特性好，目前TFT_LCD技术已经根本成熟，大规模生产成品率也极高。同时它还易于集成和更新换代，由于是大规模半导体集成电路技术和光源技术的完美结合，继续开展潜力巨大。目前已经有非晶，多晶和单晶硅TFT_LCD，将来肯定还会有其它材料的TFT出现。4环保特性好：最重要的是它没有辐射，不会损害使用者的安康。伴随着TFT_LCD电子书的出现，无纸办公，无知印刷时代开启，是人类学习，传播和记载方式的革命。显而易见的，TFT_CD的更易于集成和更新换代的特点赋予了它广阔的开展前景。此外，除了上面所说的外，TFT_LCD还有着大面积，功能强大，应用领域广泛等其他的特点。1.3

13、TFT_LCD国外状况的比照要看TFT_LCD国外状况的比照，我们首先来看下全球大尺寸TFT_LCD面板各地区市场占有率：下列图可以看出主要是，国，日本占据了这片市场，而我国显然还十分稚嫩，图中显示国大尺寸TFT_LCD出货量在2001年超过日本，成为全球第一大TFT_LCD生产国。之后稳居第一位，维持了市场支配性地位。然而好景不长，国遭到来自企业的猛烈冲击，虽然在2002年第1季度曾出现过一段市场占有率逆转的现象。从下半年开场，随着国国企业的第5代生产线正式投入批量生产，国的市场占有率又重新出现增长，最终仍以39.9%的占有率排名第一位。技术上，目前TFT_LCD技术已经成熟，困扰液晶平板显

14、示器的三大难题：视角、色饱和度、亮度已经获得解决。再看一下中日台TFT_LCD产业技术现状比照：从上面我们可以明显的看出目前我国大陆和地区，国以及日本的开展差距，就这种状况，我们不可能不依赖进口。世界TFT_LCD产业的现状及开展方向决定了中国大陆TFT_LCD产业的开展的规模及前景。中国大陆TFT_LCD产业开展比日及欧美兴旺国家要晚近二十年。但中国大陆TFT_LCD产业开展有其独特的特点和局限，主要有以下特点：1中国大陆TFT_LCD产业来势凶猛，良性循环机率低，产业链失衡，生产线、设备落后。 2中国大陆TFT_LCD产业一开场就受到当地政界的大力支持，产业开展的相关上游材料生产都有待极大

15、开发生产。3中国兴起的FPD产业，将逐渐成为世界FPD产业的核心，中国FPD产业的开展也将面临艰巨的挑战，同时中国TFT_LCD产业仍是全球的焦点。至今，国仅能生产电脑显示器、笔记本电脑用中等尺寸和小尺寸面板产品，全球市场份额缺乏10%，尚没有液晶电视用大尺寸面板的生产能力。与几乎同时起步的国和相比，我国TFT_LCD产业存在巨大差距，亟须大力开展。1.4 课题研究容及意义随着液晶显示的蓬勃开展，TFT_LCD驱动芯片业迎来了巨大的市场，其中最为明显的是TFT_LCD驱动IC的增长。为了在这个巨大的市场中占有一席之地，我国的IC行业面临着开展的机遇和挑战。为了更好的掌握产业开展的主动权。本文针

16、对这一开展趋势的要求，研究与设计了TFT_LCD列驱动电路，参照了现有产品的局部设计经历，根据数字电路和模拟电路设计流程和自顶向下的设计思想首先对芯片进展层次化功能划分;然后进展各个功能模块的原理图输入和仿真。最后，依据芯片资料提出的功能、性能指标、对芯片的功能、性能进展了模拟验证。本文采用的仿真验证工具是Multisim和Cadence，数字局部与模拟局部均采用原理图输入的方法。根据工作原理，本文将把整个电路划分为六个模块:双向移位存放器、数据存放器、数据锁存器、电平位移、D/A转换器和输出缓冲器。其中前二个局部为数字模块，后两个局部是模拟模块。在第二章中，本文将首先介绍源驱动芯片的工作原理

17、和系统架构;第二章将介绍数字局部电路的设计;第四章介绍电平位移模块和模拟局部电路的设计;第五章则给出S*GA TFT_LCD源驱动芯片的系统实现;第六章是对整体设计过程的一个总结，并给出了未来可以改进的地方。第二章至第五章每个局部都将会从它的工作原理、构造、性能指标和仿真结果各个方面加以介绍，必要时给出具体的分析推导。第二章 显示原理2.1 液晶显示根本原理2.1.1 LCD器件构造液晶显示器件(LCD, Liquid Crystal Display)的面板由20多项材料以及元件构成，面板厚度不到1cm，十分轻薄短小，而且不同类型的LCD所需的材料不尽一样。根本上，LCD构造如同一个治，如下图

