Микросхемы MStar Semiconductor для ЖК мониторов и их применение в мониторах SAMSUNG

В предлагаемой публикации дается обзор микросхем фирмы MStar Semiconductor (далее, MStar) - одного из ведущих производителей компонентов для ЖК дисплеев. Микросхемы этого производителя можно встретить в мониторах многих торговых марок, но особенно широкое применение они нашли в мониторах SAMSUNG и SONY. Фирмой MStar предлагается не очень широкая номенклатура изделий, но производимые компанией компоненты отличаются хорошей функциональностью, что и обуславливает применение ее продукции в мониторах ведущих брендов.

Основной продукцией MStar являются микросхемы аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и однокристальных графических контроллеров - скалеров. Таким образом, за исключением микропроцессора, данной фирмой выпускаются основные компоненты, необходимые для построения электронной части ЖК монитора. Блок-схема ЖК монитора и основные типы применяемых микросхем MStar Semiconductors представлены на рис. 1.

Рис. 1. Блок схема ЖК монитора на основе микросхем MStar

Микросхемы АЦП фирмы MStar имеют следующие особенности и интегрированные узлы:

- максимальная частота выборки при преобразовании - 110/140 Мвыб./сек (у микросхемы MST9888-205 - до 205 Мвыб./сек);

- схема 5-разрядной фазовой автоподстройки пиксельной частоты;

- схема фиксации, совмещенная с тактовым генератором;

- узел управления яркостью и контрастностью;

- полнофункциональный процессор синхронизации;

- функция фиксации средневзвешенных значений;

- полная совместимость по контактам с АЦП AD9883A/AD9884A.

Графические контроллеры MStar имеют следующие особенности и интегрированные узлы:

- АЦП с частотой преобразования до 135 МГц (для разрешений до SXGA);

- полная совместимость с интерфейсом DVI 1.0 на частотах до 1,65 ГГц;

- интерфейс LVDS (Low Voltage Differential Signaling), работающий с частотами до 700 МГ ц;

- поддержка ЖК панелей с интерфейсом RSDS (Reduced Swing Differention Signaling);

- малое энергопотребление в дежурном режиме (менее 0,05 Вт);

- поддержка входных синхросигналов SOG (Sync On Green);

- пониженный уровень электромагнитных излучений за счет применения технологии SSC (Spread Spectrum Clocking - генерация в расширенном диапазоне);

Примечание.Технология sRGB разработана компанией Microsoft Corporation и является стандартной международной технологией управления цветом (IEC 61966-21), не требующей специальной калибровки видеоустройств. Аббревиатура sRGB означает "стандартный Красный, Зеленый, Синий" - основные цвета, используемые при формировании цвета в электронно-лучевых мониторах, ЖК панелях, проекторах и других видеоустройствах.

Технология sRGB устраняет различия в передаче цвета, свойственные разным видеоустройствам. В то время как большинство систем используют RGB в качестве базы для воспроизведения цвета, оттенки красного, зеленого и синего цветов могут отличаться от устройства к устройству, что приводит к неточности в передаче цвета различными устройствами.

В результате различные видеоустройства воспроизводят схожие, но не идентичные цвета.

Одной из самых востребованных и применяемых микросхем при производстве ЖК мониторов является MST9131, которая, например, является основой для построения таких мониторов, как "Samsung SyncMaster 152N/153T/172N/ 172X/192N" и т.д. На примере мониторов "Samsung SyncMaster 172N/192N" рассмотрим особенности применения скалера MST9131. Принципиальная схема основной платы данных мониторов (шасси BB-17A) представлена на рис. 2, 3, а ее блок-схема - на рис. 4.

Рис. 4. Блоксхема главной платы монитора "Samsung SyncMaster 172N/192N"

Здесь, однако, стоит сделать следующее замечание. Большинство разработчиков, как впрочем, и SAMSUNG, при создании схем на различные модели мониторов используют принцип унификации: разрабатывают одну схему (одну печатную плату - шасси) и используют ее в самых разнообразных моделях, изменяя лишь программную прошивку микропроцессора, тип устанавливаемого внешнего интерфейса (D-SUB или DVI) и тип ЖК панели. Таким образом, разные модели мониторов имеют одну и ту же принципиальную схему, и в них используется одна и та же универсальная печатная плата. Поэтому на принципиальной схеме конкретной модели монитора могут отсутствовать элементы, приведенные на монтажной плате - шасси. Именно с таким явлением мы и столкнемся при рассмотрении принципиальной схемы монитора "SyncMaster 172N": линии и сигналы, соответствующие интерфейсу DVI, который в данной модели отсутствует, на печатной плате полностью разведены.

