液晶电视TCON板原理讲解转＞

现在电视已经从了CRT过渡到液晶，在店里很难买到CRT电视了。因此，液晶电视维修也是我们家电维修从业者必须掌握的技能。而逻辑版(也叫)TCON板)也是液晶电视电路的核心TCON很多人不知道什么是板。TCON板？今天特别整理一下TCON板的原理知识讲解，以TCL以液晶电视为例，希望能给大家带来帮助。如需转载，请注明出处来自家电维修数据网。
一、什么是TCON板？
TCON板的英语是: timing controller的缩写
TCON板中文为：时序控制电路
控制PANEL控制扫描驱动电路何时启动时序动作的核心电路，并输入视频信号(如LVDS信号)转换为数据驱动电路中使用的数据信号(例如mini-LVDS信号或RSDS信号)传输到数据驱动电路（COF IC),并及时控制数据驱动电路。
二、传统TCON板电路主要由哪些部分组成？
1.TCON IC(必须的）
2.GAMMA IC（必须的）
3.PM IC （必须的）
4.GPM IC（OPTION)
5.LEVEL SHIFT IC(GOA屏专用）
传统的液晶屏TCON布局
1.TCON板与SOURCE板分离
2.TCON板与SOURCE板合并

四 自制TCON几种实现架构
1.主板 TCON板 SOURCE板
TCON板= TCON IC PM IC GAMMA IC
自制TCON板直接替换屏厂提供的TCON板
2.主板 SOURCE板---比NO.1成本低，但一屏一主板，主板组件多
主板=SOC TCON IC PM IC GAMMA IC或者
主板=SOC（内置TCON） PM IC GAMMA IC
3.主板 转接板 SOURCE板 ---主板组件降低，成本比NO.1低，比 NO2高
主板=SOC （内置TCON）
转接板=PM IC GAMMA IC
4.主板 SOURCE板-成本最低，主板组件多，需要与屏幕厂合作设计
主板=SOC （内置TCON）或主板=SOC TCON IC
SOURCE板=PM IC GAMMA IC bridge

五、TCON介绍板各功能模块
1.TCON IC

内部框图

TCON IC功能：实现两个基本功能
1.1 TCON基本功能1:接收LVDS并将其转换为信号Mini-LVDS信号
mini-LVDS信号特征及规范
1.1.1 TCON IC和SOURCE DRIVER IC之间的接口

1.1.2 在Clock上升沿和下降沿各传输一个Bit数据

需要满足其规格Panel要求

1.1.3 阻抗匹配
传输线阻抗Zo:25欧5欧-75欧欧欧欧-75欧欧欧欧-75欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧欧
通常Layout设计线对差分阻抗Zdif=2Zo=100欧
Mini-Lvds端接电阻接收端RT=Zdif=2Zo，

实际上Source Driver大多数情况下不止一个，所以端接电阻安放位置很重要，一般近端和远端各放一个，远端测量时幅度会变差，实际调整SWING时需留意


A:阻抗不匹配示例
FFC线阻抗50欧时Clock波形

B: 阻抗匹配示例
FFC线阻抗100欧时Clock波形

1.1.4 Mini-Lvds输出电压

备注：屏SPEC会给出 VID 规格， VOD =2* VID

1.1.5 数据结构（Data Mapping)
6bit 3pairs;6bit 4pairs;6bit 5pairs;6bit 6pairs
8bit 3pairs;8bit 4pairs;8bit 5pairs;8bit 6pairs
例如：8bit 6pairs Mode Data Mapping见下图

1.2 TCON基本功能2：生成PANEL扫描驱动电路和数据驱动电路所需的时序
控制信号
1.2.1 POL信号： polarity inversion signal for sorce driver
数据驱动IC控制数据输出信号的极性反转
下图为单个TFT反转电压是指应用于像素等效电路Clc两端电压


极性反转是什么？
在液晶分子上施加的电场是方向性的，在不同的时间在液晶上施加相反的电场，称为极性反转
液晶显示电极的像素电压高于Vcom电压称为正极性
相反，液晶显示电极的像素电压低于Vcom电压称为负极性
为什么极性反转？
液晶分子在电场中的扭矩与电场的平方成正比，与电场的方向无关，因此液晶可以在不改变其排列和穿透率的情况下进行极性反转。
错误理解：液晶分子在极性反转时转动
为什么要极性反转？
A：取向膜的直流阻断效应
控制基板表面液晶分子排列方向的槽膜称为方向膜，电极上的电压通过方向膜应用于液晶分子，方向膜等效电容大，等效电阻大，当直流驱动液晶时，电阻分压使大部分电压差落在方向膜上，不能改变液晶分子的排列。
B：可移动离子和直流残留物
可移动离子在液晶过程中是不可避免的。如果采用直流驱动，离子将移动到取向膜，形成内部电场。即使没有外部电场，液晶分子也会因内部电场而改变排列状态，称为直流残留物，造成残留阴影。
极性反转驱动时，外部电压平均为0，移动离子相互抵消两个电极的移动，避免直流残留。
要点：正极电压等于负极电压

各种极性反转方法


实现极性反转的方法一
Common电极电压固定不变驱动模式


实现极性反转的方法二
Common电极电压不断变动驱动模式

1.2.2 TP1信号： latch signal for source driver
数据驱动IC输出数据信号可以控制信号
高电平：将一行数据锁定到行存储器中
低电平:释放一行数据，充电液晶电容
1.2.3 STV信号：scan driver start pulse
扫描驱动IC输出开始控制信号
1.2.4 CKV信号： scan driver clock
依次打开控制扫描行的时钟信号
1.2.5 OE信号： scan driver output enable
扫描行打开和关闭，以控制信号
高电平：打开扫描线
低电平：关闭扫描行