18、，在一个液晶盒中一般包括玻璃基板，彩色滤光片，偏光板，配向膜，印制电路板等材料，当灌入液晶材料后，一个液晶显示器件就形成了。2.1.2 液晶显示原理液晶是分子排布或指向具有*种规律、介于固体与液体之间，具有规则性分子排列的有机化合物。它具有液体的流动性和晶体的双折射性，并且在电场的作用下会改变其分子排列。液晶的特点是构成液晶的分子指向有规律，而分子之间的相对位置无规律，前者使液晶具有晶体才具有的各向异性，后者使之具有液体才具有的流动性。液晶显示器的原理是利用液晶的物理特性，在通电时导通，使液晶排列变得有秩序，从而光线容易通过，不通电时，排列则变得无序，从而阻止光线通过。如下列图所示：TFT_L

19、CD液晶显示器的显像原理是采用背透式照射方式。当光源照射时，先通过下偏光板向上透出，借助液晶分子来传导光线。由于上下火层的电极为FET电极和公共电极，在FET电极导通时，液晶分子的排列状态同样会发生改变，也通过遮光和透光来到达显示的目的。但不同的是，由于FET晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，先前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到FET电极下一次再加电改变其排列方式为止。从电子学角度阐述液晶显示器件的显示原理为:在外加电场的作用下具有偶极矩的液晶棒状分子在排列状态上发生变化，使得通过液晶显示器件的光被调制，从而呈现或明或暗、透过与不透过的显示效果。液晶显示器件中的每个显示像素都可以单独

20、被电场控制，不同的显示像素按照驱动信号的控制在显示屏上合成各种图像，液晶显示驱动的功能就是建立这种电场。液晶显示有三大优点:液晶本身不发光，只是反射环境光;用十显示的液晶的厚度一般在几十微米以下，加上电极板也只有几毫米，所以液晶元件一般薄而且轻，应用十分方便;液晶显示器耗电量一般极低，根本上不耗电能。2.2 TFT元件的构造特性和工作原理2.2.1 TFT元件的构造在TFT_LCD中，TFT的功能就是电气开关。图2.1表示了TFT元件的平面图和截面图。它是三端器件，一般在玻璃基板上设有半导体层，在其两端有与之相连接的源极和漏极，并通过栅极绝缘膜与半导体层相对放置，设有栅极。利用施加于栅极的电压

21、Vg来控制源、漏电极之间的电流。 栅极 源极 漏极 半导体层 图2.1 TFT的根本构造TFT器件和MOS器件的工作原理一致，唯一的区别在于MOS器件的半导体材料是单晶体材料，TFT的半导体材料是薄膜材料。对于TFT工作于线形区时，即VDS(VDS-Vth)，漏极电流为： 关断状态的漏电流方程为：其中，VDS是源漏间的电压，ID是源漏间的电流VGS是栅源间的电压，VT是阈值电压，是有效迁移率，Co*是栅氧化层的厚度，W是沟道宽度，L是沟道长度。ION的大小反映了沟道导电能力的强弱，如果ION太小，将影响MOS管的增益和输出动态围，反之如果ION太大，则会引起直流功耗过大。迄今有很多关于TFT元

22、件的研究开发正在进展，但实现使用化的是单晶硅TFTa-Si TFT、多晶硅TFTp-Si TFT、使用单晶硅MOSFETc-Si MOSFET)的硅类半导体晶体管。由于a-Si TFT的电子移动速率低于1 cm2/V.sec，而驱动IC需要较高的运算速率来驱动电路，并巨不易将驱动IC集成到基板上。相比之下，p-Si电子的移动速率可以到达100 cm2/V.sec，同时也更容易将驱动IC集成到基板上，可以降低生产本钱，并使产品重量更轻、厚度更薄。同时p-Si TFT比传统的a-Si小，所以解析度可以更高。2.2.2 TFT工作原理TFT_LCD的象元由阵列基板侧面的液晶象元电极，公共电极以及封闭

