摘  要：為了支持并利用有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示技術(shù)，設(shè)計一種適用于96×64無源OLED(PM-OLED)的顯示控制與驅(qū)動芯片。該芯片可以實現(xiàn)6．5萬彩色顯示和256級對比度調(diào)節(jié)，驅(qū)動方法采用了脈沖幅度調(diào)制(PAM)。芯片不但集成了數(shù)字和模擬電路。而且兼容高電壓和低電壓同時工作。測試結(jié)果表明：在低壓電源為3V、高壓電源為12V的情況下，當(dāng)列驅(qū)動單元輸出電流為100μA時，驅(qū)動電路和顯示屏的整體模塊功耗約為770mW，所設(shè)計的控制與驅(qū)動芯片能夠正確顯示彩色圖像。
關(guān)鍵詞：MOS集成電路；有機(jī)發(fā)光二極管；脈沖幅度調(diào)制；彩色顯示；數(shù)模混合；高低壓結(jié)合

    隨著顯示技術(shù)的不斷推進(jìn)和發(fā)展，平板顯示已經(jīng)成為業(yè)界顯示的主要方向，而平板顯示則主要包括液晶(LCD)顯示、等離子體(PDP)顯示以及新生力量有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示。雖然目前LCD占據(jù)著平板顯示市場的巨大份額，但其存在諸多缺點且不易解決；相比LCD，OLED則具有許多優(yōu)點，包括：視角寬，響應(yīng)速度快，功耗低，重量輕，可折疊，色彩鮮艷等。于是OLED顯示技術(shù)已經(jīng)廣泛引起業(yè)界的重視，有可能代替LCD成為下一代顯示技術(shù)的主流。
    類似于LCD顯示器件，OLED也可以分為2種類型，即無源OLED(PM-OLED)和有源OLED(AM-OLED)。兩者之間的主要區(qū)別是每個像素點是否存在薄膜晶體管(TFT)和用來存儲信息的電容，因而無源OLED只能用于小屏幕的顯示，例如手機(jī)和mp3的顯示屏。為了能夠充分支持和利用這一新生的顯示技術(shù)，本文設(shè)計了能夠?qū)崿F(xiàn)6．5萬彩色顯示，具有256級對比度調(diào)節(jié)，采用PAM調(diào)制的適用于96×64 PM-OLED的顯示控制與驅(qū)動芯片。芯片中既包括數(shù)字控制模塊，也包括模擬調(diào)節(jié)電路；既包括低壓邏輯，也包括高壓驅(qū)動：所以整個芯片類似于一個SOC。同種類的OLED顯示控制與驅(qū)動芯片在國內(nèi)大陸地區(qū)尚未報道過。

1 PM-OLED的器件模型及相關(guān)特性
    對于PM-OLED顯示器件，每個像素點的結(jié)構(gòu)和等效模型如圖1所示。顯示面板即是由這些像素排列而成，將面板上每列像素的ITO電極連接在一起形成數(shù)據(jù)線；同時，每行像素的金屬電極也連接在一起形成掃描線。當(dāng)對面板進(jìn)行逐行掃描時，某列數(shù)據(jù)線上的信息將決定處在該行該列上的像素點是否發(fā)光。
    由于OLED屬于電流型器件，其發(fā)光強(qiáng)度是由流過器件的電流控制的。目前，主要有2種方式進(jìn)行調(diào)制：一是脈沖寬度調(diào)制(PWM)，即通過控制流過器件電流的時間長短來調(diào)節(jié)；二是脈沖幅度調(diào)制(PAM)，即通過控制流過器件電流的幅度大小來調(diào)節(jié)。本文設(shè)計的芯片采用的是PAM調(diào)制方式。
    由圖1可看出，當(dāng)某行顯示剛開始，掃描線為低電平時，二極管中并沒有電流經(jīng)過，而是由列驅(qū)動電路經(jīng)由數(shù)據(jù)線給寄生電容充電，當(dāng)電容上的電壓達(dá)到二極管的開啟電壓(約4v)時，二極管才會發(fā)光；因而考慮顯示效果，必須注意寄生電容的快速充電問題。

2 芯片各部分模塊的工作原理
    圖2是整個芯片的結(jié)構(gòu)框圖，主要包括數(shù)字控制部分，容量為96×16×64的靜態(tài)隨機(jī)存儲器(SRAM)，振蕩器，DC-DC，基準(zhǔn)電流產(chǎn)生調(diào)節(jié)模塊，64個行驅(qū)動和96×3(R／G／B)個列驅(qū)動。

2．1 數(shù)字控制部分與SRAM
    數(shù)字控制部分是整個芯片電路的核心，主要負(fù)責(zé)接收片外單片機(jī)(MCU)的指令和數(shù)據(jù)，來協(xié)調(diào)芯片內(nèi)部各模塊之間的相互運作，確保電路能夠正確實現(xiàn)預(yù)期功能。為了增強(qiáng)設(shè)計芯片的通用性，數(shù)字的MCU接口電路能夠兼容8 080、6 800并行MCU以及串行MCU讀寫方式，而且還兼容8 bit和16bit讀寫操作。當(dāng)接收到MCU的指令時，數(shù)字控制電路開始鎖存指令，進(jìn)行譯碼，然后轉(zhuǎn)換成控制信號輸送給各相關(guān)模塊進(jìn)行工作；當(dāng)接收到MCU的圖像數(shù)據(jù)時，數(shù)字控制電路就會把數(shù)據(jù)寫入SRAM以備后續(xù)顯示之用。為了能夠判斷寫入SRAM數(shù)據(jù)的正確與否，數(shù)字控制電路還會從SRAM中讀出數(shù)據(jù)進(jìn)行對比糾正，確保顯示圖像的正確性。
    SRAM負(fù)責(zé)存儲緩沖圖像數(shù)據(jù)，為了滿足96×64矩陣、6．5萬彩色顯示，SRAM的容量至少為98 304 bit。每個像素的顏色顯示是由16 bit數(shù)據(jù)決定的，其中紅色5 bit、綠色6 bit、藍(lán)色5 bit。SRAM是數(shù)字控制模塊與列驅(qū)動模塊之間的橋梁，當(dāng)SRAM接收數(shù)字控制部分一幀完整的圖像數(shù)據(jù)后，數(shù)字控制部分就可以發(fā)出控制信號進(jìn)入顯示模式，此時，SRAM中的數(shù)據(jù)就會在顯示時鐘的作用下，經(jīng)過地址譯碼逐行將顯示數(shù)據(jù)串行輸出給列驅(qū)動模塊。

2．2 基準(zhǔn)電流產(chǎn)生調(diào)節(jié)模塊
    為了能夠統(tǒng)一調(diào)節(jié)顯示對比度和保證顯示效果的一致性，芯片就需要有一個對電源電壓和溫度不敏感的電流基準(zhǔn)，其基本電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。

    圖中Ubg是來自于片上電壓基準(zhǔn)源的輸出電壓，因而具有很好的穩(wěn)定性，通過運算放大器OPA的負(fù)反饋作用，可知節(jié)點P處的電壓等于Ubg，從而得到的基準(zhǔn)電流為

調(diào)節(jié)外接電阻R的大小，使Ibg為1 μA，則通過指令調(diào)節(jié)來控制圖中的開關(guān)，就可以得到0～255 μA連續(xù)可調(diào)的基準(zhǔn)電流Iref輸出給列驅(qū)動R／G／B模塊。

2．3 列驅(qū)動電路
    由于所需要的列驅(qū)動單元為96×3個，為了減少SRAM和