CN100440305C - 一种液晶灰度的实现电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液晶灰度的实现电路，包括脉冲产生单元、灰度调制单元、灰度数据读取控制单元、数据存储器、帧同步产生单元；所述脉冲产生单元用于产生周期性的脉冲波形，生成行同步信号，包括一子帧计数器，其各位输出产生计数器复位控制信号，并联控制多个计数器，并控制其复位；所述计数器的时钟信号与对应的脉冲宽度产生器输入一对应的比较器，该比较器的输出作为一选择器的选择信号，用于对高/低电平进行选择后产生对应的脉冲波形；所述数据存储器用于存储灰度数据；所述帧同步产生单元用于产生帧同步信号；所述灰度调制单元用于对脉冲合并后输出。本发明电路用很少的逻辑门实现了灰度数据转换为脉冲的功能，节省了面积，且实现电路简单。

Description

一种液晶灰度的实现电路

技术领域

本发明涉及一种液晶显示控制驱动芯片的灰度调制单元，尤其涉及的是一种液晶灰度的脉冲产生单元改进。

背景技术

现有的液晶显示屏发光机制是通过加在某个象素点上的电场不同来实现不同的亮度。现在的驱动芯片一般是采用动态驱动法，划分为行电极和列电极。一般以30Hz以上的帧频对行电极进行逐行扫描，对列电极同步施加亮或不亮的信号。

使列电极上的电压选通或不选通是通过数字逻辑产生不同宽度的脉冲信号送给模拟驱动电路来实现的。当送出的脉冲宽度为0时，就不选通，当送出的脉冲宽度不为0时，就选通相应的时间长度，也就对应着不同的明暗等级，称为灰度。因此从数字电路设计角度看，关心的只是送给模拟驱动电路的脉冲宽度持续多长。脉冲宽度的最长持续电平，就是能够实现的最高灰度。

任何颜色都是由RGB(红绿蓝)三基色根据不同比例混合得到。如果R、G、B分别有X、Y、Z种可能值，则总共可以达到X*Y*Z种色彩，例如R、G、B各有64种灰度选择，则共有64*64*64＝262144种可能组合。由于R、G、B的实现电路一模一样，所以需要设计出一种电路，可以把64个灰度值以某种波形输出给模拟的驱动电路。

目前一般有两种灰度调制方法，PWM和FRC。

PWM，即脉宽调制(Pulse Width Modulation)，是在一次扫描时间内分成若干个时间片，如64级灰度，就分成64个时间片；如果显示5/64灰度，那么对该点而言只有5/64的时间内是有驱动电压的，最后的等效电压就只有全黑的5/64了。

FRC，即帧频控制(Frame Rate Control)，是每个时间片变成了一子帧，显示64级灰度，那么就要用64子帧。首先要区分子帧(subframe)的概念，帧频是指一秒种内扫描的全屏数据的次数，为了实现FRC，一帧被分成若干子帧。由于人眼的视觉效果，感觉出的亮度是所有子帧的累加，见图1所示的效果，各个点的灰度是由该点的子帧累加效果。

对于阶数比较高的灰度，一般采用PWM+FRC结合的方式。因为灰度越高，采用PWM需要的频率就越高，功耗也就越大。灰度数据的位宽决定了灰度级别，一般来说，jPWM+kFRC(j，k＝0，1，2...)可以实现的灰度是2^(j+K)，j+k就是灰度数据的位宽。如果要实现64级灰度，(j+k)应该为6。5PWM+1FRC是指分成两个子帧，每个子帧内有32个时间片，见图2所示。4PWM+2FRC是指分成四个子帧，每个子帧内有16个时间片，见图3所示。

现有的一种电路结构如图4所示，对于每一个像素点的灰度数据，都有一个计数器与它进行比较，如果计数器的值小于该灰度值，则输出为高电平，如果计数器的值大于该灰度值，则输出为低电平。

