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GATE DRIVER
使用于液晶显示器的驱动芯片主要分为两类，分别为
gate
driver
与
source
driver
。
Gate drive
r
的主要功用是将液晶面板上一行一行的薄膜晶体管（
TFT<
/p>
，
thin film
transistor
）依序打开，好让
source dri
ver
将位于液晶面板上的液晶电容
（
Clc
，
capacitor on liquid crys
tal
）与储存电容（
Cs
，
storage capacitor
），充电
到所需要的电压。
Gate driver
< br>名称的由来，是因为接到
TFT
的
gate
端，所以才称作
gate
driver
。此外，由于它是依序将一行一行的
TFT
打开，所以也称之为
scan
driver
。而就面板的坐标来说，连接到
gate driver
的走线，是位于
Y
轴上，所以
也称为
row
driver
。同理
source
driver
也有许多不同的称呼，而
source driv
er
的
名称来由是因为这个驱动芯片是连接到
< br>TFT
的
source
端，所以
才叫做
source
driver
。
此外
当
gate driver
将一行
行的
TFT
打开时，
source d
river
会将相对应
的显示数据转换成电压，把液晶面板的电
容充放电到相对应灰阶的电压
，
因此
s
ource driver
也叫做
data driver
。再者就整块面板的坐标来说，连接到
source
driver
的走线是位于
X
轴上，因此也叫做
column
driver
。
1
、
Gate
driver
的频率与输出频道数目有关
常见的
TFT LCD
面板分辨率分别
是
SVGA
、
XGA
< br>、
SXGA
、
SXGA+
。以
SVGA
的分辨率来说，它是
800*600
的分辨率，其中
800
跟
source driver
的输出
channel
数目有关。同理在各个分辨率中，每个分辨率中前面的数字
是跟横向的
画面分辨率有关，因此需要考虑
source dr
iver
的输出
channel
数目。
而各个分辨
率中后面的数目则是与纵向的分辨率有关，所以考虑的是
gate driver
输出的
channel
数目。
由于
TFT L
CD
跟
CRT
显示器不同的特性，因此
TFT LCD
显示器的画面更
新频率
并不象
CRT
显示屏幕一样，需要调得很高，以避免画面闪烁的
状况。
因
此
TFT LCD
显示器其画面更新频率多半是固定在
60Hz
。<
/p>
然而各个分辨率水平
输出的数目并不相同，所以每一条水平线的打
开时间也不一样。以
SVGA
800*600
的分辨率来说，
由于画面的更新频率为
60HVz
，所以水平分辨率的每
一条线打开的频率约为
60Hz*600lines=36KHz
，也就是每一条水平线打开的时
间约为
1/36KHz=27.8
μ
s
。
同理我们也可以依照此一方式来推导出各种显示
模
式的工作频率与水平线的打开时间。我们可以发现，随着分辨率的提高，同时
每一条水平线打开的时间也会跟着变小。也就是说，当分辨率变得更高，提供
给
source
driver
充放电的时间也会跟着变少。
常见的
gate driver
的输出
channel
数目为可以选择
200
个输出或是
192
个输
出，以及可选择
256
个输出或是
263
个输出这两种
gate
driver
。
现在应用最广的就是
256/263
输出的
gate dr
iver
了，因为
现在出货量最大的
就
是属于
XGA
以及
SXGA
的液晶显示器了
。这两种分辨率以
256
个输出
channel
来说，分别需要
3
颗以及
4
颗的
gate driver
。正因为它的出货量很大，
< br>所以也有仅
256
个输出的
ga
te driver
的设计，不过为了延长产品的生命周期，
大多会采取
256/263
的输出
ch
annel
的设计。在这种设计下，当使用于
XGA
与
SXGA
的分辨率时，便会浪费了
7
个输出
channel
，
而当使用于
SXGA+
的分辨
率时，共
需要使用
4
颗。所以总输出
chann
el
为
263*4=1052
，仍然比
SXGA+
分
辨率所需的
1050
条线多出
2
条。跟
前面提到的
200/192
输出
cha
nnel
与
256
个
< br>输出
