BUF20800-Q1带两个可编程VCOM通道的18通道伽马电压发生器

特征

•适合汽车应用

•18通道伽马校正

•2通道可编程VCOM:50 mA输出

•10位分辨率

•轨对轨输出

•低电源电流：900μA/ch

•电源电压：7 V至18 V

•数字电源：2.0 V至5.5 V

•行业标准，双线接口：3.4 MHz高速模式

•提供演示板和软件

应用

•取代基于电阻的伽马解决方案

•TFT-LCD参考驱动程序

•动态伽马控制

说明

BUF20800-Q1是一种可编程基准电压发生器，用于TFT-LCD面板中的伽马校正。它提供18个可编程输出用于伽马校正，两个通道用于VCOM调整，每个通道的分辨率为10位。

这种可编程性取代了传统的耗时改变电阻值的过程，以优化各种伽马电压，并允许设计师快速确定面板的正确伽马电压。所需的更改也可以在不更改硬件的情况下轻松实现。

BUF20800-Q1采用了TI最新的小型几何模拟CMOS工艺，这使得它成为全面生产的非常有竞争力的选择，而不仅仅是评估。

通过工业标准的两线串行接口对每个输出进行编程。与现有的可编程缓冲器不同，BUF20800-Q1提供了一种高速模式，允许时钟速度高达3.4兆赫。

对于较低的渠道数，请联系您当地的销售或营销代表。

BUF20800-Q1在HTSSOP-38电源板中提供™ 包裹。规定温度范围为−40°C至+105°C。

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典型特征

TA=25°C，VS=18 V，VSD=5V，VREFH=17V，VREFL=1V，RL=1.5KΩ接地，CL=200pF，除非另有说明。

申请信息

BUF20800-Q1可编程电压基准允许快速、轻松地调整18个可编程参考输出和两个用于VCOM调整的通道，每个通道具有10位分辨率。它提供了非常简单，高效的伽马基准电压和VCOM电压的调整。BUF20800-Q1通过高速标准双线接口编程。BUF20800-Q1为每个DAC通道提供了双寄存器结构，以简化动态伽马控制的实现。该结构允许所有通道同时快速更新。

缓冲器1−9能够在正极供电轨200mV范围内摆动，在负极供电轨0.6V范围内摆动。缓冲器10-18能够摆动到正极供电轨的0.8V范围内和负极供电轨的200mV范围内。

BUF20800-Q1可使用7V至18V的模拟电源电压和2V至5.5V的数字电源供电。数字电源必须在模拟电源之前或同时使用，以避免过大的电流和功耗；如果长时间只连接模拟电源，可能会损坏设备。图7显示了电源定时要求。

图8显示了典型配置中的BUF20800-Q1。在这种配置中，BUF20800-Q1设备地址为74h。一旦在相应寄存器（LD=0）中接收到数据，每个数模转换器（DAC）的输出立即更新。

对于最大动态范围，设置VREFH=VS−0.2 V和VREFL=GND+0.2 V。

双线总线概述

BUF20800-Q1通过工业标准的双线接口进行通信，以从模式接收数据。本标准使用两线制开路漏极接口，支持单个总线上的多个设备。总线只驱动到逻辑低电平。发起通信的设备称为主设备，由主设备控制的设备是从设备。主机在时钟信号线（SCL）上生成串行时钟，控制总线访问，并生成启动和停止条件。

为了对特定设备进行寻址，当SCL处于高电平时，主机通过将数据信号线（SDA）从高逻辑电平拉到低逻辑电平来启动启动条件。总线上的所有从机都在从机地址字节中移位，最后一位表示是要进行读操作还是写操作。在第9个时钟脉冲期间，被寻址的从机通过产生一个应答并将SDA拉低来响应主机。

然后开始数据传输，发送8位数据，然后发送一个确认位。在数据传输过程中，当SCL较高时，SDA必须保持稳定。当SCL较高时，SDA的任何变化都将被解释为启动或停止条件。

一旦所有数据都被传输，主设备会生成一个停止条件，在SCL为高时，将SDA从低拉到高。

BUF20800-Q1只能作为从设备；因此，它从不驱动SCL。SCL只是BUF20800-Q1的输入。表1和表2分别总结了BUF20800-Q1的地址和命令代码。

处理BUF20800-Q1

BUF20800-Q1的地址是111010x，其中x是A0引脚的状态。当A0引脚低时，设备将在地址74h（1110100）上确认。如果A0引脚高，设备将在地址75h（1110101）上确认。

