手机显示器驱动设计所面临的挑战

目前，市场上已经出现了支持具有丰富色深的高分辨率显示器的多种便携式系统，它对优化显示器驱动器IC的设计进行了有效的折中。与多数半导体开发项目的情形一样，如果他们的产品想要在商业上取得成功，显示器驱动器IC的设计工程师将需要进行基于深入分析的选择。他们会面对许多相关的决策，以优化针对某种特殊终端应用的设计。 现有的显示器驱动器大多以I/O密集型设计为主。裸片的长度通常是其宽度的10到20倍长，以便能把芯片很好地安装在电话基板下的显示器玻璃下，比如最近推出的具有宽屏视频图形阵列(WVGA)分辨率的东芝W52T手机。因为没有电路可用的很多核心空间，对于多数芯片这是一种最低效的裸片形状。但对于显示驱动器而言，它则是一种理想形状。 大多数高端便携式设备目前都包括一个具有四分之一分辨率VGA(QVGA)的显示器，或者是240x320像素的显示器。要向每个红、绿、蓝子像素提供独特的源驱动器，除了设备中要有320门驱动器输出外，还需要有240x3或720的源驱动器输出。具有多个I/O的器件包括来自瑞萨科技和NEC的QVGA显示器驱动器。 降低显示驱动器上有效I/O数量的一个途径是复用到红、绿和蓝子像素的模拟输出。当然，这样做的缺点是显示器上的运动视频看起来不锐利，这是因为每个完整的RGB像素刷新得不频繁。借助于更强的源驱动器把相同的能量在较短时间内传输到子像素晶体管，设计工程师能对那样的效果进行补偿。 随着显示器分辨率的增加，这种方法几乎肯定会成为一种需求。例如NEC近日推出的N903i电话，就支持具有分辨率达480x690像素的全部WVGA屏幕。无须对源驱动器采用多路复用技术，对于门栅和到屏幕的源输出，芯片可能只需要有2,550个I/O即可。 片上显示器RAM 随着屏幕分辨率的增加，芯片设计工程师面对的另一项挑战在于，如何把用于图像的足够的片上显示器存储器集成进来。对电话制造商而言，让足够的片上SRAM来存储单个的静止图像文件是一件富于吸引力的事情，这是出于不让字节连续地从电话机身搬移到显示器组件以节省电能的考虑。通过把电话的“墙纸”图像存储在显示驱动器本身，从显示控制器到驱动器的链路在大多数时间中可能是“平静”的。 来自NEC和瑞萨的QVGA显示驱动器含有足够的片上SRAM，以存储一个全屏的18位图像(262,144种色彩)，这大约为1.5Mb。两个器件之间在裸片面积上的区别很大程度上归因于从0.25微米转移到0.18微米而导致的面积缩小。                     
对于最近推出的具有WVGA分辨率的东芝W52T手机来说，芯片能安装在电话基板下的显示器玻璃上。 对那些希望把片上显示存储器集成进来的芯片设计工程师来说，从QVGA转移到VGA甚至是WVGA对他们提出了极高的要求。NEC的0.25微米WVGA 驱动器尽管较大，有45mm2(23.8 x 1.9 mm)的面积，只有约144kb传统的6三极管（six-transistor）SRAM的。在这样一种器件中需要的显示存储器可能约为5.7Mb (480列 x 690行x18位色彩)。在芯片中所采用的处理技术中，SRAM单元约是8μm2。这样5.7Mb的器件可能需要50mm2的裸片面积，这要比芯片的面积大两倍之多。 很明显，通过转移到更小的光刻节点可以获得更多的改进。这里的问题是显示驱动器芯片需要高压和适当的大功率输出驱动器，然而，在积极进取的工艺节点上，这一点却不一定可用。 解决这一问题的一个办法是压缩色彩空间。器件仍旧以16位色彩(65K种颜色)发布。例如，三星新的Blackjack和RIM的Blackberry仍具有QVGA分辨率和有限的16位调色板。这些器件现正作为商用工具进行推广，然而，显示器规范是如此缺失，也就是说，手持设备的市场推广都是针对流视频或家庭相册的应用。 这种折衷的另一个例子是三菱公司新型手机D800iDS，它具有两个QVGA屏幕。主屏幕使用18位色彩，而第二个屏幕-它实际上是该手机的触摸感应键盘-只用了16位色彩。显然，65k种色彩的调色板被认为对键盘应用是足够的。 值得用显示存储器把一幅完整图像存储起来的另一个方法是采用单三极管SRAM技术，这样做会使存储单元的体积压缩一半。然而，到目前为止，Semiconductor Insights还没有看到任何一种显示驱动器采用的不是典型的6三极管（six-transistor）单元设计。 数据传输成为关键 Clamshel电话已激起了对手机机身与显示器组件之间的有关电接口的极大开发热潮。这样的开发有很多原因，它包括使连接器宽度最小化，降低电磁辐射，提高数据率，当然，还有降低成本。 看起来，要在显示控制器和驱动器IC上实现低压差分信号SERDES(串并/并串转换器)需要几千只三极管，这远远要比在两个器件之间连接额外的导线要经济得多。随着这些接口速度的增加以及它们功耗的下降，把图像连续地传输到没有片上存储器的数据显示驱动器就会少一些问题。 已经有一些这样的倡议出现。NEC公司的电流模式平均差分信号(CMADS)与高通、精工-爱普生和东芝支持的移动显示器数字接口(MDDI)这两个方案正形成竞争。最初由国家半导体所提出的点对点差分信号(PPDS)，已获得意法半导体、Magnachip、夏普和HiMax公司的支持。 多重标准的共存不是大的问题，这是因为移动手机最终还是一个封闭的系统。消费者不会在家里把新的显示驱动器插入到他们的手机中。 展望未来，要注意的一个趋势是把电子部分集成到显示器本身中。以Semiconductor Insights的观点，我们对那些安装了低温多晶硅显示器(LTPS)的设备进行了越来越多的评估。LTPS的好处是从驱动三极管开始，更多的电子部分能集成到玻璃本身当中。 例如，具有集成了驱动器三极管的LTPS显示器目前可在许多夏普的显示器中看到(夏普已经将其多晶硅的版本的显示器标以“连续晶粒硅”的品牌)。多晶硅显示器中的电子迁移率以目前的发展水平，容许考虑把更多的电子部分—像D/A转换器或显示存储器—集成进去。 尽管“玻璃计算机”仍有点儿超前，其发展趋势仍是十足有趣，值得关注。大量的三极管能被集成在一个典型的显示器大小的空间内-甚至是便携式产品这种容量的产品内。 作者：Rob Hilkes是Semiconductor Insights(渥太华)的首席模拟/混合信号分析师，这是一家专注于半导体的最重要的技术分析公司。
本文转自手机设计天下网www.rd3721.com
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