BUF20800-Q1：可編程電壓參考發(fā)生器的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，為TFT - LCD面板的伽馬校正尋找合適的可編程電壓參考發(fā)生器至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)深入探討一款優(yōu)秀的產(chǎn)品——德州儀器（TI）的BUF20800 - Q1。

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產(chǎn)品概覽

BUF20800 - Q1專為汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)AEC - Q100認(rèn)證，擁有出色的溫度和靜電放電（ESD）性能。其具備18個(gè)用于伽馬校正的可編程輸出通道和2個(gè)用于(V_{COM})調(diào)整的通道，每個(gè)通道都有10位分辨率，可通過(guò)(I^{2}C)接口進(jìn)行編程，最高支持3.4MHz的高速數(shù)據(jù)傳輸。它采用TI的小幾何尺寸模擬CMOS工藝，是量產(chǎn)的理想選擇。

主要特性

1. 汽車級(jí)認(rèn)證與可靠性：滿足汽車應(yīng)用要求，通過(guò)AEC - Q100認(rèn)證，其中設(shè)備溫度等級(jí)達(dá)到1級(jí)，HBM ESD分類為2級(jí)，CDM ESD分類為C4級(jí)，確保在惡劣汽車環(huán)境中穩(wěn)定工作。
2. 低功耗與寬電源范圍：每通道低至900μA的低功耗特性，能夠有效降低整個(gè)系統(tǒng)的能耗。模擬電源電壓范圍為7V至18V，數(shù)字電源電壓范圍為2V至5.5V，為設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。
3. 多通道與高分辨率：提供18個(gè)伽馬校正通道和2個(gè)可編程(V_{COM})通道，每個(gè)通道10位分辨率，可精確控制電壓輸出，滿足不同的伽馬曲線需求。
4. 高速接口與便捷開(kāi)發(fā)：支持(I^{2}C)接口，具備3.4MHz的高速模式，實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)傳輸與配置。同時(shí)，提供演示板和軟件，方便工程師進(jìn)行開(kāi)發(fā)與測(cè)試。

功能特性詳細(xì)解析

通用調(diào)用復(fù)位與上電復(fù)位

當(dāng)接收到通用調(diào)用復(fù)位信號(hào)（地址字節(jié)00h加數(shù)據(jù)字節(jié)06h）時(shí)，它會(huì)執(zhí)行完全內(nèi)部復(fù)位，如同重新上電。上電時(shí)也會(huì)自動(dòng)復(fù)位，所有輸出會(huì)被設(shè)置為((V{REFH}-V{REFL}) / 2)。通過(guò)特定的DAC地址設(shè)置，還能實(shí)現(xiàn)部分或全部DAC的復(fù)位。這一特性在系統(tǒng)啟動(dòng)和異常恢復(fù)時(shí)非常實(shí)用，確保設(shè)備能夠快速恢復(fù)到穩(wěn)定的初始狀態(tài)。

輸出電壓控制

輸出電壓值由參考電壓(V{REFH})和(V{REFL})以及二進(jìn)制輸入代碼的十進(jìn)制值決定。公式為[V{OUT}=left[frac{V{REFH}-V{REFL}}{1024} ×right. Decimal Value of Code ]+V{REFL}]，且能在大約5μs內(nèi)實(shí)現(xiàn)全量程電壓輸出變化，無(wú)需中間步驟。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們可以根據(jù)這個(gè)公式精確計(jì)算所需的輸出電壓，通過(guò)合理設(shè)置參考電壓和輸入代碼來(lái)滿足不同的應(yīng)用需求。

輸出鎖存功能

由于BUF20800 - Q1采用雙緩沖寄存器結(jié)構(gòu)，更新DAC寄存器和更新DAC輸出電壓并非同一回事。有三種方法可將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)寄存器鎖存到DAC以更新輸出電壓：

• 方法一：外部將鎖存引腳（LD）置為低電平，當(dāng)對(duì)應(yīng)的寄存器更新時(shí)，DAC輸出電壓也隨之更新。這種方式適用于需要實(shí)時(shí)響應(yīng)的場(chǎng)合，能夠及時(shí)將寄存器的變化反映到輸出電壓上。
• 方法二：先將LD置為高電平，在數(shù)據(jù)傳輸期間DAC輸出電壓保持不變，當(dāng)LD置為低電平時(shí)，所有DAC輸出電壓同時(shí)更新為新的寄存器值。該方法可提前準(zhǔn)備好未來(lái)的數(shù)據(jù)，以便實(shí)現(xiàn)快速的輸出電壓更新，例如在需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整的系統(tǒng)中非常有用。
• 方法三：通過(guò)軟件控制，將LD保持在高電平，當(dāng)主設(shè)備在任何DAC寄存器的第15位寫入1時(shí)，在接收到16位數(shù)據(jù)后，所有DAC將被更新。

