Source&Gate IC驱动架构介绍

驱动IC是一种集成电路芯片，用于控制LCD面板和AMOLED面板的开关和显示方式。随着面板显示分辨率和数据传输速度的提高，对驱动器IC的要求也越来越高。  

我们常见的，α-si 类型的LCM模组一般搭配两种类型IC，Source & Gate IC——Gate Driver IC连接至晶体管之Gate端，负责每一列晶体管的开关，扫描时一次打开一整列的晶体管。当晶体管打开(ON)时，Source Driver IC才能够逐行将控制亮度、灰阶、色彩的控制电压透过晶体管Source端、Drain端形成的通道进入Panel的画素中。

因为Gate     Driver IC负责每列晶体管的开关，所以又称为Row Driver或Scan Driver。当Gate Driver逐列动作时，Source Driver IC负责在每一列中将数据电压逐行输入，因此又称为Column Driver或Data Driver。

 

后来有了另外一种技术——GIA（Gate Driver in Array）技术， 使用GIA电路取代Gate IC, 将Gate IC和Source IC进行整合。只需要Source driver IC即可驱动Panel。

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TFT panel驱动架构介绍

TFT驱动系统三部分：Timing controller，Source driver，Gate driver；

名词解析： 

Tcon：Timing controller 时序控制，接受显示主控芯片的LVDS数据，控制gate driver IC 和 source driver IC实际驱动LCD panel； 

Gamma reference voltages：Gamma参考电压 ，gamma产生的V0~V10作为基准电压，Source Driver IC内部继续分压产生64阶灰度reference voltages；

Vcom reference voltage：Vcom 参考电压 

Column Drivers：列驱动器（Source Driver 驱动器）

Row Drivers：行驱动器（Gate Driver 驱动器）

DC/DC converter：直流转换电源，提供 Gate Driver IC， Gamma，Source driver需要的正负高电压，数字工作电压

功能介绍： 

Timing controller： 

（a）通过控制信号，协同Source driver，Gate driver按照正确的时序工作，驱动面板； 

（b）数据信号的输入并做相应处理后传输到source driver；

（c）内嵌基本图像处理算法（FRC,Over Drive,BFI,Color Engine,Gamma Correction）等；

Source driver：

接受Timing controller的控制信号（Pol，TP，STH），将输入数据信号转换成电压输出，配合TFT的开关，对面板的像素电极进行充电；  

 Gate driver：    接受Timing controller的控制信号（OE，STV，CPV），按照正确的时序循环输出开关电压给TFT 栅极，控制TFT的开关；

02

Gate IC 介绍

Gate Drive IC用来扫描每一行的 TFT，将其打开来显示该行的图像

工作原理介绍：

Output Buffer: 输出缓存放大器增强输出的驱动能力。

Level Shifter: 电位移转器，可将3.3/0V电压转移到TFT开关电压26V/-8V上

Shifter Register: 移位寄存器，每一个时钟CPV上升沿，将输入级逻辑状态传输到输出级，实现扫描。

名词定义:

Vclock: 垂直时钟信号，

Vsync: 垂直扫描同步信号; 

OE:output enable;输出使能信号，当数据引脚设置为低电平时，读取数据从数据引脚输出。 

Vgon，Vgoff：TFT 开关电压； 

S/R:Shift register移位寄存器，

Logic：逻辑运算电路

移位寄存器：

Vclock: 垂直时钟信号，

Vsync: 垂直扫描同步信号;

控制时序如下：

03

Source IC 介绍

Gate驱动IC负责将扫描线触发。Source驱动IC再将资料传输上去

工作原理介绍：

Output Multiplexer: 输出复选器选择输出电压极性

Buffer:输出缓存器，为输出电流增幅，保证足够大的Panel驱动能力

DAC: 数模转换器，以Gamma电压为基准，将输入的mini-LVDS信号转换为Panel显示的模拟信号。

Level Shift: 电平移位器，将数字信号进行电平增大，驱动D/A转换.

Line Buffer:进行第n行数据缓存便于第n+1行接受。

Shift Register:移位寄存器，把串行顺序数据移位存储

名词定义:

Hclock: 水平时钟信号，

Hsync: 水平扫描同步信号; 

S/R:Shift register移位寄存器，是指有若干个寄存器排成一行，每个寄存器中都存储着一个二进制数（0或1）。移位寄存器每次把最右端（末端）的数字输出，然后整体向右移动一位。

