·上一文章：TFT-LCD背光设计策略
·下一文章：大尺寸TFT显示器源极驱动解决方案
为了使LCD能够可靠地工作，液晶流体必须被保护以避免能引起损坏的直流电压（通常为负电压）。如果因疏忽而导致太多的直流电流经过LCD液晶，那么因为液晶状态改变，它会逐渐地损坏、电化分解和毁坏。如果进一步损坏，液晶单元的内部将形成气泡，导致永久性损坏以及显示质量的显著下降，而且像素损坏是无法修复的。
防止LCD毁坏 — 上电定序
为了防止任何直流电损坏液晶流体，一些LCD具有一个“M”时钟：它在上电时有效。在显示器“苏醒过来”之前，它在电极和流体单元中产生一个交流电波，以防止这些单元毁坏。许多LCD具有内置的控制器，在上电时，它需要直流逻辑信号。必须十分小心LCD上电的顺序和时序。VCC电源通常最先打开；然后，在10ms~20ms内，加上所有逻辑和数据信号。如果数据信号来得早于或是太晚于Vcc的上电，LCD单元可能发生闩锁或损坏。类似地，在断电时，Vcc的关断通常需要延时到逻辑和数据信号被关闭之后。所有的LCD有若干类型的上电定序要求。上电定序要求的关键是确保LCD流体在没有加上交流电波时，能够避免直流电压，满足LCD厂商所提出的要求。
根据LCD模式的不同，每家LCD厂商有不同的上电和断电的定序要求。用于流行的18英寸TFT LCD的一种基本的上电顺序如下列图1所示。对于这种类型的LCD，Vcc需要在数据进来之前上电，时间不长于10ms，并且Vcc的上升速度必须不大于60ms。Vcc低于11.4V的时间不能超过20ms，并且如果Vcc低于9.6V，必须采取正确的断电顺序。如果这个设计要支持多家厂商的LCD，那么很可能要求多个上电电路。支持多家LCD厂商的时序要求会很复杂，因为图1中的t3，t2和Vcc的值可能不同。
支持多家LCD厂商的单一系统是非常有益的，多厂商的竞争经常让价格降低10%或更多。此外，如果一家LCD厂商决定停产一种类型的LCD，而设计是支持多家厂商的，那么该设计就能方便地适应于另一家厂商。
电源故障情况下的保护
至此，我们在假定电源正常工作的情况下，关注了LCD上电定序的要求。现在考虑一下电源故障的情况。在这种情况下，LCD需要防止由电源故障所造成的损坏：这是通过阻止有害的直流电流进入LCD的液晶体来完成的。
为了保护LCD免遭电源故障的侵袭，要求电路能够感知到电源的正常工作，并且只有在这种情况下，才能将直流电压以指定LCD的正确顺序加到LCD控制器上。
集成额外的上电电路
用于保护LCD在上电以及电源故障时免遭有害直流的上电电路是复杂的，需要多个模拟和数字元件。既然系统设计者需要一些类型的上电和电源故障保护，那么最好能够在系统的其它部分能够重复使用这个电路的一部分或全部。系统中许多芯片也有上电定序和时序的要求：例如ASIC，DSP，ASSP，FPGA和微处理器都有这样的要求，其中有许多占到了整个系统成本的很大一部分。协调I/O和核心电压的上电以及保护这些芯片，并与LCD的保护结合在一起，将成为系统设计的另一个重要的方面。让事情变得更为复杂的是，一些芯片可能要求它们的最高电压比它们的最低电压先上电，或者相反，并且还要求以相反的顺序断电。
在很多情况下，保护两种不同的芯片或是两种不同的LCD会需要完全不同的上电电路、不同的设计以及更多的元件。
可编程精密电源管理器功能结构
这种多个复杂的上电要求的组合需要一个简单的解决方案。莱迪思半导体公司最近推出了一种可编程的精密电源管理器件，它可以满足许多LCD系统中复杂的上电定序和监控的要求，这种Power1208P1芯片是模拟和数字电路的结合（图2）。
该器件的模拟部分由可编程电源监控输入和高压FET输出组成。电源电压监控器由12个独立的比较器构成，每个比较器有384个可编程的分界点设置。所有12个输入比较器能够被同时监控并且拥有与所监控的电压成比例的不同滞后量。每个模拟输入有一个384档（0.5%的精度）的、从0.68V到5.92V的可编程模拟阈值，以适应多种模拟电源输入信号的情况。另外还有一个低压阈值（80mV），用于检测断电情况或者低压信号，如LVDS。
该器件的模拟输出部分由4个高压N沟道 MOSFET驱动器组成，它们拥有各自的可控充电电流（0.5mA~50mA），以及最高电压（8V~12V）门驱动器。这些MOSFET驱动器可以被配置成MOSFET驱动器或者开漏型输出，以便控制砖式或低压降稳压器的输出使能信号或者MOSFET开关的控制门。
该器件的数字逻辑部分由4个数字输入、一个16宏单元的CPLD和4个数字输出构成，在图2中它们被称为“数字信号监控器”、“CPLD”和“可编程功能数字输出”。软件设计支持的细节将在后面讨论，不过，这里简单地指出该器件的数字逻辑部分能够接收模拟和数字输入以及比较器的输出，通过可编程逻辑处理这些信号，并且控制该器件的模拟和数字输出，从而实现定序和监控功能。数字输入支持多种流行的I/O接口标准，如LVTTL和LVCMOS，数字输出是开漏的。