可編程(V_{COM})通道

其(V{COM})通道在源極輸出50mA時(shí)能接近正電源軌2V，在漏極輸出50mA時(shí)能接近負(fù)電源軌1V。為存儲(chǔ)伽馬和(V{COM})值，需要外部EEPROM。在LCD面板上電時(shí)，時(shí)序控制器從EEPROM讀取值并加載到BUF20800 - Q1中，以生成所需的(V{COM})電壓。這一特性為L(zhǎng)CD顯示的畫面質(zhì)量提升提供了有力支持，能夠根據(jù)不同的顯示需求靈活調(diào)整(V{COM})電壓。

REFH和REFL輸入范圍

為實(shí)現(xiàn)最佳性能和輸出擺幅范圍，REFH和REFL電壓應(yīng)略低于電源電壓，多數(shù)規(guī)格測(cè)試在(REFH = V{s}-200mV)和(REFL = GND + 200mV)條件下進(jìn)行。REFH和REFL內(nèi)部緩沖器雖能接近電源軌，但存在飽和限制，因此REFH不應(yīng)大于(V{s}-100mV)，REFL不應(yīng)低于(GND + 100mV)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們要特別注意這一點(diǎn)，避免因輸入電壓設(shè)置不當(dāng)導(dǎo)致內(nèi)部緩沖器飽和，影響輸出電壓的準(zhǔn)確性。

設(shè)備功能模式

替代傳統(tǒng)伽馬緩沖器

傳統(tǒng)伽馬緩沖器依賴電阻串來(lái)設(shè)置伽馬電壓，優(yōu)化過(guò)程耗時(shí)且成本高。而BUF20800 - Q1通過(guò)編程可顯著縮短伽馬電壓優(yōu)化時(shí)間，最終的伽馬值可寫入外部EEPROM。在LCD面板上電時(shí)，時(shí)序控制器讀取EEPROM并加載到BUF20800 - Q1中生成所需電壓。這種方式不僅縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間，還能方便地展示不同伽馬曲線，適應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程中的變化，同時(shí)降低了成本和空間需求。在一些對(duì)成本和開(kāi)發(fā)周期要求較高的項(xiàng)目中，這種替代方案具有很大的優(yōu)勢(shì)。

動(dòng)態(tài)伽馬控制

在LCD TV應(yīng)用中，動(dòng)態(tài)伽馬控制可逐幀分析畫面亮度并調(diào)整伽馬曲線，通常在視頻信號(hào)的垂直消隱期更新。BUF20800 - Q1因其獨(dú)特的雙寄存器輸入結(jié)構(gòu)、快速串行接口和軟件同時(shí)更新所有DAC的特性，非常適合快速改變伽馬曲線。例如，通過(guò)軟件可同時(shí)更新所有18個(gè)伽馬寄存器：先檢查L(zhǎng)D引腳是否為高電平，然后依次寫入寄存器（第15位為0），最后再寫一次任意寄存器并將第15位設(shè)為1，即可實(shí)現(xiàn)所有DAC通道的同時(shí)更新。這一功能能夠顯著提升LCD顯示的畫面質(zhì)量，使畫面更加清晰、生動(dòng)。

編程與應(yīng)用

編程要點(diǎn)

1. 兩線總線概述：BUF20800 - Q1通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的兩線接口進(jìn)行通信，該接口支持多個(gè)設(shè)備在同一總線上工作。主設(shè)備負(fù)責(zé)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和控制總線訪問(wèn)，從設(shè)備（即BUF20800 - Q1）只能作為從設(shè)備接收數(shù)據(jù)。了解兩線總線的工作原理對(duì)于正確配置和使用BUF20800 - Q1至關(guān)重要。
2. 數(shù)據(jù)速率：支持標(biāo)準(zhǔn)（最高100kHz）、快速（最高400kHz）和高速（最高3.4MHz）三種模式。要啟用高速模式，需在START條件后發(fā)送特殊地址字節(jié)00001xxx （(SCL = 400kHz)） 。掌握不同數(shù)據(jù)速率模式的特點(diǎn)和啟用方法，能夠根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求選擇合適的通信速率，提高系統(tǒng)的性能和效率。
3. 讀寫操作：可對(duì)單個(gè)或多個(gè)DAC進(jìn)行讀寫操作。寫入時(shí)，先發(fā)送START條件，再發(fā)送設(shè)備地址（寫操作時(shí)讀/寫位為低），然后發(fā)送DAC地址和數(shù)據(jù)，最后發(fā)送STOP條件；讀取時(shí)，步驟類似，但讀/寫位為高。正確掌握讀寫操作的流程和方法，是實(shí)現(xiàn)對(duì)BUF20800 - Q1進(jìn)行有效配置和監(jiān)控的關(guān)鍵。

