液晶屏設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到智能手機(jī)的整體性能表現(xiàn)，然而液晶顯示屏種類繁多，工程師需要針對(duì)各種顯示屏的時(shí)序匹配、電源要求以及控制器的不同特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文介紹了Intel PXA27x 處理器內(nèi)部集成LCD控制器的特點(diǎn)、驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方法以及相關(guān)的電源設(shè)計(jì)，并提出了電磁兼容設(shè)計(jì)建議。
全球智能手機(jī)市場(chǎng)正處于高速增長(zhǎng)時(shí)期，市場(chǎng)研究公司Gartner預(yù)測(cè)，隨著掌上電腦需求的下降，全球智能手機(jī)銷售量2004年將增長(zhǎng)到1400萬(wàn)部，增長(zhǎng)率達(dá)140%，預(yù)期到2007年將大幅成長(zhǎng)至4500萬(wàn)。面對(duì)日益成長(zhǎng)的智能手機(jī)市場(chǎng)，各家芯片廠商都相繼推出具有各自特色的芯片方案：如 Freescale公司的i.MX21處理器嵌入了多媒體加速技術(shù)，支持MPEG4和H.263；Intel PXA27x Bulverde處理器內(nèi)嵌MMX技術(shù)和SpeedStep省電技術(shù)，支持MPEG4、MP3解碼和400萬(wàn)像素的攝像。多媒體應(yīng)用也成為下一代手機(jī)一大亮點(diǎn)，在手機(jī)上看電影、看電視、玩游戲等是下一代手機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。
Intel PXA27x 處理器是一款具有較好多媒體應(yīng)用效果的處理器，利用該處理器甚至可以令最終用戶獲得在移動(dòng)通訊設(shè)備上的3D游戲體驗(yàn)。堪稱智能手機(jī)眼睛的LCD屏設(shè)計(jì)效果的好壞，無(wú)疑成為消費(fèi)者選擇的最重要的因素之一。下面詳細(xì)介紹一下基于PXA27x 處理器的智能手機(jī)中LCD的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
LCD屏設(shè)計(jì)
基于Intel PXA27x 處理器的LCD硬件設(shè)計(jì)電路如圖所示，主要由三部分組成：LCD控制器、時(shí)序 IC LZ9FC22和液晶顯示屏LCD。
Intel PXA27x 處理器內(nèi)部集成了LCD控制器，支持多種LCD屏，代表性的如雙掃描無(wú)源陣列顯示器(DSTN-LCD)和薄膜晶體管有源陣列顯示器(TFT-LCD)。主要性能有：支持單或雙掃描顯示模式，內(nèi)嵌幀緩存，最多支持8位無(wú)源雙掃描顯示模式，支持最多18位像素的無(wú)內(nèi)嵌幀緩存的單屏顯示面板，支持最多24位像素的有內(nèi)嵌幀緩存的單屏顯示面板。
該控制器有三種顯示類型：
無(wú)源彩色模式，支持16777216 (24位) 種彩色；
有源彩色模式，支持16777216(24位)種彩色；
無(wú)源黑白模式，支持256(8位)級(jí)灰度。
LCD控制器支持高達(dá)800×600像素的顯示屏。然而在幀存儲(chǔ)器中，由于存儲(chǔ)器的總線寬度、像素編碼數(shù)據(jù)的大小限制了能驅(qū)動(dòng)的顯示屏幕大小。
幀和調(diào)色板的數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在內(nèi)嵌的SRAM或者外部存儲(chǔ)器中，LCD的DMA控制器一共有7個(gè)DMA通道，通過0-4這5個(gè)DMA通道可將幀和調(diào)色板的數(shù)據(jù)裝入16×64位的輸入FIFO(先入先出)中。通過內(nèi)部系統(tǒng)總線，利用DMA通道5可將放在外部幀存儲(chǔ)器或者內(nèi)嵌SRAM中的像素編碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到相關(guān)的16×64位輸入FIFO。LCD控制器將其用作指針去索引一個(gè)4×24位寬的小調(diào)色板，并得到24位的像素彩色。DMA通道6用來(lái)傳輸命令數(shù)據(jù)，將存放在外部存儲(chǔ)器或者LCD 面板內(nèi)部SRAM的幀頭部的命令數(shù)據(jù)，傳輸并存儲(chǔ)在4×52位命令FIFO中。