这种电路虽然实现简单，但由于液晶屏上每一个像素点都需要三个这样的电路，一个电路就包括一个6位计数器和一个6位比较器，所以面积很大，从成本上和实际使用上考虑不能采用。

发明内容

本发明的目的是提供一种液晶灰度的实现电路，通过脉冲选通的硬件设计方案，将各个脉冲宽度进行叠加后，利用灰度数据信息，在不同时刻选择不同的脉冲宽度来实现64级灰度，为克服现有技术的驱动电路面积大的缺点。

本发明的技术方案包括：

一种液晶灰度的实现电路，其中，包括脉冲产生单元、灰度调制单元、灰度数据读取控制单元、数据存储器、帧同步产生单元；

所述脉冲产生单元用于产生周期性的脉冲波形，作为所述灰度调制单元的输入，同时生成行同步信号；所述脉冲产生单元还包括一子帧计数器，其各位输出产生计数器复位控制信号，并联控制多个计数器，并控制其复位；所述计数器的时钟信号与对应的脉冲宽度产生器输入一对应的比较器，该比较器的输出作为一选择器的选择信号，用于对高或低电平进行选择后产生对应的脉冲波形；

所述灰度数据读取控制单元用于根据所述行同步信号，进行地址选择，从所述数据存储器中读出灰度数据作为所述灰度调制单元的输入；

所述数据存储器用于存储灰度数据，根据灰度数据读取控制单元输入的地址和读申请信号，输出灰度数据；

所述帧同步产生单元用于接收所述行同步信号，根据LCD面板的大小，产生帧同步信号；

所述灰度调制单元用于输入脉冲和灰度数据，实现各段灰度数据的脉冲合并后输出。

所述的电路，其中，所述脉冲产生单元中的脉冲宽度产生器根据预定的宽度值和预先分配的余数脉冲宽度合并而成。

所述的电路，其中，所述灰度调制单元输出高或低电平的波形，并根据高低持续时间不同来表示不同的灰度。

所述的电路，其中，所述灰度调制单元还包括：级联的多个选择器，每一级选择器以脉冲作为数据的选择信号，其输入信号为灰度数据以及上一级选择器的输出。

本发明所提供的一种液晶灰度的实现电路，与现有技术相比，用很少的逻辑门实现了灰度数据转换为脉冲的功能，节省了面积，且实现电路简单。

附图说明

图1为现有技术的灰度调制在人眼的效果示意图；

图2为现有技术的5PWM+1FRC模式示意图；

图3是现有技术的4PWM+2FRC模式示意图；

图4是现有技术的计数器方式实现液晶灰度的电路原理图；

图5是本发明的脉冲选通方式实现液晶灰度电路图；

图6为本发明的灰度调制单元电路图；

图7为本发明的脉冲产生单元电路图；

图8为本发明的5PWM+1FRC需要输入的激励脉冲，以及在灰度调制单元下的灰度数据输出效果图；

图9为本发明的4PWM+2FRC需要输入的激励脉冲，以及在灰度调制单元下的灰度数据输出效果图。

具体实施方式

下面结合附图，将对技术方案的实施作进一步的详细描述：

本发明的液晶灰度的实现电路，结构如图5所示，包括脉冲产生单元、灰度调制单元、灰度数据读取控制单元、数据存储器、帧同步产生单元。

所述脉冲产生单元用于产生周期性的脉冲波形，作为灰度调制单元的输入，同时生成行同步信号。所述灰度数据读取控制单元用于根据所述行同步信号，进行地址选择，从所述数据存储器中读出灰度数据作为所述灰度调制单元的输入。所述数据存储器用于存储灰度数据，根据所述灰度数据读取控制单元输入的地址和读申请信号，输出灰度数据。所述帧同步产生单元用于接收行同步信号，根据LCD面板的大小，产生帧同步信号。所述灰度调制单元用于输入脉冲和灰度数据，实现各段灰度数据的脉冲合并后输出，其输出的波形只有高和低两种电平，根据高低持续时间不同来表示不同的灰度。