Управляющим микропроцессором в этой модели является микросхема IC7 типа NT68F63 фирмы Novatek. Он выполняет следующие функции:

- обрабатывает входные синхросигналы HSYNC и VSYNC с целью определения режима работы;

- передает данные по интерфейсу DDC для поддержки функции Plug&Play;

- записывает/считывает данные из микросхемы энергозависимой памяти EEPROM;

- сканирует состояние кнопок панели управления;

- управляет светодиодным индикатором панели управления;

- управляет скалером посредством передачи команд и данных по соответствующим интерфейсам;

- управляет модулем задней подсветки ЖК панели;

Скалер MST9131 (IC12) (его полный аналог - MST9111)обеспечивает следующие функции:

- предварительное усиление входных аналоговых сигналов RGB;

- аналого-цифровое преобразование сигналов RGB;

- управление яркостью и контрастностью изображения;

- повышающее или понижающее масштабирование изображения (преобразование входного изображения с любым разрешением до разрешения 1280x1024 пикселов);

- формирование выходных сигналов LVDS для передачи их на ЖК панель.

Упрощенная структурная схема скалераMST9131 приведена на рис. 5.

Для питания всех компонентов скалера используется несколько напряжений (см. таблицу). Программирование функций скалера и его диагностика осуществляет микропроцессор посредством доступа к внутренним регистрам скалера по хост-шине, в качестве которой используется интерфейс I²C. Этой внутренней шине на принципиальной схеме соответствуют сигналы HCLK (тактовая частота), HDATA (данные), HFS (выбор микросхемы).

Напряжение питания, В	Обозначение на схеме	Назначение
2,5	2,5 VDD	Основное питание логической цифровой части скалера
3,3	3,3 VPO	Питание интерфейса LVDS
3,3	3,3 VDPLL	Питание схемы ФАПЧ
3,3	3,3 VAD	Питание аналоговой части скалера (входных усилителей RGB)
3,3	3,3 VPLL	Питание схемы ФАПЧ видеовходов
3,3	3,3 VDV	Питание входного интерфейса DVI

Частота внутреннего генератора скалера задается кварцевым резонатором X2. Сигнал начального сброса скалера RST# формируется микропроцессором. При низком уровне этого сигнала все регистры скалера сбрасываются в нулевое состояние. В рабочем режиме ска-лера сигнал RST# имеет высокий уровень.

Для синхронного преобразования входных аналоговых сигналов, а также для синхронной передачи цифровых данных на ЖК панель на вход скалера подаются сигналы строчной и кадровой синхронизации (HSYNC_OUT1 и VSYNC_OUT).

Скалер MST9131 имеет два входных интерфейса видеосигналов: цифровой (для сигналов DVI) и аналоговый (для сигналов D-SUB). Возможность реального использования этих интерфейсов определяется моделью монитора.

Активность входных интерфейсов монитора определяется микропроцессором путем анализа сигналов CHK_DSUB и CHK_DVI. После определения микропроцессор настраивает скалер на работу с соответствующим типом интерфейса.

Цифровые сигналы интерфейса DVI (RXC+/-, RX0+/-, RX1+/-, RX2+/-) в виде дифференциальных пар сигналов подаются непосредственно на входы скалера, в составе которого имеется TMDS-трансмиттер, осуществляющий их обработку.

Аналоговые сигналы R_IN, G_IN, B_IN также подаются непосредственно на входы MST9131. Для повышения помехоустойчивости эти сигналы выполнены в виде витой пары, второй провод которой представляет собой экран и соединен с "землей" (B_GND, R_GND, B_GND). Аналоговые цветовые сигналы обрабатываются внутренним АЦП скалера.

Программирование скалера и мониторинг его состояния осуществляется путем записи и чтения его внутренних регистров либо через интерфейс I²C, либо через параллельную 8-разрядную шину.

Данные шины I²C передаются по линии HDATA. Передача этих данных сопровождается тактовыми сигналами на линии HCLK. Процесс передачи данных по шине I²C сопровождается выбором устройства (в представленной схеме оно одно - скалер) сигналом HFS, формируемым микропроцессором.