channel
的
gate
driver
，其
3-4
颗加起来的总
输出
channel
数目与分辨率一致
的状况是不一样的。
2
、
Gate
driver
功用为依序打开薄膜晶体管
Gate driver
的主要功能是将液晶面板上的薄膜晶体
管，一行一行的依序打
开，好让
source driver<
/p>
对面板上的电容充放电。因此整个系统需要一个
clock
来
作同步的动作，好让
gate drive
r
依序将每一行的薄膜晶体管打开，而
SPL
< br>（
start
pulse
input
）则是让
gate driver
< br>的输出开始动作的同步信号
。当
gate driver
一接
收到
SPL
的信号之后，便会依序由
OUT1
、
OUT2
……、
OUT199
、
OUT200
送
出一个个的脉波，来打开液晶
面板上一行一行的薄膜晶体管。在最后一个脉波
送出的同时，会同时由
< br>SPO
（
start pulse
output
）送出信号到下一颗
gate driver
（上一颗的
SPO
信号，是接到下一颗
gate driver
的
SPI
信号），好让下一颗
gate driver
能
接续下去，输出打开薄膜晶体管用的脉波，直到面板上所有的薄膜
晶体管都打开过并充好
电为止。以
SVGA
（
800*600
）分辨率的液晶面板来说，
若是使用
2
00
个输出
channel
的
gate driver
，则共需要
3
颗
gate driver
来驱动。
而这
3
颗的
gate d
river
则利用上一颗的
SPO
接到
下一颗的
SPI
来协同工作，以
完成
共
600
个输出的结果。
3
、分析
Gate
driver
的架构
Gate dr
iver
由于负责的工作很简单，所以它的架构并不复杂。
Ga
te driver
的
主要架构有
3<
/p>
个部分，首先是
双向移位缓存器（
bi-
directional shift register
）。
这个地方的主要功用就是要能依照所输入的
clock
产生出
循序输出的脉波，
所
以才需要使用移位元缓存器（
shift register
）。但是为什么要使用双向的移位缓
存器呢？主要是为了让
TFT LCD
棉板的机
构设计更有弹性。也就是说，一旦面
板的机构完成后您要选择由上到下将一行一行的薄膜
晶体管打开，或是由下到
上一行一行的打开都可以。虽然这样需要增加硬件上的成本，不
过可以获得的
设计弹性更大。既然使用了双向的移位缓存器，就需要额外的输入接脚来选
择
移位缓存器的移位方向（
shift
direction
）。而此同时，
start pulse
的接脚也必须
作成是可选择为输入或是输出的方式。当移位缓存
器选择是右移时，左边的
start pulse
接脚就变成
输入，而右边的接脚就变成输出。倘若移位缓存器选择的
是左移时，则左边的
start pulse
接脚就变成输出，右边的接脚就变成输入了。
由于
gate driver
的输入接
口是一般的数字输入接口，所以接口的电压大约
是
2.3~3.
6
伏特之间。
而最后的输出接口，由于是要控制薄膜晶体管的打
开与关
闭，它的工作电压范围很大，大约是
从
< br>-20~30
伏特之
间，所以要
将双向的移位
缓存器的输出传送到输出电路时，就必须使用
le
vel shifter
来作升压的动作
。而
< br>level shifter
的设计就是整个
gate
driver
设计中最关键的地方，虽然整个
gate
driver
的架构很简单，电路也不复杂，但是由于最后输出电压的
工作范围实在很
大，即使
gate driver
的电路已经设计完成，还是会因为使用环境的关系，造成
驱动芯片本身信赖度
（
reliability
）会因此降低。因此
level shifter
设计的精良与
否，便会影响到整个
gate
driver
驱动芯片的成败。
以一
般
N-substrate
的制程来说，由于基底（
substrate
）本身需要接到整个
芯片系统
中最低的电压，而整个
gate driver
的最低电压是<
/p>
-3~-20
伏特之间，所
以
当数字接口的信号输入之后，就必须经由第一阶段的
level
shifter
将整个输入
信号作降压的动作，等双向的移位
元缓存器将信号处理好之后，才将信号送入
输出电路。
而这样降
压后再升压的动作，看似简单，其实一旦处理不好便会造
成整个电路的动作不正确。所以
现在常见的
gate driver
设计多是使用
triple well