深入剖析BUF08821：可编程伽马电压发生器与VCOM校准器

在电子设计领域，对于TFT - LCD参考驱动等应用，一款性能出色的可编程电压参考芯片往往能起到关键作用。今天，我们就来深入了解德州仪器（TI）的BUF08821，一款可编程伽马电压发生器与 (V_{COM}) 校准器。

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1. 产品概述

BUF08821提供了8个可编程伽马通道和1个可编程 (V_{COM}) 通道，每个通道都具备10位分辨率。它采用TI专有的高压CMOS工艺制造，能在高达20V的电源电压下工作，封装形式为HTSSOP - 20 PowerPAD™ ，工作温度范围为 - 40°C至 + 85°C。

1.1 产品特性

• 高分辨率与多通道：10位分辨率，8通道P - Gamma和1通道 (P - V_{COM}) ，可满足多样化的电压调节需求。
• 可重写非易失性存储器：拥有16x可重写非易失性存储器，支持最多16次写入操作，方便应对编程错误或LCD面板返工。
• 双独立内存库：两个独立的引脚可选内存库，能同时存储两条不同的伽马曲线，便于在不同伽马曲线之间快速切换。
• 宽电源电压范围：模拟电源电压范围为9V至20V，数字电源电压范围为2V至5.5V，适应多种电源环境。
• 高速 (I^{2}C^{TM}) 接口：支持400kHz和3.4MHz时钟频率，实现高速数据传输。
• 轨到轨输出：输出摆幅最小可达300mV（10mA），最大输出电流 (>300 ~mA) ，且具有低电源电流。

2. 电气特性

2.1 输出摆幅

BUF08821的输出摆幅在不同条件下表现出色。例如，在模拟伽马缓冲通道中，当代码为1023且源电流为10mA时，输出摆幅高可达17.85V；代码为0且灌电流为10mA时，输出摆幅低至0.07V。对于 (V_{COM}) 通道，不同代码和电流条件下也有相应的输出摆幅。

2.2 输出精度

其输出精度体现在积分非线性（INL）和微分非线性（DNL）上，INL和DNL均控制在一定范围内，确保输出电压的准确性。同时，输出电流的连续稳定性也得到了保证。

2.3 电源电流

总模拟电源电流在不同温度下有一定的变化范围，在无负载且输出处于复位值时，电流范围为4.6mA至9mA 。

2.4 温度特性

BUF08821在规定的温度范围内（ - 40°C至 + 85°C）能保持良好的性能，不过在实际应用中，仍需注意温度对其性能的影响，例如输出电压随温度的变化等。

3. 引脚配置与描述

BUF08821的引脚配置清晰，各引脚功能明确。其中， (V{COM}) 引脚用于 (V{COM}) 通道，OUT1 - OUT8为DAC输出引脚， (V{S}) 连接模拟电源， (V{SD}) 为数字电源，SCL和SDA用于 (I^{2}C) 通信，A0用于 (I^{2}C) 地址设置，BKSEL用于选择内存库。需要注意的是，模拟地 (GND{A}) 和数字地 (GND{D}) 必须连接在一起。

4. 典型特性

4.1 输出电压与电流关系

从典型特性曲线可以看出，输出电压与输出电流之间存在一定的关系。不同通道的输出电压随输出电流的变化趋势有所不同，这对于设计中合理选择负载电阻等参数具有重要参考价值。

4.2 电源电流与温度关系

模拟和数字电源电流随温度的变化曲线显示，随着温度的升高，电源电流会有一定程度的增加。在设计散热方案时，需要考虑这一因素。

4.3 线性误差

积分线性误差和微分线性误差曲线反映了BUF08821在不同输入代码下的线性度表现。了解这些误差特性有助于评估芯片在实际应用中的性能。

5. 应用信息

5.1 基本应用

BUF08821可编程电压参考可快速轻松地调整8个可编程伽马参考输出和1个 (V{COM}) 输出。通过高速 (I^{2}C) 接口进行编程，最终的伽马和 (V{COM}) 值可存储在片上非易失性存储器中。