23、在两者之间的液晶构成，象元通过一个薄膜晶体管控制加到其上的电压，如图2.2所示： 显示数据 薄膜晶体管 液晶 公共电极 图2.2 TFT_LCD象元构造TFT_LCD的每个象素都是一个薄膜晶体管，其具有存储的特性，且其存储时间的长短取决于TFT关态电阻和液晶象素的电容，存贮电容的RC常数。因此，TFT_LCD的驱动方式不同于TN和STN。 TFT_LCD的象素在显示系统中的构造如图2.3所示:当扫描驱动器施加给扫描电极一个选择电压时，TFT_LCD显示的灰度级由数据驱动器的电压和存储在象元上的电压决定。即当TFT的栅极G与源极S未选通时，TFT处于截止态，源极S与漏极D之间相当于开路，外电路电

24、压不会施加到液晶像素上。当行扫描信号选通了*一行所有TFT的栅极G后，源扫描信号依次选通此行上TFT的源极S。行扫描信号和源扫描信号同时选通的TFT将被翻开，源、漏极之间导通，源扫描信号即数据信号写入液晶像素和补偿电容Cs。因为液晶像素与补偿电容对电荷的存储特性，在TFT截止后，写入的数据信号会保存一段时间。可以设定这个保存时间为半帧周期，下半帧时，改变写入信号的极性，即可保证液晶像素处于交流驱动状态。 输入数据1 输入数据2 输入数据3 TFT TFT S D Lyquid cystal Lyquid cystal 公共电极 公共电极 图2.3 TFT_LCD象元在显示系统中的构造第三章 驱

25、动原理3.1 液晶驱动方法液晶显示的驱动方式有许多种，根据常见的液晶显示器件种类，液晶显示器件的驱动方式主要可分为以下几大类。即直接驱动法，有源矩阵驱动法，射束寻址驱动法，铁电液晶驱动法，彩色液晶驱动等。TFT_LCD一般采用有源驱动法。 TFT_LCD的有源矩阵驱动也叫开关矩阵驱动，其主要特点是在显示面板的各像素点设置了开关元件(TFT)。TFT的作用是把液晶像素和信号电极很好的分隔开来，即有源开关的作用。这种行、列电极穿插构成的点阵显示方式，不仅提高了显示屏的响应时间，同时在灰度控制上也可以通过点脉冲直接控制，可以做到非常准确，因而每个节点都相对独立，并可以进展连续控制，使TFT色彩更逼真

26、，显示模式也更灵活。在显示过程中，由于在*一时刻只有一行单元被选中，其它行都处于选中状态，从而彻底消除了穿插效应。同时，由于液晶显示像素的存储效应，只要TFT单元的漏电流足够小，写入的数据信号在一帧时间可根本保持不变，就能实现占空比接近100%的静态显示效果。对TFT_LCD来说，目前最为常见的共有4种驱动方法，即帧反转，行反转，列反转和点反转，图3.1为这4种驱动方法的例如图。帧反转 1 2 3 41+2 +3+4+12341-2-3-4- 行反转 1 2 3 41+2 -3+4- 1 2 3 41-2 +3-4+ 列反转 1 2 3 41+-+-2 +-+-3+-+-4+-+- 1 2 3

27、 41-+-+2 -+-+3-+-+4-+-+ 点反转 1 2 3 41+-+-2 -+-+3+-+-4-+-+ 1 2 3 41-+-+2 +-+-3-+-+4+-+-图3.1 液晶显示驱动方法1)帧反转:即一帧中所有的数据电压极性一样，但对于公共电极电压前一帧与后一帧的极性相反。2)行反转:即一帧中的相邻行的数据电压相对于公共电极电压极性相反。3)列反转:即一帧中的相邻列的数据电压相对于公共电极电压极性相反。4)点反转:即一帧中的相邻象素的电压相对于公共电极电压极性相反。帧反转驱动方法用于分辨率较低的场合，尽管功耗低，但驱动电压较大，而且闪烁现象严重，所以TFT_LCD一般不用。由于在一样

28、帧频的前提下，分辨率的提高，就意味着时钟频率的增加，即对每个象素的写入时间将变短，因此通常对于分辨率较低，屏幕较小的显示器，如分辨率为VGA和SVGA的TFT_LCD用行反转，更高分辨率的则用点反转方式。总之，帧反转驱动方法用于分辨率较低的场合，其驱动电压较大，功耗较高，但电路简单;行反转驱动方法用于分辨率中等的显示屏，其驱动电压较小，功耗较低，但电路比帧反转要复杂一些;点反转驱动方法用于分辨率较高的场合，电路最为复杂，但图像效果最好。3.2 TFT_LCD驱动原理3.2.1 TFT_LCD系统构造图3.2是TFT_LCD显示系统的电路框图，其按功能可以分成接口电路，视频信号变换电路，时序控制