CPLD结构是安装在可编程模块中的、被称为宏单元的一组与、或、异或门、多路选择器、寄存器和反馈通路。它们与可编程布线一起，使得模块之间可以互连，从而实现特定的逻辑功能。块和布线用“熔丝”来实现可编程。Power1208P1中的CPLD基于业界标准的ispMACH结构，非常可靠且能够防止毛刺的产生。在Power1208P1器件中，CPLD熔丝采用了E2CMOS工艺，可以被编程、擦除及重新编程1000次以上，大大超过了设计所需的重复次数。Power1208P1器件中的CPLD有16个宏单元、36个输入和81个乘积项。
Power1208P1器件的最后一部分是一个可编程定时器，在图2中称为“内部振荡器及定时器”，它可用作定序延时和看门狗定时器，还有四个与CPLD接口的嵌入式可编程定时器，以及一个内部可编程振荡器。采用一个1至128的8比率的分频器，在基于内部振荡器250kHz 的频率下，CPLD时钟可以被编程为8个不同的频率。
采用可编程电源管理器的LCD系统解决方案
通过把Power1208P1的模拟输入信号连接到用于监控的、诸如LVDS 逻辑表达、 Vcc OK及 Vcc>Vt等几个外部信号上，比较器的输出能够控制内部数字CPLD的逻辑，该逻辑可以确定器件的模拟和数字输出的顺序。
如下列图3所示，Power1208P1器件控制LCD按顺序上电所需的信号、电源的监控信号以及LVDS数据。如果有电源故障情况出现，LVDS数据将不会损坏LCD，并且逻辑直流电平不会进入LCD液晶。而且，如图所示，额外的逻辑，Power1208P1的输入和输出可以用来控制其它逻辑电路的上电定序需求，诸如DSP和微处理器。在满足LCD上电设计要求之后，Power1208P1还有6个模拟输入、4个数字输入、4个FET驱动输出、4个数字输入和充足的可编程逻辑可用于逻辑电路的上电需求。
此设计直接用于LCD上电/断电的定序和监控。低通滤波器对LVDS数据计算平均值，以此产生LVDS代表信号。该阈值设为80mV，使得检测到的出现的数据非常接近逻辑1。Power1208P1的80mV的精密特性能够检测到LVDS的代表信号。LVDS-EN允许LVDS数据通过一个LVDS缓冲器进入LCD。12V-OK用于检查电源故障（大于10.8V）。LCD-Vcc-on通过一个p沟道MOSFET管将Vcc连接到LCD上。LCD-12V 6监控Vcc>12.6V，满足这一条件将进入关闭序列。LCD-11V 4监控Vcc>11.4V，这是正常Vcc工作的下限。如果电源降到此电平以下，将启动一个20ms的定时器。如果该定时器溢出或者电压降到9.6V以下，将启动关闭程序。LCD-10V 8监控Vcc>10.8V，这是启动Vcc和LVDS数据之间的定时器的阈值。LCD-9V 6监控Vcc>Vt，如果Vcc降至Vt之下，则需要一个适当的关闭操作。剩下的信号用于供给其它逻辑电路的3.3V、2.5V和1.5V砖模块。这些电源从1.5V开始上电，接着是2.5V和3.3V。在故障信号（12V-OK） 出现时，这些电源从3.3V和2.5V开始断电，接着是1.5V。
可编程电源管理器的编程软件
Power1208P1是采用一个被称作PAC-Designer的图形用户界面的软件环境进行编程的，如下列图4所示。每个模拟输入可以通过一个下拉式菜单来独立设置，设立所要监控的每个模拟输入的阈值。要定义监控的顺序和条件，设计的CPLD逻辑部分通常采用被称作LogiBuilder的一系列下拉式菜单来实现。或者，对于拓展的功能，ABEL设计输入可用于组合及状态机的设计。内部时钟配置和分频的数值也是用户可编程的，还有四个内部可编程定时器采用一个对话框来实现按顺序的延时。与模拟输入类似，模拟输出也是可单个独立编程的，它采用下拉式菜单来设置用于HVOUT输出的MOSFET的驱动特性，如电源上升速度的控制。采用一个波形仿真器能够对整个设计进行验证。
一旦采用了PAC-Designer软件来设计器件，该设计随后被编译成一个含有器件“熔丝”的JEDEC文件。莱迪思Power1208P1器件的熔丝是基于E2CMOS技术的，可以通过器件的JTAG端口进行“在系统”编程和重新编程。重新编程所需的一切只是一个新的JEDEC文件。
因此，要在制造过程中支持多家LCD厂商的显示器，就需要在采用针对上电模块电路的相同硬件设计时，有多个可供Power1208P1使用的JEDEC文件。例如，如果要支持两家LCD厂商的显示器，就需要包含用于两种LCD显示器上电/监控的JEDEC文件。当系统首次上电时，Power1208P1将以正确的编程文件来装载，从而实现上电以及保护指定的LCD。
如果LCD厂商在器件安装完成之后改变了参数，在产品送至终端用户后可以通过因特网对系统重新编程。用户（或服务人员）只需简单地下载一个新的驱动程序并且将修改过的JEDEC文件装载到Power1208P1中。
总结
可编程电源管理器件可用于简化多种LCD的电源管理和定序，并且能够承担额外的上电任务，如逻辑电路等。Power1208P1能够取代使用多个模拟和数字器件的解决方案，它不仅适用于LCD的电源定序和管理，而且还可用于诸如DSP和微处理器等其它逻辑电路。由于上电过程的管理可以集成到一个可编程设计平台上，因此给设计者带来的好处是显而易见的：器件能够在制造过程中被重新编程，从而支持多家显示器厂商。