其他有效地址可以通过简单的掩码更改来实现。请联系您的TI代表以获取信息。

（1）、 RC组合可选。

（2）、 GNDA和GNDD必须连接在一起。

（3）、 不建议将电容器连接到此节点。

数据速率

双线总线以三种速度模式之一运行：

•标准：允许时钟频率高达100kHz；

•快速：允许时钟频率高达400kHz；以及

•高速模式（也称为Hs模式）：允许时钟频率高达3.4MHz。

BUF20800-Q1完全兼容所有三种模式。在标准或快速模式下使用设备无需特殊操作，但必须激活高速模式。要激活高速模式，在启动条件后发送一个特殊地址字节00001xxx，SCL=400kHz；xxx是支持Hs的主机的唯一位，可以是任何值。这个字节称为Hs主代码。（请注意，这与正常地址字节不同，低位不指示读/写状态。）无论最后三位的值如何，BUF20800-Q1都将响应高速命令。BUF20800-Q1将不确认该字节；通信协议禁止确认Hs主代码。收到主代码后，BUF20800-Q1将打开其Hs模式滤波器，并以高达3.4MHz的频率进行通信。通过生成无停止的重复启动，可以在不重新发送Hs模式字节的情况下启动附加的高速传输。BUF20800-Q1将在下一个停止条件下退出Hs模式。

一般呼叫重置和通电

BUF20800-Q1响应一般调用重置，即地址字节00h（0000 0000），后跟数据字节06h（0000 0110）。BUF20800-Q1确认这两个字节。在收到一般呼叫重置后，BUF20800-Q1会执行完全的内部重置，就好像它已经断电然后再打开一样。它总是确认00h（0000 0000）的一般呼叫地址字节，但不确认除06h（0000 0110）以外的任何一般呼叫数据字节。

BUF20800-Q1通电后自动执行复位。作为重置的一部分，所有输出均设置为（VREFH−VREFL）/2。其他重置值可作为自定义修改。有关详细信息，请联系您的TI代表。

发送设备地址后，如果发送有效的DAC地址，且位D7至D5设置为“100”，则BUF20800-Q1将所有输出重置为（VREFH−VREFL）/2。如果将这些位设置为“010”，则只有在此最高有效字节（MSB）中寻址的DAC和下面的最低有效字节（LSB）将被重置。

输出电压

缓冲器输出值由参考电压（VREFH和VREFL）以及用于编程该缓冲器的二进制输入代码的十进制值确定。使用方程式1计算该值：

参考电压的有效电压范围为：

BUF20800-Q1输出能够在典型的5μs内实现满量程电压输出变化，无需中间步骤。

输出锁存器

更新DAC寄存器与更新DAC输出电压不同，因为BUF20800-Q1具有双缓冲寄存器结构。有三种方法可以将传输的数据从存储寄存器锁存到DAC中，以更新DAC输出电压。

方法1：需要在外部设置闩锁引脚（LD）LOW，LD=LOW，每当其对应的寄存器被更新时，它将更新每个DAC输出电压。

方法2：在外部设置LD=HIGH，以允许所有DAC输出电压在数据传输期间保持其值，直到LD=LOW，然后将同时将所有DAC的输出电压更新为新的寄存器值。使用此方法预先传输未来的数据集，以准备非常快速的输出电压更新。

方法3：采用软件控制。当一个DAC寄存器中的任何15位都被更新时，所有的DAC寄存器都被更新。更新将在接收到当前写入寄存器的16位数据后发生。

无论闩锁引脚的状态如何，一般呼叫重置和加电重置都将更新DAC。

读/写操作

BUF20800-Q1能够在单个通信事务中从单个DAC或多个DAC读取，或写入单个DAC或多个DAC的寄存器。DAC地址以0000 0000开头，对应于DAC_1，到0001 0011，对应于VCOM OUT2。

通过将读/写位设置为低位来执行写入命令。将读/写位设置为高位将执行读事务。

写作

写入单个DAC寄存器

1、1在总线上发送启动条件。

2、发送设备地址，读/写位=低。BUF20800-Q1将确认该字节。

3、发送一个DAC地址字节。位D7−D5必须设置为0。位D4−D0是DAC地址。只有DAC地址00000到10011是有效的并且将被确认。表3显示了DAC地址。

4、为指定的DAC寄存器发送两个字节的数据。首先发送最高有效字节（位D15−D8，其中仅使用位D9和D8，且位D15−D14不得为01），然后发送最低有效字节（位D7−D0）。寄存器在接收到第二个字节后被更新。

