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Design of analog circuits for column driver ICs and backlight inverters of LCD TVs = LCD TV용 컬럼 구동 IC 및 백라이트 인버터를 위한 아날로그 회로 설계
서명 / 저자 Design of analog circuits for column driver ICs and backlight inverters of LCD TVs = LCD TV용 컬럼 구동 IC 및 백라이트 인버터를 위한 아날로그 회로 설계 / Sang-Kyung Kim.
저자명 Kim, Sang-Kyung ; 김상경
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2006].
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This thesis contains the suggestions and improvements of the core analog circuits of the LCD system to answer to the requirements of the next-generation flat panel display systems. Firstly, a differential algorithmic DAC and a differential-to-single switched-capacitor buffer amplifier for column drivers of the next generation TFT-LCD were proposed and designed. The capacitor mismatch problem, charge injection, and clock feedthrough of the conventional algorithmic DAC were investigated and a differential algorithmic DAC was suggested to resolve those problems. The clock frequency, switch size, and the capacitors for DAC were selected for 10-bit column driver for the UXGA (Ultra Extended Graphics Adaptor) LCD. The designed differential algorithmic DAC and differential-to-single buffer amplifier were verified using a 0.35 um CMOS process. Although, the firstly fabricated chip has some issues of revision, the possibilities of the proposed circuits were verified through the experiments. Secondly, a new low-power, high-slew-rate buffer amplifier for the LCD column driver was proposed, analyzed, designed and measured. This buffer rapidly increases the input tail current through recursive loops when the output voltage swings whereas it consumes a very low current in the static state. The designed buffer amplifier has the slew rate over 10 V/us for the load of 1 nF whereas it consumes a static current of 1~2 uA. Thirdly, a new low-cost, efficient CCFL inverter for the backlight units of wide LCD monitors and TVs was proposed. By using a modified class E-type resonant inverter, the inverter obtained the features of the low cost and a low-ripple input current. The newly proposed sensing circuit can accurately measure the lamp current and the transformer's voltage with the floating condition of the secondary side, thereby significantly increasing the efficacy of the lamp. The control circuits including functions such as analog dimming through the current control loop, low frequency PWM dimming, open lamp protection and voltage regulation, and soft on/off functions were designed using the new sensing circuits.

본 연구에서는 LCD(Liquid Crystal Display) 시스템에서 가장 중요한 세 가지 아날로그 회로에 대해, 새로운 구조의 회로를 제안 또는 성능의 향상을 다루었다. 먼저 차세대용 고해상도의 TFT-LCD 컬럼 드라이버를 위한 차동 algorithmic DAC(Digital-to-Analog Converter)를 제안하고 이에 적합한 스위치드-캐패시터 형태의 differential-to-single 버퍼 증폭기를 설계하였다. 기존 algorithmic DAC의 캐패시터 부정합 문제, 전하 주입 및 클럭 피드쓰루 문제를 고찰한 후, 이를 해결하기 위하여 차동 형태의 DAC를 구성하였고, UXGA(Ultra Extended Graphics Adaptor; 1600 * 1200) 급의 해상도에 맞추어 클럭 주파수, 스위치의 크기, 캐패시터의 크기 등을 결정하였다. 주어진 공정에서 캐패시터의 정합특성을 참조하여 원하는 정확도를 얻기 위해 필요한 단위 캐패시터의 크기를 결정하였다. 버퍼 증폭기로 사용된 연산 증폭기는 잘 알려진 전체 전원 영역 동작이 보장되는 폴디드-캐스코우드 구조의 연산 증폭기를 사용하였고, 주어진 라인 시간, 부하조건, 그리고 안정 시간 요건 등을 고찰하여 설계사양을 정하였고, 그 사양에 맞는 설계를 수행하였다. 설계된 차동 algorithmic DAC와 differential-to-single 버퍼의 특성을 각각 시뮬레이션을 통하여 검증하였고, 이렇게 구성된 15개의 컬럼 드라이버를 적절한 제어회로와 함께 집적하였다. 상세한 측정 실험을 통하여 성능을 저하시키는 요인을 분석하고, 다음 설계를 위한 고려사항을 제시하였다. 다음으로, 큰 용량성부하인 LCD 패널을 구동하는 컬럼 드라이버에 사용될 수 있는 저 전력, 고 슬루율을 가지는 버퍼 증폭기를 제안, 분석, 설계, 측정하였다. 이 버퍼 증폭기는 출력이 스윙할 때, 출력 전류가 증가함에 따라 입력 측 바이어스 전류를 증가시켜 슬루율을 급격히 증가시키는 새로운 형태의 버퍼 증폭기이다. 제안된 버퍼 증폭기를 정적 상태와 동적 상태로 나누어, 정적 상태의 바이어스 전류의 안정화와 동적 상태에서의 최대 구동 전류를 분석, 계산하였고, 슬루율을 증가시키기 위한 설계 인자들을 도출하였다. 설계된 버퍼 증폭기를 0.35um CMOS 공정을 이용하여 제작하였고, 정적 상태에서의 전류 소모와 안정화 에러를 측정하였다. 공정상의 변화에 의한 ?낵쩜?다소 관찰되었지만, 3.3 V 전원과 같은 동작 영역에서 8-비트 구동에 충분한 특성을 보였다. 사각파 응답을 통하여 슬루율도 측정하였다. 정적 전류는 1~2 uA의 전류를 소모하면서 1 nF를 구동하여 3 V 사각파를 1 us 이내에 도달하였다. 슬루율을 증가시키기 위한 설계 인자의 하나인 캐스코우드 전압에 따른 슬루율의 변화도 측정되었다. 측정을 통하여 기존의 모든 버퍼 증폭기보다도 적은 정적 전류를 소모하면서 더 큰 부하를 더 짧은 시간 안에 도달하는 특성을 확인하였다. 버퍼 증폭기에 관하여 앞으로 더 수행해야 할 연구는 ?낵?및 채널 간 변화를 최소화할 수 있는 방안을 연구, 실제 LCD 구동용 컬럼 드라이버로 사용할 수 있도록 칩의 레이아웃을 최적화, 다양한 부하를 구동하는데 문제가 없도록 안정도와 응답속도의 개선 등이다. 셋째로, 넓은 LCD 모니터나 TV를 위한 새로운 저가의 효율적인 CCFL 인버터가 제안되었다. 변형된 class-E 형태의 공진형 인버터를 사용함으로써, 비용을 낮추고, 입력 전류의 리플을 감소시켰다. 새로운 램프 전류 및 변압기 전압의 검출 회로를 제안하여, 램프를 접지하지 않고 램프 전류 및 변압기 전압을 정확히 측정함으로써 인버터의 효율을 증가시켰다. 검출회로에 사용되는 캐패시터를 PCB 트레이스를 이용하여 구현함으로써 비용절감 효과를 가져왔고, 검출 회로에 사용되는 저항을 제어 IC에 집적한다면 2차측 검출 부분을 매우 간단하게 만들 수 있다. 새로 제안된 검출 회로를 사용하여, 인버터를 효율적으로 제어하는 제어회로를 구현하였다. 제어 IC 설계의 전단계로 제작된 이 간단한 제어회로는 아날로그 dimming, 저주파수 PWM dimming, 오픈 램프 보호 기능, 소프트 온/오프 기능을 포함하고 있다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DEE 06021
형태사항 iv, 99 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 김상경
지도교수의 영문표기 : Gyu-Hyeong Cho
지도교수의 한글표기 : 조규형
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 전기및전자공학전공,
서지주기 Reference : p. 96-99
주제 Analog Integrated Circuits
LCD
아날로그 집적회로
액정디스플레이
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