29、电路，电压变换电路，公共电极驱动电路和显示模块等6个局部。其中显示模块包括有效显示区、扫描驱动芯片以及列驱动芯片。输入接口局部负责将输入的数据信号、同步信号、控制信号和电源信号送入时序驱动电路板;视频信号变换电路则负责将输入的信号转换成适合TFT_LCD显示的数据信号，然后经过时序控制电路的同步和定位，连同栅、源驱动芯片的控制信号，时序信号和同步信号共同经过输出接口送入显示模块;电源变换电路将输入的直流电压转换成各个局部所需的直流工作电压以及直流驱动电压和背光源所需的交流电压;公共电极驱动电路将产生公共电压，和数据线驱动电压共同作用，从而完成TFT_LCD的显示工作。视频信号变换数据驱动电路接

30、口栅极驱动电路液晶显示屏时序控制电路电源变换电路公共电极驱动图3.2 TFT_LCD显示系统从图3.2的TFT_LCD的显示系统构造中可以看到，驱动一块TFT_LCD显示屏，需要两组信号:源极数据信号和栅极行扫描信号。从驱动系统的角度来看，这两组信号分别由两种驱动芯片来实现:列驱动电路和行驱动电路。源驱动电路的作用就是对数据线施加目标电压，而栅驱动电路的作用是实施开关的导通和断开，工作时按照一次一行的方式依次扫描栅极。每扫描到一条栅极线，与其相连的TFT同时处于导通状态，通过漏极总线将数据线上的信息提供应各信号存储电容，各像素的液晶被存储的信号鼓励至下一个帧扫描时为止。这种方法循环地给每行栅电

31、极施加选择脉冲，在一帧中每一行的选择时间是均等的。3.2.2 TFT_LCD驱动电路的工作过程图3.3为彩色TFT_LCD模块截面图:彩色TFT-LCD屏是由TFT阵列玻璃板和彩色滤光膜玻璃板之间参加液晶材料组成的。为了控制液晶层厚度，在液晶层分散分布玻璃(或塑料)微球，两个玻璃板外表涂布取向层(即配向膜)，控制液晶分子定向排列。图3.3 彩色TFT_LCD截面图由于液晶存在工作电压的阈值弛豫特性，在简单矩阵驱动中比照度很低，显示容量很难增大。随着TFT液晶显示器显示面积的增大，主流的高性能驱动方法均采用有源矩阵型。TFT_LCD的有源矩阵驱动也叫做开关矩阵驱动，其主要特点是在显示面板的各像素

32、点设置开关元件(TFT)和信号存储电容。用M个行电极和和N个列电极穿插构成MN点排列的显示矩阵，以M个行电极和N个列电极控制MN个显示点就可以得到任意文字、图形和图像。由于点阵画面上的图像数据量庞大，在图像的发送端会把图像数据按时间坐标进展分解，并且转换成按时间顺序的串行信号，承受端显示器按时间顺序承受串行的信号，并把它处理成能显示的图像，这个过程称为扫描。在驱动MN矩阵的TFT_LCD时，将扫描电路的寻址信号送入栅线Y1，Y2,Y3. YM，将数据电路的数据信号送入数据线*1，*2，*3. *N。TFT_LCD的具体驱动过程一般采用逐行扫描的方式，即顺序选通*一个总线Y上的显示点，例如选通栅

33、线Y1上的象素，则选通Y1上所有的TFT，从Y1起按顺序选到YM，称为一帧，将一帧的时间进展分割，则每个栅极分给一定的时间(称为选通时间)tl，t2，t3.tw，重复进展一样的动作，即完成一帧图像的驱动。数据线*1, *2, *3. *。的数据信号，由寻址信号通过控制开关的TFT，写入到象素电容Cc和存储电容Cs、上成为象素电压。象素电压与公共电极上的电压之差驱动显示图像。然后，关断栅极总线Y1上的所有TFT和由Y1所选择的象素，保持到下一个寻址信号到来为止，直到再一次写入数据信号更新画面。所以，由十液晶上保持着数据信号施加的电压，实质上液晶在一帧时间作静杰动作。每一帧周期，除了正在被寻址的扫

