BUF16821-Q1：可编程伽马电压发生器与VCOM校准器的深度解析

在电子设计领域，对于TFT - LCD参考驱动等应用，一款性能优异的可编程电压参考器件至关重要。今天我们就来详细探讨TI推出的BUF16821 - Q1可编程伽马电压发生器与VCOM校准器。

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1. 器件概述

BUF16821 - Q1专为TFT - LCD参考驱动设计，具备16个可编程伽马通道和2个可编程VCOM通道，每个通道均有10位分辨率，能快速轻松地调整输出。其最终的伽马和VCOM值可存储在片上非易失性存储器中，且支持最多16次写入操作，方便应对编程错误或LCD面板返工。该器件有两个独立的存储库，可同时存储两条不同的伽马曲线，便于动态切换。

1.1 关键特性

• 汽车级标准：符合AEC - Q100标准，温度等级3为 - 40°C至85°C，HBM ESD分类为2，CDM ESD分类为C4B，能适应严苛的汽车应用环境。
• 多通道与高分辨率：16通道P - Gamma和2通道P - VCOM，10位分辨率，可满足高精度的电压输出需求。
• 非易失性存储器：16x可重写非易失性存储器，两个独立的引脚可选存储库，方便存储不同的伽马曲线。
• 宽电压范围与大电流输出：电源电压范围为9V至20V，数字电源为2V至5.5V，输出可实现轨到轨，300 - mV（最小）摆幅到轨（10 mA），最大输出电流> 300 - mA。
• 高速通信接口：支持 (I^{2}C^{TM}) 接口，支持400 kHz和2.7 MHz通信速率，能实现快速的数据传输。

2. 引脚配置与功能

BUF16821 - Q1采用HTSSOP - 28 PowerPAD™封装，各引脚功能明确。例如，VCOM1和VCOM2为VCOM通道输出；OUT1 - OUT16为DAC输出；SCL和SDA为 (I^{2}C) 通信的时钟和数据引脚；BKSEL用于选择存储库；A0为 (I^{2}C) 地址引脚。需要注意的是，模拟地（GNDA）和数字地（GNDD）必须连接在一起。

3. 规格参数

3.1 极限参数

• 电源电压：VS最大为22V，DVDD（数字电源）最大为6V。
• 输入输出电压与电流：数字输入引脚电压范围为 - 0.5V至6V，电流为±10 mA；输出引脚电压范围为 ((V - ) - 0.5) 至 ((V + ) + 0.5) V，输出可连续短路到地。
• 温度范围：环境工作温度范围为 - 40°C至95°C，结温最大为125°C。

  3.2 推荐工作条件

  VS电源电压推荐范围为9.0V至20V，典型值为18.0V；DVDD数字电源推荐范围为2.0V至5.5V，典型值为3.3V。

  3.3 电气特性

  在 (T{A}=25^{circ} C) ， (V{S}=18 ~V) ， (V{SD}=2 ~V) ， (R{L}=1.5 k Omega) 连接到地， (C_{L}=200 pF) 条件下：

  • 模拟通道：如OUT 1 - 16输出高摆幅在代码为1023、源出10 mA、温度 - 40°C至85°C时为17.7V至17.85V；VCOM1和VCOM2输出高摆幅在代码为1023、源出100 mA、温度 - 40°C至85°C时为13V至16.2V。
  • 输出精度与线性度：输出精度在±20mV至±50mV之间，积分非线性（INL）和差分非线性（DNL）均为0.3 LSB。
  • 功耗：总模拟电源电流在输出为复位值且无负载时为12mA至14mA，数字电源电流在相同条件下为115μA至150μA。

4. 详细功能描述

4.1 两线总线通信

BUF16821 - Q1通过行业标准的两线接口进行通信，工作在从模式。支持标准（最高100 kHz）、快速（最高400 kHz）和高速（最高2.7 MHz）三种速度模式。激活高速模式需发送特殊地址字节00001 xxx（ (SCL ≤400 kHz) ）。

4.2 输出电压计算

输出电压 (V{OUT }=V{S} timesleft(frac{C O D E{10}}{1024}right)) ，由模拟电源电压 (V{S}) 和二进制输入代码的十进制值决定，输出可在典型5 μs内实现满量程电压变化。

4.3 寄存器操作

• 读写操作：可对单个或多个DAC和VCOM寄存器进行读写。写操作时，通过设置数据位D15 - D14确定是写入DAC和VCOM寄存器（易失性存储器）还是非易失性存储器。
• 非易失性存储器操作：写入非易失性存储器时，模拟电源电压需在9V至20V之间，每次写入需250 μs，期间应避免通信。读取非易失性存储器数据前，需先执行获取命令更新DAC和VCOM寄存器及输出电压。

  4.4 功能模式

• 最终用户选择伽马控制：通过BKSEL引脚切换存储库，可在约750 μs（±80 μs）内同时更新18个可编程缓冲器输出。
• 动态伽马控制：将两条伽马曲线存储在外部EEPROM中，通过软件写入DAC寄存器（易失性）实现动态伽马控制。先将数据写入寄存器且位15为0，最后一次写入时将位15置为1，可同时更新所有通道。

5. 应用与实现

5.1 典型应用场景

BUF16821 - Q1主要用于TFT - LCD显示，作为多通道可编程电压参考，连接时序控制器和源驱动器。

5.2 设计要求与注意事项

• 电源上电响应：若非易失性存储器未编程，上电后输出默认 (V_{S} / 2) ；若已编程，输出会斜坡上升到预编程值。模拟电源电压超过约5V时，会自动读取非易失性存储器。
• 电源旁路：模拟电源引脚（9和23脚）需并联10 - μF和100 - nF电容，数字电源引脚（13脚）需并联1 - μF和100 - nF电容，且不建议在伽马或VCOM输出端添加超过200 - pF电容。

6. 电源与布局建议

6.1 电源建议

数字电源需先于模拟电源施加，以避免过大电流、功耗或器件损坏。模拟电源电压范围为9V至20V，数字电源为2V至5.5V。

6.2 布局指南

采用PowerPAD封装，需将热焊盘焊接到PCB的铜区域，提供良好的散热路径。具体步骤包括PCB蚀刻、打孔、连接内部平面、设置阻焊层、涂抹焊膏等，以确保低热阻和高效散热。

BUF16821 - Q1以其丰富的功能、良好的性能和灵活的应用方式，为TFT - LCD参考驱动等应用提供了可靠的解决方案。在实际设计中，工程师们需要根据具体需求，合理利用其特性，同时注意电源、布局等方面的要求，以实现最佳的设计效果。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区交流分享。