基于PXA27x处理器的智能手机LCD电路设计

液晶屏设计的好坏直接关系到智能手机的整体性能表现，然而液晶显示屏种类繁多，工程师需要针对各种显示屏的时序匹配、电源要求以及控制器的不同特点进行设计。本文介绍了PXA27x内部集成LCD控制器的特点、驱动实现方法以及相关的电源设计，并提出了电磁兼容设计建议。 

全球智能手机市场正处于高速增长时期，市场研究公司Gartner预测，随着掌上电脑需求的下降，全球智能手机销售量2004年将增长到1400万部，增长率达140%，预期到2007年将大幅成长至4500万。面对日益成长的智能手机市场，各家芯片厂商都相继推出具有各自特色的芯片方案：如Freescale公司的i.MX21处理器嵌入了多媒体加速技术，支持MPEG4和H.263；Intel PXA27x Bulverde处理器内嵌MMX技术和SpeedStep省电技术，支持MPEG4、MP3解码和400万像素的摄像。多媒体应用也成为下一代手机一大亮点，在手机上看电影、看电视、玩游戏等是下一代手机的发展趋势。 

Intel PXA27x是一款具有较好多媒体应用效果的处理器，利用该处理器甚至可以令最终用户获得在移动通讯设备上的3D游戏体验。堪称智能手机眼睛的LCD屏设计效果的好坏，无疑成为消费者选择的最重要的因素之一。下面详细介绍一下基于PXA27x 处理器的智能手机中LCD的设计与实现。 

LCD屏设计 

基于PXA27x 处理器的LCD硬件设计电路如图所示，主要由三部分组成：LCD控制器、时序 IC LZ9FC22和液晶显示屏LCD。 

PXA27X处理器内部集成了LCD控制器，支持多种LCD屏，代表性的如双扫描无源阵列显示器(DSTN-LCD)和薄膜晶体管有源阵列显示器(TFT-LCD)。主要性能有：支持单或双扫描显示模式，内嵌帧缓存，最多支持8位无源双扫描显示模式，支持最多18位像素的无内嵌帧缓存的单屏显示面板，支持最多24位像素的有内嵌帧缓存的单屏显示面板。 

该控制器有三种显示类型： 

无源彩色模式，支持16777216 (24位) 种彩色； 
有源彩色模式，支持16777216(24位)种彩色； 
无源黑白模式，支持256(8位)级灰度。 
LCD控制器支持高达800×600像素的显示屏。然而在帧存储器中，由于存储器的总线宽度、像素编码数据的大小限制了能驱动的显示屏幕大小。 
帧和调色板的数据可存储在内嵌的SRAM或者外部存储器中，LCD的DMA控制器一共有7个DMA通道，通过0-4这5个DMA通道可将帧和调色板的数据装入16×64位的输入FIFO(先入先出)中。通过内部系统总线，利用DMA通道5可将放在外部帧存储器或者内嵌SRAM中的像素编码数据存储到相关的16×64位输入FIFO。LCD控制器将其用作指针去索引一个4×24位宽的小调色板，并得到24位的像素彩色。DMA通道6用来传输命令数据，将存放在外部存储器或者LCD 面板内部SRAM的帧头部的命令数据，传输并存储在4×52位命令FIFO中。 

根据所要连接的不同显示屏类型，可将LCD控制器编程为相对应工作模式：当接黑白屏时，可配置成4、8位模式；接无源彩屏有8位和16位的工作模式；接有源彩屏时，控制器则可配置成12、16和18位的工作模式。 

我们的LCD屏设计方案中选取了有源彩色模式，采用夏普公司的3.5寸TFT有源彩色液晶显示器LQ035Q7DB02,采用16位工作模式，即RGB565。由于手持设备的液晶显示屏种类繁多，各厂家的标准不一致使PXA27X的LCD控制器与夏普3.5寸屏在数据格式及显示时序上无法匹配。因此，需要选用一种时序控制IC或者用CPLD，对不同数据格式的数据接口进行映射。这里，我们时序控制IC采用LZ9FC22。 

PXA27X LCD控制器由以下引脚组成： 

LDD[15～0]：16位数据线，R、G、B色度信号的数据线分别为5位、5位和6位； 
L_PCLK：点时钟(Pixel clock)，用于把每一点的数据送入移位寄存器，该时钟最大可达52MHz； 
L_LCLK：行时钟，用于指示一行数据由移位寄存器到显示驱动芯片传输完毕，并使行指针加1。在16位TFT方式下就是水平同步信号； 
L_FCLK：帧时钟，用于指示一帧图像的开始，同时把行指针置于显示屏的第一行。在16位TFT方式下就是垂直同步信号； 
L_BIAS:在16位TFT方式下，输出允许信号，用于指示数据信号在时钟信号的同步下锁存到引脚。 

为了显示一帧图像，PXA27X LCD控制器首先在帧缓冲器中存入要显示的图像数据，然后让LCD控制器的DMA地址寄存器指向帧缓冲器的起始地址，读出帧缓冲器中的数据到输入FIFO队列。由于在本设计中采用16位方式，无需对帧缓冲中的数据进行解码，所以LCD控制器不处理而直接把数据送到输出FIFO，输出FIFO再将数据通过引脚送到LZ9FC22以驱动液晶显示。 
LCD相关电路的电源设计 

这款LCD设计牵涉到好几个电源，有VSHD(+3.3V)、VSHA(+5)、VDD(+15V)和VEE(-10V)，还有背光用的+21.6V。每个电压都有一个容限范围。各电压范围分别如下： 

+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电压外，其余电压加电顺序要么同时开关，要么按开启VSHD→VSHA→VEE→VDD和关闭VDD→VEE→VSHA→VSHD的顺序执行。本项目设计采用同时方式，采用凌特公司的LT1944-1可同时输出VSHA(+5)、VDD(+15V)和VEE(-10V)三种电压，也可用IC的控制管脚同时控制开启或关断。 

电磁兼容性设计 

设计中，要想保持LCD信号数据的完整性，保证LCD屏输出图像的质量，适当加一些保护器件是有必要的，同时PCB的布线布局也是一个因素。在布线时LCD的数据线(即RGB线)要尽量短，线与线之间的间距要足够大，如至少保持一倍以上的线宽距离。在LCD数据线上加ESD/EMI保护器件较为简单，这类器件很容易找到。 

作者：马涛 
海威讯科技公司 
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