Latch：数据锁存; 锁存器是一种在异步时序电路系统中，对输入信号电平敏感的单元，用来存储信息。

L/S:Level 电平转换器，它的主要作用是将输入信号从一个电压域切换到另一个电压域。不同电压域的VDD是不一样的，如果不进行电压转换，器件就无法正常工作。

DAC:数模转换器，它是把数字量转变成模拟的器件。

Buffer：模拟信号放大器

POL：source output极性控制信号

DIO1/DIO2：多颗source IC级联的同步控制信号

V1~V14：Gamma电压信号，source output参考电位

SHL：Source channel output顺序控制信号

REV：解码器取反控制信号，使IC可以灵活用于NB或NW的方案。

TP：Source output输出控制信号，上升沿锁存器锁存数据，下降沿source output输出波形至source line。

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显示驱动芯片方案

第一类：完全分离型显示驱动芯片方案，TCON+Source IC+Gate IC  

在完全分离型芯片架构中，TCON独立于Driver IC设计在PCB上，Source IC和Gate IC分别绑定在玻璃侧边和底部。TCON输出Display Data、Source Control和Gate Control信号，通过PCB、FPC和玻璃基板走线，分别传输给Source IC和Gate IC。Source IC和Gate IC分别通过玻璃基板走线向Display Area（显示区域）传输电压信号驱动显示面板工作。  

第二类：部分分离型显示驱动芯片方案，TED+Gate IC  

该方案将TCON和Source IC整合为一颗TED IC，Gate IC为独立芯片，系统主控芯片通过FPC输入System Data, TED IC中TCON模块对数据进行转换后在芯片内部输入给Source模块，同时通过玻璃走线将Gate Control信号输入Gate IC。TED IC和Gate IC分别通过玻璃走线向Display Area传输信号。该方案对驱动芯片进行了部分整合，但距离单芯片解决方案仍有较大差距。   该方案主要在中尺寸显示面板发展早期出现，大部分使用LVDS接口，并且使用该TED IC均需要搭配其特定的Gate IC使用。目前主要在低端应用市场如汽车后装市场流通。  

第三类：整合型显示驱动单芯片方案，One Chip Solution  

随着面板制造技术的进步，以及市场需求的推动，面板厂逐步引入GIA（Gate Driver in Array）技术， 使用GIA电路取代Gate IC, 将Gate IC和Source IC进行整合。   传统TFT-LCD面板Gate线路采用配线从驱动芯片导入信号使TFT开启，将显示信号输入到像素单元完成画面显示。由于每一条配线对应一行Gate电路，配线条数较多，占用空间较大。

为对应窄边框和高解析度产品需求，集成栅极驱动电路（GIA, Gate Driver in Array）技术应运而生。GIA即在TFT玻璃上通过用MOSFET所搭建的电路，给每行设计一组GIA电路，仅输入少量GIA Timing信号，可输出多路Gate控制信号，从而替代Gate Driver IC的功能。目前GIA方案已广泛应用在智能手机、平板电脑等主流显示市场，促进了智能手机、平板电脑等领域整合型显示驱动芯片的发展。

显示面板驱动芯片类型通常由面板设计规格决定，而面板设计规格源于下游市场及客户的需求。一款显示面板是选择使用整合型驱动芯片方案还是分离型驱动芯片方案，通常在面板设计初期就会决定，一旦面板设计定型后，相应的面板驱动芯片架构也随之确定。  

以上三种架构在玻璃基板走线以及芯片绑定连接的Pin脚设计均完全不同，每一种面板设计架构对应一种芯片，即或是分离型芯片，或是整合型芯片。分离型芯片（包括TED芯片）适配的面板，无法用单芯片替代，反之亦然。   受应用场景、客户需求的影响，单芯片产品与分离型芯片产品的技术路线存在较大差异。

单芯片架构需整合数字电路、模拟电路、算法软件等，相比分离型芯片要投入较多资源、人力满足高整合、低功耗、抗干扰等多个设计规格；而在模拟电路设计方案、通信接口协议、系统架构等方面，整合型芯片与分离型芯片的设计方案均存在明显差异。所以DDIC企业一般需搭建独立研发团队开展整合型、分离型的研发工作，资源、人力成本投入高。行业内惟有个别企业，能在小尺寸（移动终端）、大尺寸两个领域同时拥有先发优势。

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大尺寸LCD驱动IC的特点

第一，高电压工艺。模拟电路中电压越高，驱动能力越强，因此大尺寸LCD驱动IC采用高电压制造工艺，通常Source Driver IC为10~12V， Gate Driver IC更高，达40V。

第二，运行频率高。液晶显示器的分辨率越来越高，这就意味着扫描列数的增加， Gate Driver IC必须不断提高开关频率， Source Driver IC必须不断提高扫描频率。

第三，封装工艺特殊。LCD驱动IC通常绑定在LCD面板上，因此厚度必须尽可能地薄，通常采用高成本的TCP封装。还有特别追求薄的，采用COG封装，再有就是目前正在兴起的COF封装。

第四，管脚数特别多。Gate Driver IC最少256脚， Source Driver IC最少384脚。

第五，单一型号出货量特别大。驱动IC 单月平均出货量高达1.5亿片，而其中平均每个型号的出货量达差不多在300万片左右。

审核编辑：刘清