典型應(yīng)用

1. LCD顯示應(yīng)用：為源驅(qū)動(dòng)器IC提供18個(gè)用于伽馬校正的可編程輸出，以及為L(zhǎng)CD顯示的公共平面提供2個(gè)(V_{COM})通道。在典型應(yīng)用電路中，要注意輸入電容的選擇（推薦使用低ESR陶瓷電容）和REFH、REFL電壓的設(shè)置（如選擇合適的電阻R1和R2）。合理設(shè)計(jì)輸入電容和參考電壓，能夠保證BUF20800 - Q1的穩(wěn)定工作和準(zhǔn)確輸出。
2. 多通道配置：可將(V_{COM})輸出用作額外的伽馬參考，實(shí)現(xiàn)20個(gè)伽馬通道；還可將REFH和REFL OUT輸出用作固定伽馬參考，實(shí)現(xiàn)22個(gè)伽馬通道。但要注意REFH和REFL OUT緩沖器僅能驅(qū)動(dòng)輕負(fù)載，避免其飽和。根據(jù)不同的應(yīng)用需求，靈活選擇多通道配置方式，能夠充分發(fā)揮BUF20800 - Q1的性能優(yōu)勢(shì)。
3. 工業(yè)應(yīng)用：由于其寬電源范圍、高輸出電流和低成本，適用于多種中等精度工業(yè)應(yīng)用，如可編程電源、多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。其20個(gè)可編程DAC通道為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。在工業(yè)應(yīng)用中，要根據(jù)具體的系統(tǒng)要求，合理配置BUF20800 - Q1的參數(shù)，確保其能夠滿足系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性要求。

電源與布局建議

電源建議

模擬電源電壓范圍為7V至18V，數(shù)字電源電壓范圍為2V至5.5V，且數(shù)字電源應(yīng)先于或與模擬電源同時(shí)施加，以避免過(guò)大電流和功耗，防止設(shè)備損壞。同時(shí)，模擬和數(shù)字電源需良好穩(wěn)壓，推薦在典型應(yīng)用中使用如圖所示的輸入電容。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，要嚴(yán)格按照電源建議進(jìn)行電源配置，確保電源的穩(wěn)定性和可靠性，這對(duì)于BUF20800 - Q1的正常工作至關(guān)重要。

布局指南

BUF20800 - Q1采用熱增強(qiáng)型PowerPAD封裝，在布局時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：

• 熱焊盤應(yīng)焊接到PCB下方的銅區(qū)域，以提供良好的散熱路徑。熱焊盤與芯片直接接觸，能夠有效地將芯片產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)出去，降低芯片的溫度，提高其穩(wěn)定性和可靠性。
• 在熱焊盤區(qū)域設(shè)置合適的孔（直徑13mil），并將這些孔連接到與GND引腳電位相同的內(nèi)部平面。這些孔能夠進(jìn)一步增強(qiáng)散熱效果，同時(shí)保證電氣連接的穩(wěn)定性。
• 避免使用典型的網(wǎng)狀或輻條式過(guò)孔連接方法，應(yīng)采用環(huán)繞鍍通孔整個(gè)圓周的完整連接，以實(shí)現(xiàn)低熱阻的高效熱傳遞。這種連接方式能夠減少熱阻，提高散熱效率，確保芯片在工作過(guò)程中不會(huì)因過(guò)熱而影響性能。

BUF20800 - Q1以其豐富的特性、靈活的功能模式和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，成為TFT - LCD面板伽馬校正以及多種工業(yè)應(yīng)用的理想選擇。作為電子工程師，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中要充分了解其特性和使用方法，合理進(jìn)行電源和布局設(shè)計(jì)，以發(fā)揮其最大性能。大家在使用BUF20800 - Q1的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。