5、在公共汽车上发送停车条件。

BUF20800-Q1将确认每个数据字节。如果主机通过在总线上发送停止或启动条件而提前终止通信，则指定的寄存器将不会被更新。更新DAC寄存器与更新DAC输出电压不同。请参阅“输出闩锁”部分。

更新多个DAC寄存器的过程与更新单个寄存器的过程相同。然而，在写入寻址寄存器后，主机不再发送停止条件，而是继续为下一个寄存器发送数据。当发送附加数据时，BUF20800-Q1会自动并按顺序逐步执行后续寄存器。该过程将继续，直到所有需要的寄存器都已更新或发出停止条件。

要写入多个DAC寄存器：

1、1在总线上发送启动条件。

2、发送设备地址，读/写位=低。BUF20800-Q1将确认该字节。

3、发送从第一个DAC开始的DAC_1地址字节，或发送要更新的DAC序列中第一个DAC的地址字节。BUF20800-Q1将从该DAC开始，并按顺序逐步执行后续的DAC。

4、发送数据字节；首先发送最高有效字节（位D15−D8，其中只有位D9和D8有意义），然后是最低有效字节（位D7−D0）。前两个字节用于上述步骤3中寻址的DAC。它的寄存器在接收到第二个字节后自动更新。接下来的两个字节用于以下DAC。该DAC寄存器在接收到第四个字节后被更新。此过程将继续，直到以下所有DAC的寄存器都已更新。

5、在公共汽车上发送停车条件。

BUF20800-Q1将确认每个字节。要终止通信，请在总线上发送停止或启动条件。只有接收到两个字节数据的DAC寄存器才会被更新。

阅读

读取DAC寄存器将返回存储在DAC中的数据。此数据可能与存储在DAC寄存器中的数据不同。请参阅“输出闩锁”部分。

要读取DAC值：

1、在总线上发送启动条件。

2、发送设备地址，读/写位=低。BUF20800-Q1将确认该字节。

3、发送DAC地址字节。位D7−D5必须设置为0；位D4−D0是DAC地址。只有DAC地址00000到10011是有效的并且将被确认。

4、在总线上发送启动或停止/启动条件。

5、发送正确的设备地址，读/写位=高。BUF20800-Q1将确认该字节。

6、接收两个字节的数据。它们用于指定的DAC。第一个接收到的字节是最高有效字节（位D15−D8；只有位D9和D8有意义）；下一个字节是最低有效字节（位D7−D0）。

7、收到第一个字节后确认。

8、不要确认第二个字节以结束读取事务。

可通过在总线上发送过早停止或启动条件或不发送确认来终止通信。

要读取多个DAC：

1、在总线上发送启动条件。

2、发送设备地址，读/写位=低。BUF20800-Q1将确认该字节。

3、发送从第一个DAC开始的DAC_1地址字节，或发送要读取的DAC序列中第一个DAC的地址字节。BUF20800-Q1将从该DAC开始，并按顺序逐步执行后续的DAC。

4、在总线上发送启动或停止/启动条件。

5、发送正确的设备地址，读/写位=高。BUF20800-Q1将确认该字节。

6、接收两个字节的数据。它们用于指定的DAC。第一个接收到的字节是最高有效字节（位D15−D8，只有位D9和D8有意义）；下一个字节是最低有效字节（位D7−D0）。

7、接收到除最后一个字节外的每个数据字节后确认。最后一个字节的确认位应为高位，以结束读取操作。

8、当所有需要的DAC都被读取后，在总线上发送一个停止或重复启动条件。

可通过在总线上发送过早停止或启动条件或不发送确认来终止通信。

取代传统的伽马缓冲器

传统的gamma缓冲器依靠电阻串（通常使用昂贵的0.1%电阻）来设置伽马电压。在开发过程中，优化这些伽马电压可能很耗时。用BUF20800-Q1编程这些伽马电压可以显著减少伽马电压优化所需的时间。最终的伽马值可以写入外部EEPROM，以取代传统的gamma缓冲解决方案。在LCD面板通电期间，定时控制器读取EEPROM并将值加载到BUF20800-Q1中，以生成所需的伽马电压。图11a显示了传统的电阻串；图11b显示了使用BUF20800-Q1的更有效的替代方法。

BUF20800-Q1采用当今最先进的高压CMOS工艺，这使得它能够与传统的伽马缓冲器相竞争。

该技术具有显著优势：

•显著缩短开发时间。

•只需上传一组不同的伽马值，就可以向液晶显示器制造商演示各种伽马曲线。

•它允许在生产过程中对伽马曲线进行简单调整，以适应面板制造工艺或最终客户要求的变化。

•降低成本和空间。

可编程VCOM

BUF20800-Q1的VCOM通道可从正极电源轨摆动至2V，而源极为50 mA，而在负极导轨上方摆动至1 V，同时下沉50 mA（参见图4，典型特征输出电压与输出电流）。为了存储gamma和VCOM值，需要一个外部EEPROM。在LCD面板通电期间，时序控制器可以读取EEPROM并将值加载到BUF20800-Q1中，以生成所需的VCOM电压，如图11和图12所示。VCOM通道可独立于伽马通道编程。