由于显示任何色彩的灰度数据无法改变，所以激励脉冲产生单元与灰度调制单元的设计，直接影响到了本发明电路输出的波形。

本发明采用脉冲选通的方式，可以预先生成一组长度不同的脉宽A、B、C、D...，以A、B、C、D...为单位选通。5PWM+1FRC算法有2个子帧，每个子帧要用5种脉冲宽度的组合来表示0——31的脉冲宽度；4PWM+2FRC算法有4个子帧，每个子帧要用4种脉冲宽度的组合来表示0——15的脉冲宽度。根据二进制计数的原理，固定脉冲的长度可以选择二进制计数的权值，即1，2，4，8，16...等。

jPWM+kFRC混合调制中，FRC相当于作除法，余数要补充到各个子帧中，因此还要生成用于补充余数的各个脉冲。比如，4PWM+2FRC中显示强度63拆分到4个子帧，各子帧脉冲宽度的一种组合方式为(15+1)/(15+1)/(15+1)/15。

在4PWM+2FRC模式中需要找到A、B、C、D四个值，在5PWM+1FRC模式中需要找到A、B、C、D、E五个值，另外还需要余数，本发明按以下的组合：

1.4PWM+2FRC，{+1，+2，A＝1，B＝2，C＝4，D＝8}

2.5PWM+1FRC，{+1，A＝1，B＝2，C＝4，D＝8，E＝16}

如图5所示的，本发明所述数据存储器内存放的是灰度数据，实际就是选通ABCD...某个脉宽的信息。Bit5、Bit4、Bit3、Bit2、Bit1、Bit0在4PWM+2FRC模式时分别对应着{8、4、2、1、2、1}，在5PWM+1FRC模式时对应着{16、8、4、2、1、1}，因此任何一个值的二进制表示就是选通信号。例如，21＝6’b010101，这就是选通信号，在5PWM+1FRC模式下，对应(E、D、C、B、A、+1)，可以通过选通C、D以及余数脉冲得到。

本发明所述灰度调制单元的设计见图6所示，P为高电平时选通上输入，为低电平时选通下输入，可以巧妙的实现脉冲宽度的选通。图6中只画出一个像素点的一个单色(R或G或B)部分，可以看出，对于6位数据，只要5个选择器就能实现，这比原来的计数器方法要简化了很多电路。

如图7所示的，本发明的脉冲产生单元只有一个，产生的脉冲P0......Pn给所有像素的灰度调制单元共用。它的逻辑控制是比较复杂的，因为余数脉冲并不是每个子帧都会有。首先分析P0的产生，见图7所示，计数器0与P0脉冲宽度产生器的输出进行比较，如果相等则P0的电平反转，计数器0复位，如果不相等，则继续计数。P0脉冲宽度产生器决定了脉冲的高电平持续时间，该持续时间与A和余数脉冲的取值，以及处于哪一个子帧有关。计数器0的复位时机以及复位持续多长，与处于哪一个子帧，以及是否达到了计数器的最大值有关。

所述脉冲P1......Pn的产生与P0类似，Pn脉冲宽度产生器需要考虑所有的脉宽A、B......和所有的余数脉冲。

例如上面提到的例子，21＝6’b010101，在5PWM+1FRC模式下，对应(E、D、C、B、A、+1)，可以通过选通C、D以及余数脉冲得到，如果每个子帧都有余数脉冲，则会得到22，而不是21。因此，本发明需要将余数脉冲合理分配到某个子帧中去。

以5PWM+1FRC为例，在子帧0时，p0＝(+1)，p1＝(A+1)，p2＝(A+B+1)，p3＝(A+B+C+1)，p4＝(A+B+C+D+1)，而pulse4的低电平为(E)。