5.2 电源要求

在供电方面，数字电源必须在模拟电源之前施加，以避免过大的电流和功耗，甚至防止器件损坏。

5.3 数据传输与通信

5.3.1 两线总线概述

BUF08821通过行业标准的两线接口进行通信，在从模式下接收数据。主设备发起通信，通过SCL和SDA线实现数据传输。

5.3.2 寻址方式

其地址为111010x，其中x是A0引脚的状态。根据A0引脚的高低电平，设备会在不同地址上进行响应。

5.3.3 数据速率

支持标准（最高100kHz）、快速（最高400kHz）和高速（最高3.4MHz）三种速度模式。在高速模式下，需要发送特殊的地址字节来激活。

5.4 输出电压更新

BUF08821具有双缓冲寄存器结构，更新DAC和 (V_{COM}) 输出电压有两种方法：

• 方法1：适用于希望在写入DAC寄存器后立即改变输出电压的情况。主设备将数据位15设置为 '1' ，在接收到第16位数据后更新输出电压。
• 方法2：适用于希望所有 (DAC / V_{COM}) 输出电压同时改变的情况。先将数据位15设置为 '0' 写入所需通道，最后一个通道写入时将数据位15设置为 '1' ，接收到第16位数据后同时更新所有通道。

5.5 非易失性存储器

5.5.1 内存库选择

通过BKSEL引脚选择两个内存库中的一个，实现两条不同伽马曲线的快速切换，切换时间小于10μs。

5.5.2 数据获取命令

包括一般获取命令和单通道获取命令，用于将非易失性存储器中的数据更新到存储寄存器和 (DAC / V_{COM}) 输出。

5.5.3 MaxBank寄存器

该寄存器可提供特定 (DAC / V_{COM}) 通道非易失性存储器的写入次数信息，通过一般或单通道获取命令进行更新。

5.5.4 奇偶校验错误纠正

BUF08821为非易失性存储器中的数据提供单比特奇偶校验错误纠正，提高了数据的可靠性。

5.6 读写操作

5.6.1 读写 (DAC / V_{COM}) 寄存器

可对单个或多个 (DAC / V_{COM}) 寄存器进行读写操作，通过设置读/写位和发送相应的指针地址字节来实现。

5.6.2 写入非易失性存储器

只能对单个 (DAC / V{COM}) 的非易失性存储器进行写入，写入时模拟电源电压需在9V至20V之间。写入后， (DAC / V{COM}) 寄存器和输出电压会立即更新，但非易失性存储器的编程需要长达250μs。

5.6.3 读取非易失性存储器

需要先执行一般获取命令或单通道获取命令，更新 (DAC / V_{COM}) 寄存器和输出电压后，再从相应寄存器读取数据。

6. 伽马控制

6.1 最终用户选择的伽马控制

利用BKSEL引脚，BUF08821可提供两级伽马控制。通过切换BKSEL引脚的状态，可在两条伽马曲线之间快速切换，所有 (DAC / V_{COM}) 寄存器在小于5μs内更新，输出电压在接下来的5μs内稳定。

6.2 动态伽马控制

在LCD电视应用中，动态伽马控制可提高图像质量。BUF08821的双内存库和双存储寄存器结构使其非常适合实现动态伽马控制，通过切换BKSEL引脚可在不同伽马曲线之间快速切换。

7. 输出保护

BUF08821的输出级包含ESD保护二极管，但在某些异常情况下，如输出引脚连接大电容且电源突然移除时，可能会有过大电流通过。可通过在输出端串联限流电阻来保护输出级。

8. PowerPAD设计考虑

BUF08821采用热增强型PowerPAD封装，在PCB设计时需要注意以下几点：

• 准备好PCB的顶层蚀刻图案，包括引脚和热焊盘的蚀刻。
• 在热焊盘区域设置合适的孔，以实现良好的散热。
• 连接所有孔到与GND引脚相同电位的内部平面，且采用低热阻的连接方式。
• 合理设置焊锡掩膜，防止回流过程中焊锡从热焊盘区域流失。

9. 总结

BUF08821是一款功能强大的可编程伽马电压发生器与 (V_{COM}) 校准器，具有高分辨率、多通道、可重写非易失性存储器、双内存库等诸多优点。在TFT - LCD参考驱动等应用中，它能为设计人员提供灵活、高效的解决方案。但在实际应用中，需要充分考虑其电气特性、引脚配置、通信协议、伽马控制等方面的因素，以确保芯片发挥最佳性能。同时，合理的PCB设计和输出保护措施也是保证系统稳定性的关键。你在使用类似芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。