结合下图进一步说明
信号1=STV 信号2=CKV 信号3=TP1 信号4=OE
GATE DRIVER输入第一个STV信号准备开始第一次扫描，输入第一次CKV此时，信号准备打开第一个扫描行SOURCE DRIVER输入TP1信号释放第一行数据信号，OE信号到达后，高电平打开低电平关闭扫描线，循环往复。

TCON IC附加的重要功能：OD功能
1.3 OD功能介绍
OD:OVER DRIVE 过驱动 功能：提高液晶响应时间
1.3.1液晶响应时间
响应时间是指液晶分子改变排列角度和显示图片所需的时间。
屏SPEC给出的响应时间等于黑到白，白到黑的上升时间和下降时间之总和，先声明这个时间OD功能是无法 提升的。


1.3.2 为什么要提高液晶的响应时间？
看图响应时间慢，右图响应时间快
通过对比可以发现:响应时间慢-图像模糊，拖尾

1.3.3 OVERDRIVE技术
电场加速效应：液晶分子在电场中产生的扭矩与电场的平方成正比。因此，增加电场可以大大增加对液晶分子的扭矩，从而加速液晶分子的旋转，即电场加速效应。
OVERDRIVE:利用电场加速效应，在两帧之间插入另一帧，施加高补偿电压，迫使液晶分子在短时间内改变排列，从低亮灰阶到预定的高亮灰阶，从而提高液晶的响应时间。这种方法被称为高插头驱动器，也被称为驱动器。
从概念上看，OVER
DRIVE只对GRAY TO GRAY
有效，对BLACK TO WHITE
无效
右图没做OVERDRIVE
驱动电压波形和液体
晶体响应时间曲线

下图是有做OVERDRIVE
驱动电压波形和液体
晶体响应时间曲线
对比结果：OVERDRIVE
液晶可以大大提升
响应时间

1.3.4 UNDERSHOOT技术
对应高插驱动的技术是低插驱动（UNDERSHOOT)
在两帧之间插入另一帧，施加较低的补偿电压
与OVERDRIVE最大不同，UNDERSHOOT被动减少电场，依靠液晶分子本身的弹性来改变排列，效果比OVERDRIVE差。
1.3.5 OVERDRIVE实现方式
A 流程图如下

B 最佳响应时间对照表
通过实验填表获得8BIT可设计可设计 256X256 TABLE ，但需要MEMORY SEZE大，简化方法可设计32X32 TABLE 或16X16TABLE，然后用线性内插计算其他灰阶变化所需的补偿灰阶。

2.GAMMA IC
出一组GAMMA电压提供给PANEL SOURCE DRIVER IC[Page]
2.1 传统GAMMA IC：本身很简单，只起到BUFFER的作用如下图是传统的GAMMA IC应用图输入电压值Ai,Bi,Mi,Ni来自输入端电阻分压后产生的精确电压，经运放组成的缓冲器输出后提供给屏端，缓冲器的作用是增加带负载的能力


2.2 P-GAMMA IC：与传统GAMMA IC比本质相同，增加Programmable功能，实现I2C总线控制，电压存储，BANK选择等

2.3 PANEL对于GAMMA电压需求的实例

3 PM IC
Power Manage IC：产生Source Driver和Gate Driver所需要的多路电压（工作原理参看一般的DC-DC设计和LDO设计）
3.1 DVDD： 数字逻辑电压，一般是3.3V，用于逻辑电路的供电
3.2 AVDD： 主电压，主要用在Source Driver输出的像素电压和    Gamma校正的电压
3.3 VGH： Gate开启电压，用于TFT栅极打开的电压
3.4 VGL： Gate关断电压，用于TFT栅极关断的电压
3.5 Vcom：Vcom电压，Panel公共电极电压，有的集成在Gamma IC

下图为某Panel
SPEC给的规格


4 GPM IC : Gate  Pulse Modulator
 俗称削角电路
作用：减少扫描线和像素之间的电容耦合效应，改善馈通电压造成的画面闪烁
TFT等效电路如下图


因为电容耦合效应，在Gate电压由打开到关断，此时TFT处于截止状态，寄生电容Cgd会将Gate电压变动馈送到像素电压，产生电压变化量△V,称为馈通电压，馈通电压的存在使Clc和Cs上保存的像素电压 偏离原来 的设定值，造成画面闪烁。解决方法：一方面降低馈通电压，另一方面调整Vcom电压进行补偿


削角电路的作用就是通过降低Vp-p电压来减小馈通电压
削角IC应用原理图

5 Level Shifter IC :电位转移电路
5.1 为什么需要电位转移？
一般的TFT开启电压需要20V以上，关断电压需要-5V以下，而来自TCON时序控制电路的电压一般是 0V或3.3V这样的逻辑电压，因此需要Level Shifer实现电平的转换。
5.2 WOA设计
通常的PANEL，Gate Driver放在玻璃基板外部，通过阵列外布线进行设计（Wire On Array简称WOA),Level Shifer电路集成在Gate Driver上。
5.3 GOA设计
另外的PANEL（以三星为代表），Gate Driver放在玻璃基板内部，称为Gate On Array（GOA)设计，也有叫GIP（Gate In Panel），或者COG(Chip On Glass），为了简化Panel设计，Level Shifter电路放在TCON板上，制作成独立IC或集成在PM IC上面。