因为余数脉冲分配不同，每个子帧的宽度不同，在5PWM+1FRC模式下，只有子帧0有附加脉冲。子帧0为31+1＝32，子帧1为31，见图8所示。

在4PWM+2FRC模式下，子帧0附加脉冲为1，子帧1附加脉冲为2。子帧0为15+1＝16，子帧1为15+2＝17，子帧2为15，子帧3为15，见图9所示。

本发明采用了脉冲选通的方式，需预先生成一组长度不同的脉宽ABCD...，以A、B、C、D...为单位选通。

例如，42＝6’b101010，分别对应b5、b4、b3、b2、b1、b0。在5PWM+1FRC模式时：

P4＝0时选通b5，持续16个脉冲，P4＝1且P3＝1、P2＝0时选通b3，持续4个脉冲，P4＝1且P3＝1、P2＝1、P1＝1、P0＝0时选通b1，持续1个脉冲。每个子帧持续21个脉冲，两个子帧共42。

42＝6’b101010，在4PWM+2FRC模式时：

子帧0：P4＝0时选通b5，持续8个脉冲，P4＝1且P3＝1、P2＝0时选通b3，持续2个脉冲，必须要P4＝1且P3＝1、P2＝1、P1＝1、P0＝0才能选通b1，这个条件不满足，所以持续8+2+1＝10个脉冲；

子帧1：P4＝0时选通b5，持续8个脉冲，P4＝1且P3＝1、P2＝0时选通b3，持续2个脉冲，P4＝1且P3＝1、P2＝1、P1＝1、P0＝0时选通b1，持续2个脉冲。持续8+2+2＝12个脉冲；

子帧2：P4＝0时选通b5，持续8个脉冲，P4＝1且P3＝1、P2＝0时选通b3，持续2个脉冲，P4＝1且P3＝1、P2＝1、P1＝0、P0＝0时选通b1，无持续脉冲。持续8+2＝10个脉冲；

子帧3：P4＝0时选通b5，持续8个脉冲，P4＝1且P3＝1、P2＝0时选通b3，持续2个脉冲，P4＝1且P3＝1、P2＝1、P1＝0、P0＝0时选通b0，无持续脉冲。持续8+2＝10个脉冲；

所以四个子帧10+12+10+10＝42。

本发明实现了一种液晶驱动芯片中的灰度调制，首先提出了脉冲选通的硬件设计方案，考虑到硬件资源的限制，进行了改进，将各个脉冲宽度进行叠加后，通过灰度数据信息，在不同时刻选择不同的脉冲宽度来实现64级灰度，极大的节约了面积，并且实现电路更简单。

应当指出的是，上述针对具体实施例的描述较为详细，不能因此而理解为对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1、一种液晶灰度的实现电路，其特征在于，包括脉冲产生单元、灰度调制单元、灰度数据读取控制单元、数据存储器、帧同步产生单元；

所述脉冲产生单元用于产生周期性的脉冲波形，作为所述灰度调制单元的输入，同时生成行同步信号；所述脉冲产生单元还包括一子帧计数器，其各位输出产生计数器复位控制信号，并联控制多个计数器，并控制其复位；所述计数器的时钟信号与对应的脉冲宽度产生器输入一对应的比较器，该比较器的输出作为一选择器的选择信号，用于对高或低电平进行选择后产生对应的脉冲波形；

所述灰度数据读取控制单元用于根据所述行同步信号，进行地址选择，从所述数据存储器中读出灰度数据作为所述灰度调制单元的输入；

所述数据存储器用于存储灰度数据，根据灰度数据读取控制单元输入的地址和读申请信号，输出灰度数据；

所述帧同步产生单元用于接收所述行同步信号，根据LCD面板的大小，产生帧同步信号；

所述灰度调制单元用于输入脉冲和灰度数据，实现各段灰度数据的脉冲合并后输出。

2、根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述脉冲产生单元中的脉冲宽度产生器根据预定的宽度值和预先分配的余数脉冲宽度合并而成。

3、根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述灰度调制单元输出高或低电平的波形，并根据高低持续时间不同来表示不同的灰度。

4、根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述灰度调制单元还包括：级联的多个选择器，每一级选择器以脉冲作为数据的选择信号，其输入信号为灰度数据以及上一级选择器的输出。

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