REFH和REFL输入范围

BUF20800-Q1的最佳性能和输出摆动范围是通过施加略低于电源电压的REFH和REFL电压实现的。大多数规格在REFH=Vs−200mV和REFL=GND+200mV下进行了测试。REFH内部缓冲区设计成非常接近Vs，REFL内部缓冲区非常接近GND。然而，它们在饱和前摆动的距离是有限的。为避免内部REFH和REFL缓冲器饱和，REFH电压不得大于Vs−100mV，REFL电压不得低于GND+100mV。图13显示了REFH和REFL缓冲区的摆动能力。

当试图最大化gamma缓冲器的输出摆动能力时，另一个考虑因素是输出缓冲器（OUT1−18、VCOM1和VCOM2）摆动范围的限制，这取决于负载电流。LCD应用中的典型负载为5-10mA。例如，如果OUT1的电源是10mA，则摆动通常限制在Vs−200mV左右。这同样适用于OUT18，当下沉10mA时，它通常限制在GND+200mV。输出摆幅的增加只能在负载较轻的情况下实现。例如，3mA负载通常允许摆动增加到Vs−100mV和GND+100mV左右。

将REFH直接连接到Vs和REFL直接连接到GND不会损坏BUF20800-Q1。但是，如上所述，REFH和REFL缓冲器的输出级将饱和。这种情况并不理想，可能会导致OUT1−18、VCOM1和VCOM2的测量输出电压出现小误差。如上所述，这种连接REFH和REL的方法无助于最大化输出摆动能力。

20个伽马通道的配置

VCOM输出可作为额外的伽马参考，以实现两个额外的伽马通道（总共20个）。当产生或吸收较小电流时，VCOM输出将与OUT1−9输出相同（见图4）。VCOM输出能够更好地摆动到正轨道，而不是反向轨道。因此，最好将VCOM输出用于更高的参考电压，如图14所示。

22个伽马通道的配置

除VCOM输出外，REFH和REFL OUT输出也可用作固定伽马参考。输出电压将分别由REFH和REFL输入电压设置。因此，REFH OUT应用于最高电压gamma基准，REFL OUT用于最低电压gamma基准。22通道解决方案可通过使用所有18个输出、两个VCOM输出和两个用于伽马参考的REFH/L OUT输出创建，见图15。然而，REFH和REFL OUT缓冲器设计为仅驱动5−10mA量级的轻负载。不建议使用这些缓冲器驱动电容性负载。此外，REFH和REFL缓冲器不得因REFH OUT或REFL OUT产生过多电流而饱和。REFH和REFL缓冲器的饱和会导致OUT1−18和VCOM OUT1−2的电压出现错误。BUF01900可用于提供可编程VCOM输出。

动态伽马控制

动态伽玛控制是一种用于改善液晶电视图像质量的技术。分析每个画面帧中的亮度，并逐帧调整伽马曲线。伽马曲线通常在视频信号中的短垂直消隐期间更新。图16显示了使用BUF20800-Q1进行动态伽马控制和VCOM输出的框图。

由于其独特的拓扑结构，BUF20800-Q1非常适合快速改变伽马曲线：

•DAC的双寄存器输入结构；

•快速串行接口；

•通过软件同步更新所有DAC。请参阅写入所有寄存器的读/写操作和输出锁存器部分。

双寄存器输入结构通过允许将更新的DAC值预加载到第一寄存器组来节省编程时间。当图片仍在显示时，可以存储此数据。因为数据只存储在第一寄存器组中，所以DAC输出值保持不变，显示不受影响。在垂直同步期间，可以通过使用连接到LD管脚的附加控制线或通过软件在任何DAC寄存器的第15位写入“1”，来快速更新DAC输出（因此，伽马电压）。有关双寄存器输入结构操作的详细信息，请参阅输出锁存器部分。

例子：通过软件同时更新所有18个伽马寄存器。

第1步：检查LD引脚是否处于高状态。

第2步：写入DAC寄存器1−18，位15始终为“0”。

第3步：用相同的数据再次写入任何DAC寄存器。确保位15为“1”。所有的DAC通道将在接收到最后一位数据后同时更新。（注：此步骤可通过在上一步骤中将dac18的位15设置为“1”来消除。）