34、描行外，所有其他行的TFT栅极皆为地电位，TFT处十截止状态，存贮在这些象素电容上的电荷基板不变，灰度也不变，一直到下一帧到来为止。M行这样的信号依次传输到矩阵液晶显示屏上从而构成一帧图像。每帧重复一次上述过程，图像刷新一次。在行回扫的时间里，行存贮电容Cs上的电荷全部放电完毕，而后重新充电存入下一行图像信号。矩阵显示方式的大尺寸液晶显示屏幕，由于行列的数量均十分庞大，需要采用数片栅极驱动和源级驱动共同工作。第四章 列驱动电路设计和仿真4.1列驱动电路设计数字电路的根本单元为各种门电路，包括反相器、与非门、或非门等，它们可以通过不同的组合构成功能更加复杂的电路构造，完成更多的功能要求。以下将逐

35、一详细介绍本设计中使用到的一些根本门电路。4.1.1 列驱动电路构造本文研究的TFT_LCD列驱动电路的构造如下列图所示，主要包括移位存放器、数据存放器、数据锁存器、电平位移电路、数模转换器和输出缓冲六大模块。双向移位存放器STHR STHL RL Vdd1 CLK GND STB数据存放器数据锁存器 POL电平转换电路 Vdd2 GND数模转换输出缓冲电路 S1 S2 S3 S383 S384图 列驱动构造图4.1.2 反相器反相器是构成数字电路的根本单元，亦是构成其他各种门电路的根底。图4.1即为本设计中电源电压为5V的反相器的电路构造图。 图4.1 反相器电路构造图从图中可以看到，CMO

36、S反相器采用正电源Vdd供电，PMOS管的源极接电源正极，NMOS管的源极接地。两个管子的栅极连在一起，作为反相器的输入端，两个管子的漏极连在一起，作为反相器的输出端。因为NMOS管的Vds为正电压，PMOS管的Vds为负电压，所以当CMOS反相器处于稳态时，无论输出高电平还是低电平，PMOS和NMOS中必然有一个截止而另一个导通，此时电源向反相器提供仅为纳安级的漏电流，所以CMOS反相器的静态功耗非常小。为了使得设计中的反相器具有最大的噪声容限，并且具有几乎一样的上升时间和下降时间，NMOS和PMOS的宽长比必须满足:其中，n是NMOS管的外表迁移率，p是PMOS管的外表迁移率，设计中沟道长

37、度取最小值，此时该反相器可以获得较理想的输出，其仿真波形如图4.2所示:图4.2 反相器仿真结果4.1.3 与非门和或非门与非门和或非门也是数字电路设计中非常根本的门电路，与非门为上面两个PMOS并联，下面两个NMOS串连的电路构造，如图4.3所示。其中两个串联的NMOS管为工作管，而两个并联的PMOS管为负载管。当输入A, B都是高电平时，串联的NMOS管都导通，并联的PMOS管都截止，因此输出为低电平。当输入A,B中有一个为低电平时，两个串联的NMOS工作管中必有一个截止，于是电路输出为高电平。因此满足输出与输入之间与非的逻辑关系。图4.3 与非门电路构造图图4.4为两输入与非门的仿真波形

38、，从图中可以看到，该与非门具有非常理想的输出波形。图4.4 与非门仿真结果或非门的构造与与非门类似，如图4.5所示。其构造为上面两个PMOS负载管串联，下面两个NMOS工作管并联。当输入A, B中至少有一个为高电平时，并联的NMO S管至少有一个导通，串联的PMOS管中至少有一个截止，十是电路输出低电平;当输入A, B都为低电平时，并联的NMOS管都截止，串联的PMOS管都导通，因此电路输出高电平。可见，电路实现了或非的逻辑关系。或非门的设计原理也与与非门根本一样。图4.6是本设计中或非门的仿真结果。由图4.6可见，该或非门具有几乎一样的上升时间和下降时间，符合设计的预期。图4.5 或非门电路

39、构造图图4.6 或非门仿真结果4.1.4 传输门传输门利用P沟道的MOS管和N沟道的MOS的互补特性可以连接成CMOS传输门。CMOS传输门也与CMOS反相器一样，是构成各种逻辑电路的一种根本单元电路。图4.7即为本设计中用到的CMO S传输门的电路构造。T1是NMOS管，T2是PMOS管。T1和T2的源极和漏极在构造上是完全对称的，它们的源极和漏极分别相连作为传输门的输入端和输出端C和C为一对互补控制信号，分别接在T1和T2的栅极。之所以采用传输门是由于简单的MOS开关会存在阈值电压的损失，例如NMOS管在传输高电平时和PMOS在传输低电平时，都会发生这样的情况。因此为了保证在上下电平时，开