Для доступа к регистрам скалера также может быть задействована и параллельная шина передачи данных. Эта шина является мультиплексированной, ее линии обозначаются AD0-AD7. На линиях этой шины устанавливается и адрес регистра, и данные для записи/чтения. Так как шина адреса является 8-разрядной, то с помощью нее можно адресовать 256 регистров. Тип операции на шине (адрес или чтение) определяется состоянием сигналов RD (чтение) и WR (запись). Если активен сигнал RD, то данные передаются из скалера в микропроцессор. Если же активен сигнал WR, то данные от микропроцессора записываются в регистр скалера. Так как на одних и тех же линиях не может одновременно формироваться адрес и передаваться данные, необходимо демультиплексирование (разделение) потоков адреса и данных. Такое разделение осуществляется внутренним демультиплексором скалера, который управляется сигналом ALE от микропроцессора. Когда сигнал ALE активен (высокий уровень), на шине AD0-AD7 установлен адрес, а когда сигнал ALE неактивен (низкий уровень), то линии AD0-AD7 используются, как шина данных. Сигнал ALE также формируется микропроцессором.

Тип интерфейса, используемого для управления скалером (параллельный или I²C), задается уровнем сигнала на его выв. 69. Высокий уровень сигнала соответствует использованию параллельного интерфейса, а низкий - интерфейсу I²C. Уровень сигнала на выв. 69 задается конфигурационными резисторами R305 и R228, которые устанавливаются при адаптации печатной платы под конкретную модель монитора (еще раз напоминаем, что рассматривается схема шасси, на котором могут базироваться различные модели мониторов).

Выходами скалера являются сигналы шины LVDS (RxO0-/+, RxE0-/+, RxO1-/+ и т.д.), используемой для связи с LCD-панелью. Микросхемой MST9131 поддерживается интерфейс LVDS с 8-ю дифференциальными парами сигналов. Каждая из дифференциальных пар используется для передачи последовательного потока данных. Использование 8-ми пар сигналов позволяет обеспечить более высокую пропускную способность LVDS-шины, хотя в бюджетных моделях мониторов может быть задействовано всего 4 пары сигналов. Кроме этих 8-ми пар, используемых для передачи цветовых данных, имеются еще и две пары, используемые для передачи тактовых сигналов (RxOC-, RxOC+, RxEC-, RxEC+).

Так как темой статьи был обзор микросхем MStar Semiconductors, на этом можно было бы и закончить, но сделаем еще несколько замечаний по принципиальной схеме представленного монитора. Эти замечания, в первую очередь, касаются сигналов микропроцессора NT68F63.

Для контроля состояния кнопок панели управления микропроцессором проверяется состояние сигналов KEY1 и KEY2. Наличие низкого уровня на этих контактах означает, что соответствующая кнопка нажата. Светодиод панели управления управляется посредством сигнала LED_G. Установка этого сигнала в низкий уровень приводит к засвечиванию светодиода зеленым цветом. При высоком уровне этого сигнала светодиод светится оранжевым цветом.

Инвертор ламп задней подсветки управляется двумя сигналами микропроцессора: ADJ_BL и BL_EN. Сигналом ADJ_BL обеспечивается регулировка яркости ламп. Это ШИМ сигнал на выходе процессора, длительность импульсов в нем изменяется при регулировке яркости. Инвертор запускается статическим сигналом BL_EN, т.е. обеспечивается включение и выключение ламп.

Сигнал микропроцессора SW_REG_EN управляет источником питания. Кроме того, этот сигнал управляет подачей напряжения 5 В (+5V_S), из которого формируются все напряжения питания скалера. Низкий уровень этого сигнала разрешает подачу напряжения +5V_S.

Низкий уровень сигнала PANEL-EN обеспечивает подачу напряжения 5 В (+5V_PANEL) на LCD-панель. Это напряжение используется для питания внутреннего контроллера TCON LCD-панели и других ее компонентов (столбцовых и строчных драйверов и т.д.).

Сигналом POWER_OFF разрешается/запрещается формирование напряжения 5 В (+5V_B), которым питаются входные интерфейсные цепи. Низкий уровень этого сигнала разрешает работу интерфейсов.

Назначение сигналов HSYNC и VSYNC - синхронизация узлов схемы.

RadioRadar - Радиоэлектроника, даташиты, схемы

https://www.radioradar.net/hand_book/hand_books/mstar_semiconductor_samsung.html

Микросхемы MStar Semiconductor для ЖК мониторов и их применение в мониторах SAMSUNG