钛板整体解决方案

除了BUF20800-Q1可编程基准电压源外，TI还为LCD面板市场提供一整套集成电路，包括伽马校正缓冲器、各种电源解决方案和音频电源解决方案。TI的总IC溶液见图17。

工业应用中的BUF20800-Q1

BUF20800-Q1电源范围广，输出电流高，成本极低，在可编程电源、多通道数据采集系统、数据记录器、传感器励磁和线性化、电源生成和其他用途等一系列中等精度工业应用中具有吸引力。每个通道都有DNSB入口DAL。

许多系统需要不同水平的偏压和电源，用于各种部件以及传感器励磁、控制回路设定点、电压输出、电流输出和其他功能。BUF20800-Q1有20个可编程DAC通道，通过允许设计者通过软件更改所有这些参数，为整个系统提供了极大的灵活性。

图18提供了BUF20800-Q1如何在应用程序中使用的各种想法。带有两线串行接口的微控制器控制BUF20800-Q1的各种DAC。BUF20800-Q1可用于：

•传感器激励

•可编程偏压/参考电压

•可变电源

•高电流电压输出

•4-20mA输出

•控制回路的设定点发生器

注：BUF20800-Q1 DAC的输出电压将在通电或复位时设置为（VREFH−VREFL）/2。

评估板和软件

BUF20800-Q1有一个评估委员会。评估板具有易于使用的软件，允许设置单个通道电压（见图19）。可以快速评估配置以确定给定应用程序的最佳代码。有关评估委员会的更多信息，请联系您当地的TI代表。

电源板设计的一般注意事项

BUF20800-Q1采用热增强型PowerPAD封装。这个包装是用一个下装引线框架构造的，模具安装在上面，见图20（a）和图20（b）。这种布置导致引线框架暴露在封装底部的热垫上；见图20（c）。该热垫与模具直接热接触；因此，通过提供远离热垫的良好热路径，可获得优异的热性能。

PowerPAD包允许在一个制造操作中同时进行装配和热管理。在表面贴装焊料操作过程中（引线焊接时），必须将热焊盘焊接到封装下方的铜区域。通过在这个铜区域内使用热路径，热量可以从封装件传导到接地层或其他散热装置中。始终需要将PowerPAD焊接到印刷电路板（PCB），即使在低功耗的应用中也是如此。这在引线框架模架垫和PCB之间提供了必要的热连接和机械连接。

电源板必须连接到设备上最负的电源电压，即GNDA和GNDD。

1、准备带有顶部蚀刻图案的PCB。导线和热垫都应进行蚀刻。

2、在隔热垫区域放置推荐的孔。HTSSOP-38 DCP封装的理想热焊盘尺寸和热通孔模式可在技术简介PowerPAD热增强包（SLMA002）中找到，可从以下网址下载：www.ti.com。这些孔的直径应为13密耳。保持它们很小，这样焊料芯吸通过孔在回流焊期间不是问题。示例热着陆模式机械图附于本数据表末尾。

3、可在热垫区域外沿热平面的任何位置放置额外的通孔。这有助于消散BUF20800-Q1 IC产生的热量。这些额外的通孔可能比热垫正下方直径为13密耳的通孔大。它们可以更大，因为它们不在要焊接的热垫区域；因此，芯吸不是问题。

4、将所有孔连接到与GND引脚电压相同的内部平面。

5、将这些孔连接到内部平面时，不要使用典型的腹板或轮辐连接方法。网络连接有一个高热阻连接，有助于减缓焊接过程中的热传递。这使得具有平面连接的通孔的焊接更加容易。然而，在这种应用中，为了实现最有效的热传递，需要低热阻。因此，BUF20800-Q1 PowerPAD封装下的孔应与内部平面连接，并在整个电镀通孔周围进行完整连接。

6、顶部焊锡面罩应使封装端子和热垫区域露出12个孔。底部的焊接面罩应覆盖热焊盘区域的孔。这种掩蔽可以防止焊料在回流焊过程中被拉离热焊盘区域。

7、将锡膏涂在外露的热垫区域和所有IC端子上。

8、有了这些准备步骤，BUF20800-Q1集成电路就可以简单地放置到位，并像任何标准的表面安装组件一样完成焊接回流焊操作。此准备工作可使零件正确安装。

对于给定的θJA（在电气特性表中列出），最大功耗如图21所示，并通过方程式3计算：

其中：

PD=最大功耗（W）

TMAX=绝对最高结温（+125°C）

TA=自由环境空气温度（°C）

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