40、关器件都能够准确无误的工作，将NMOS和PMOS并联结合使用，即当N管无法工作的时候，那段高电平由P管来完成，而当P管无法工作的时候，那段低电平由N管来传输。这样就能够实现从电源电压到地满摆幅的传输。由于T1, T2管的构造形式是对称的，即漏极和源极可以互易使用，因而CMOS传输门属于双向器件，其输入端和输出端也可以互易使用。CMOS传输门在数字电路中的应用非常广泛，可以组成各种复杂的逻辑电路，例如数据选择器，存放器，计数器，触发器等。传输门的另一个重要用途就是用作模拟开关，用来传输连续变化的模拟电压信号。这也是一般的逻辑门所无法实现的。4.1.5 存放器和锁存器第五章 总结与展望科学技术的开

41、展口新月异，显示技术也在发生革命。在信息技术和计算机互联网飞速开展的今天，知识、信息传播和即时交流越来越依赖显示技术，显示器件已经成为全球性、实时性信息交流的主要手段。液晶显示器具有低电压、微功耗、轻便、体积小、易彩色化等特点，符合当代多媒体技术的开展趋势和信息获取适时化以及私人化的需求。TFT_LCD必定是21世纪平板显示器的主流产品，其驱动IC的需求增长迅猛。用平板显示器代替阴极射线管显示器已经成为高技术开展的必然趋势。而液晶显示器LCD则是当今世界方兴未艾的平板显示的主流器件，而目前LCD的主流技术就是薄膜晶体管液晶显示屏TFT_LCD。本文结合现有的局部设计经历，在集成电路设计常用的设

42、计流程和根本技术的根底上，提出了自己的设计方案。从第一章绪论开场逐章深入，首先仔细分析了液晶显示的工作原理，然后给出了整个设计的总体模块划分和设计思路。最后则分别进展了详细的分析和仿真，并给出了整体仿真结果。总的来说，本文的目的是通过了解TFT_LCD液晶显示的原理，研究和设计TFT_LCD列驱动电路，本文的工作主要包括以下几点:1.研究了有关液晶驱动尤其TFT_LCD的驱动技术的有关资料，在熟悉驱动技术的有关知识的根底上，研究了TFT_LCD列驱动电路的功能分块。2.深入研究了列驱动电路的工作过程，根据工作原理确定电路的时序和构造，同时考虑设计的多方位要求，给出了设计构造和仿真结果。3.深入

43、研究了液晶显示器的各种驱动方法，并针对本设计要求，提出了点反转驱动方法在芯片的实现方式。4.研究了有关校正的技术资料，并提出了符合本设计要求的校正电路，设计了符合设计要求的数模转换器。5.通过深入研究国外的相关论文，深入了解了输出缓冲电路的设计要点和方法，并比拟了各种缓冲电路的优缺点，提出了适合本设计要求的电路构造。经过仿真，缓冲电路根本符合设计的预期。6.通过仿真工具，将所设计的各个模块电路和整体芯片结合在一起进展了仿真，验证了设计电路的正确性。当然，要将所设计的电路转变为实际的产品还有以下工作要做。第一:栅驱动电路中的高压器件尚未进展更深入的研究，如何确定高压器件的尺寸和各种参数，对整个栅

44、驱动芯片性能有很大的影响。第二:尽管源驱动电路的D/A变换器根本到达了预期的效果，但仍有一些地方可以改进。可以考虑采用64选1的全译码开关阵列的构造实现D/A变换，进一步简化电路，缩小面积节约本钱。第二:由于DAC电阻网络中电阻的阻值均相等，可以考虑根据输入数据，通过开关选择对应的基准灰度电压，连接到分压电阻两端实现64级电压输出，这样可以大大减少电阻的数量。以上这些问题都需要在以后的工作中继续努力和探索，争取能够有更大的突破。总的来说，本设计参照了现有一些产品的特点和设计经历，并从实用角度出发，论述了一种TFT_LCD列驱动电路的设计思想和设计方法。经过仿真验证，证明该电路可靠，设计方案可行，在确定了合理的工艺并完成芯片的后端设计之后有较大的使用价值。. z.