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液晶屏設計的好壞直接關系到智能手機的整體性能表現(xiàn),然而液晶顯示屏種類繁多,工程師需要針對各種顯示屏的時序匹配、電源要求以及控制器的不同特點進行設計。本文介紹了PXA27x內部集成LCD控制器的特點、驅動實現(xiàn)方法以及相關的電源設計,并提出了電磁兼容設計建議。
全球智能手機市場正處于高速增長時期,市場研究公司Gartner預測,隨著掌上電腦需求的下降,全球智能手機銷售量2004年將增長到1400萬部,增長率達140%,預期到2007年將大幅成長至4500萬。面對日益成長的智能手機市場,各家芯片廠商都相繼推出具有各自特色的芯片方案:如Freescale公司的處理器嵌入了多媒體加速技術,支持MPEG4和；Intel PXA27x Bulverde處理器內嵌MMX技術和SpeedStep省電技術,支持MPEG4、MP3解碼和400萬像素的攝像。多媒體應用也成為下一代手機一大亮點,在手機上看電影、看電視、玩游戲等是下一代手機的發(fā)展趨勢。
Intel PXA27x是一款具有較好多媒體應用效果的處理器,利用該處理器甚至可以令最終用戶獲得在移動通訊設備上的3D游戲體驗。堪稱智能手機眼睛的LCD屏設計效果的好壞,無疑成為消費者選擇的最重要的因素之一。下面詳細介紹一下基于PXA27x 處理器的智能手機中LCD的設計與實現(xiàn)。 
LCD屏設計
基于PXA27x 處理器的LCD硬件設計電路如圖所示,主要由三部分組成:LCD控制器、時序 IC LZ9FC22和液晶顯示屏LCD。
PXA27X處理器內部集成了LCD控制器,支持多種LCD屏,代表性的如雙掃描無源陣列顯示器(DSTN-LCD)和薄膜晶體管有源陣列顯示器(TFT-LCD)。主要性能有:支持單或雙掃描顯示模式,內嵌幀緩存,最多支持8位無源雙掃描顯示模式,支持最多18位像素的無內嵌幀緩存的單屏顯示面板,支持最多24位像素的有內嵌幀緩存的單屏顯示面板。
該控制器有三種顯示類型:
- 無源彩色模式,支持16777216 (24位) 種彩色；
- 有源彩色模式,支持16777216(24位)種彩色；
- 無源黑白模式,支持256(8位)級灰度。
LCD控制器支持高達800×600像素的顯示屏。然而在幀存儲器中,由于存儲器的總線寬度、像素編碼數(shù)據的大小限制了能驅動的顯示屏幕大小。
幀和調色板的數(shù)據可存儲在內嵌的SRAM或者外部存儲器中,LCD的DMA控制器一共有7個DMA通道,通過0-4這5個DMA通道可將幀和調色板的數(shù)據裝入16×64位的輸入FIFO(先入先出)中。通過內部系統(tǒng)總線,利用DMA通道5可將放在外部幀存儲器或者內嵌SRAM中的像素編碼數(shù)據存儲到相關的16×64位輸入FIFO。LCD控制器將其用作指針去索引一個4×24位寬的小調色板,并得到24位的像素彩色。DMA通道6用來傳輸命令數(shù)據,將存放在外部存儲器或者LCD 面板內部SRAM的幀頭部的命令數(shù)據,傳輸并存儲在4×52位命令FIFO中。
根據所要連接的不同顯示屏類型,可將LCD控制器編程為相對應工作模式:當接黑白屏時,可配置成4、8位模式；接無源彩屏有8位和16位的工作模式；接有源彩屏時,控制器則可配置成12、16和18位的工作模式。
我們的LCD屏設計方案中選取了有源彩色模式,采用夏普公司的3.5寸TFT有源彩色液晶顯示器LQ035Q7DB02,采用16位工作模式,即RGB565。由于手持設備的液晶顯示屏種類繁多,各廠家的標準不一致使PXA27X的LCD控制器與夏普3.5寸屏在數(shù)據格式及顯示時序上無法匹配。因此,需要選用一種時序控制IC或者用CPLD,對不同數(shù)據格式的數(shù)據接口進行映射。這里,我們時序控制IC采用LZ9FC22。
PXA27X LCD控制器由以下引腳組成:
- LDD[15～0]:16位數(shù)據線,R、G、B色度信號的數(shù)據線分別為5位、5位和6位；
- L_PCLK:點時鐘(Pixel clock),用于把每一點的數(shù)據送入移位寄存器,該時鐘最大可達52MHz；
- L_LCLK:行時鐘,用于指示一行數(shù)據由移位寄存器到顯示驅動芯片傳輸完畢,并使行指針加1。在16位TFT方式下就是水平同步信號；
- L_FCLK:幀時鐘,用于指示一幀圖像的開始,同時把行指針置于顯示屏的第一行。在16位TFT方式下就是垂直同步信號；
- L_BIAS:在16位TFT方式下,輸出允許信號,用于指示數(shù)據信號在時鐘信號的同步下鎖存到引腳。
為了顯示一幀圖像,PXA27X LCD控制器首先在幀緩沖器中存入要顯示的圖像數(shù)據,然后讓LCD控制器的DMA地址寄存器指向幀緩沖器的起始地址,讀出幀緩沖器中的數(shù)據到輸入FIFO隊列。由于在本設計中采用16位方式,無需對幀緩沖中的數(shù)據進行解碼,所以LCD控制器不處理而直接把數(shù)據送到輸出FIFO,輸出FIFO再將數(shù)據通過引腳送到LZ9FC22以驅動液晶顯示。
LCD相關電路的電源設計
這款LCD設計牽涉到好幾個電源,有VSHD(+)、VSHA(+5)、VDD(+15V)和VEE(-10V),還有背光用的+。每個電壓都有一個容限范圍。各電壓范圍分別如下:
- +(3.0~3.6)；
- +5V(4.5~5.5)；
- +15V(14.5~15.5)；
- -10V(-10.5~-9.5)；
- +(~24)。
除背光用的+電壓外,其余電壓加電順序要么同時開關,要么按開啟VSHD→VSHA→VEE→VDD和關閉VDD→VEE→VSHA→VSHD的順序執(zhí)行。本項目設計采用同時方式,采用凌特公司的LT1944-1可同時輸出VSHA(+5)、VDD(+15V)和VEE(-10V)三種電壓,也可用IC的控制管腳同時控制開啟或關斷。
電磁兼容性設計
設計中,要想保持LCD信號數(shù)據的完整性,保證LCD屏輸出圖像的質量,適當加一些保護器件是有必要的,同時PCB的布線布局也是一個因素。在布線時LCD的數(shù)據線(即RGB線)要盡量短,線與線之間的間距要足夠大,如至少保持一倍以上的線寬距離。在LCD數(shù)據線上加ESD/EMI保護器件較為簡單,這類器件很容易找到。
作者:馬濤
海威訊科技公司
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