根據(jù)所要連接的不同顯示屏類型，可將LCD控制器編程為相對(duì)應(yīng)工作模式：當(dāng)接黑白屏?xí)r，可配置成4、8位模式；接無(wú)源彩屏有8位和16位的工作模式；接有源彩屏?xí)r，控制器則可配置成12、16和18位的工作模式。
我們的LCD屏設(shè)計(jì)方案中選取了有源彩色模式，采用夏普公司的3.5寸TFT有源彩色液晶顯示器LQ035Q7DB02,采用16位工作模式，即RGB565。由于手持設(shè)備的液晶顯示屏種類繁多，各廠家的標(biāo)準(zhǔn)不一致使PXA27X的LCD控制器與夏普3.5寸屏在數(shù)據(jù)格式及顯示時(shí)序上無(wú)法匹配。因此，需要選用一種時(shí)序控制IC或者用CPLD，對(duì)不同數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行映射。這里，我們時(shí)序控制IC采用LZ9FC22。
PXA27X LCD控制器由以下引腳組成：
LDD[15～0]：16位數(shù)據(jù)線，R、G、B色度信號(hào)的數(shù)據(jù)線分別為5位、5位和6位；
L_PCLK：點(diǎn)時(shí)鐘(Pixel cLOCk)，用于把每一點(diǎn)的數(shù)據(jù)送入移位寄存器，該時(shí)鐘最大可達(dá)52MHz； L_LCLK：行時(shí)鐘，用于指示一行數(shù)據(jù)由移位寄存器到顯示驅(qū)動(dòng)芯片傳輸完畢，并使行指針加1。在16位TFT方式下就是水平同步信號(hào)； L_FCLK：幀時(shí)鐘，用于指示一幀圖像的開始，同時(shí)把行指針置于顯示屏的第一行。在16位TFT方式下就是垂直同步信號(hào)；
L_BIAS:在16位TFT方式下，輸出允許信號(hào)，用于指示數(shù)據(jù)信號(hào)在時(shí)鐘信號(hào)的同步下鎖存到引腳。
為了顯示一幀圖像，PXA27x LCD控制器首先在幀緩沖器中存入要顯示的圖像數(shù)據(jù)，然后讓LCD控制器的DMA地址寄存器指向幀緩沖器的起始地址，讀出幀緩沖器中的數(shù)據(jù)到輸入FIFO隊(duì)列。由于在本設(shè)計(jì)中采用16位方式，無(wú)需對(duì)幀緩沖中的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，所以LCD控制器不處理而直接把數(shù)據(jù)送到輸出FIFO，輸出FIFO再將數(shù)據(jù)通過引腳送到LZ9FC22以驅(qū)動(dòng)液晶顯示。
LCD相關(guān)電路的電源設(shè)計(jì)
這款LCD設(shè)計(jì)牽涉到好幾個(gè)電源，有VSHD(+3.3V)、VSHA(+5)、VDD(+15V)和VEE(-10V)，還有背光用的+21.6V。每個(gè)電壓都有一個(gè)容限范圍。各電壓范圍分別如下：
+3.3V(3.0~3.6)；
+5V(4.5~5.5)；
+15V(14.5~15.5)；
-10V(-10.5~-9.5)；
+21.6V(~24)。
除背光用的+21.6V電壓外，其余電壓加電順序要么同時(shí)開關(guān)，要么按開啟VSHD→VSHA→VEE→VDD和關(guān)閉VDD→VEE→VSHA→VSHD的順序執(zhí)行。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用同時(shí)方式，采用凌特公司的LT1944-1可同時(shí)輸出VSHA(+5)、VDD(+15V)和VEE(-10V)三種電壓，也可用IC的控制管腳同時(shí)控制開啟或關(guān)斷。
電磁兼容性設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)中，要想保持LCD信號(hào)數(shù)據(jù)的完整性，保證LCD屏輸出圖像的質(zhì)量，適當(dāng)加一些保護(hù)器件是有必要的，同時(shí)PCB的布線布局也是一個(gè)因素。在布線時(shí)LCD的數(shù)據(jù)線(即RGB線)要盡量短，線與線之間的間距要足夠大，如至少保持一倍以上的線寬距離。在LCD數(shù)據(jù)線上加ESD/EMI保護(hù)器件較為簡(jiǎn)單，這類器件很容易找到。