TPS65197x系列电平转换器：LCD显示应用的理想选择

作为一名电子工程师，在设计各类电子系统尤其是LCD显示系统时，选择一款合适的电平转换器至关重要。今天就来和大家详细聊聊TI的TPS65197x系列电平转换器，它在LCD显示领域有着出色的表现。

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产品概述

TPS65197和TPS65197B是具有放电功能的8通道电平转换器，主要用于笔记本、显示器和电视等LCD显示应用。它能够将定时控制器（T - CON）的逻辑电平信号转换为面板内栅极（GIP）显示所需的高电平信号。

核心特性

通道与电平特点

• 8通道设计：包括STV、RESET和6个CLK通道，为LCD显示提供了全面的信号转换能力。
• 宽输出电压范围：高输出电压电平在16.5V到45V（VGH）之间，低输出电压电平可低至 - 20V（VGL），能满足不同LCD面板的需求。

电荷共享可选

支持无电荷共享、2通道电荷共享和3通道电荷共享三种模式。通过SEL_CS引脚选择不同的电压，可灵活控制电荷共享模式，这有助于提高图像质量和降低功耗。但工程师们思考一下，在实际应用中，该如何根据具体的系统需求来精准选择合适的电荷共享模式呢？

面板放电功能

具备2通道面板放电功能，在关机时，通过放电检测引脚（DIS_SENSE）可以将输出拉到VGH，实现面板放电。当不需要此功能时，将DIS_SENSE引脚拉高到1.36V以上即可禁用。

T - CON故障检测

TPS65197和TPS65197B在T - CON故障检测上有所不同。TPS65197在STV上升沿后会进行逻辑复位，强制所有6个输出时钟到VGL1，直到CLKIN1的下一个上升沿解锁逻辑并恢复正常操作；而TPS65197B则没有逻辑复位功能，始终跟随输入信号。在设计时，要根据系统对于故障处理的要求来选择合适的型号。

其他特性

• 支持锁存关机检测（时钟到VGH）。
• 支持100kHz的时钟工作频率。
• 采用28引脚4mm×4mm QFN封装，体积小巧，便于PCB布局。

性能参数

绝对最大额定值

在使用过程中，各引脚的电压和温度等参数都有严格的限制，例如，VGH的范围是 - 0.3V到50V，VGL1和VGL2的范围是 - 25V到0.3V，工作结温范围是 - 40ºC到150ºC等。工程师们在设计电源和散热系统时，必须确保参数不超过这些极限值，否则可能会损坏芯片。

静电放电（ESD）额定值

该系列芯片的人体模型（HBM）ESD额定值为±2000V，充电器件模型（CDM）为±700V。虽然有一定的ESD保护能力，但在存储和处理过程中，还是要采取防静电措施，如将引脚短路或放在导电泡沫中。

推荐工作条件

正电源（VGH）的电压范围为16.5V到45V，负电源（VGL_x）的电压范围为 - 20V到 - 3V，VGH和VGL_x之间的电压差在0到60V之间。工作环境温度范围为 - 40°C到85°C，结温范围为 - 40°C到125°C。在设计电源和散热方案时，要保证芯片在这些推荐条件下工作，以确保性能稳定。

电气特性

包含了输入电压范围、电源电流、欠压锁定阈值、热关断温度等参数。例如，正电源电流典型值为1mA，欠压锁定阈值在VGH上升时典型值为15V，下降时典型值为3.5V。这些参数对于电源设计和系统保护非常关键。

开关特性

主要涉及电平转换器的上升和下降斜率、传播延迟等。对于CLKOUT1到CLKOUT6通道，上升和下降斜率典型值分别为140V/µs和150V/µs，传播延迟在不同条件下也有相应的规定。这些特性对于保证信号的传输质量和时序准确性很重要。

应用与实现

典型应用

在典型的LCD显示应用中，要注意输入和输出的连接、电源的配置以及电荷共享电阻的使用。设计时，输入电压范围一般在16.5V到45V和 - 20V到 - 3V，输入信号频率为83kHz，输出负载为150pF和50Ω与4.7nF串联，电荷共享电阻为100Ω。在设计过程中，大家想一想如何优化这些参数以提高系统性能呢？

详细设计步骤

• 布线与布局：由于该电平转换器用于生成快速信号，输入和输出的走线长度和布局对称性非常重要。不对称的走线长度可能会导致信号延迟，因此要尽量缩短输出通道的走线长度，并使用较宽的走线来传输电源，以避免电压降。
• 电容放置：电源去耦电容应尽可能靠近VGH和VGL1引脚放置，以确保输出信号的干净。同时，为了避免电压过冲，输出通道的走线不能太细，以减小杂散电感。
• 散热设计：芯片的散热也不容忽视，其热焊盘需要通过多个过孔连接到VGL1电位的大面积铜区作为散热片，多层板应尽量利用更多层的铜区来散热。

电源与布局建议

电源建议

TPS65197x系列设计工作在正电源（VGH）16.5V到45V和负电源（VGL1、VGL2） - 20V到 - 3V的输入电压范围内。建议在VGH和VGL1上使用1µF的电容，以确保输出信号的稳定性。

布局指南

• 电源去耦电容要靠近芯片引脚。
• 采用宽走线传输电源，避免电压降。如果无法使用宽走线，可在电源去耦电容附近放置额外的1µF电容。
• 输出通道走线要短，防止EMI辐射。
• 热焊盘要连接到大面积铜区用于散热。
• 必要时可在时钟通道1 - 6使用输出电阻来降低EMI辐射和芯片温度，但电阻不要靠近芯片放置。

总结

TPS65197x系列电平转换器凭借其丰富的功能、灵活的配置和良好的性能，成为了LCD显示应用中的优秀选择。在实际设计中，电子工程师需要综合考虑其特性、参数和应用要求，合理进行电源设计、布局布线和散热设计，以充分发挥其优势，确保系统的稳定运行。希望通过本文的介绍，能对大家在相关设计中有所帮助。