CN1235330A - 高分辨率液晶显示监视器的水平位置控制电路 - Google Patents

高分辨率液晶显示监视器的水平位置控制电路 Download PDF

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Abstract

用于高分辨率LCD监视器的水平位置控制电路,包括:键盘,调节所显示图像的水平位置;键输入控制器,响应输入键信号产生水平位置控制信号;模拟－数字转换器,以2N(N为整数)分隔模拟视频信号并将其转换为相应的数字视频数据;帧存储器,存储模拟－数字转换器输出的数字视频数据;和控制器,响应水平位置控制信号调节模拟－数字转换器的采样点,使得水平位置以单个象素调节,该控制器还可调节指向帧存储器的写使能信号的输出定时,使得水平位置以多个象素调节。

Description

高分辨率液晶显示监视器的水平位置控制电路
本发明涉及个人电脑和液晶显示(LCD)监视器之间的接口，特别涉及高分辨率LCD监视器的水平位置控制电路。
平板显示器诸如液晶显示器和等离子显示器由于其紧凑性和低功耗而被看作是阴极射线管(CRT)显示器的替代品。今天，膝上型电脑和笔记本电脑主要采用液晶显示。有时桌面计算机系统也配置LCD监视器，尽管其价格不菲。现在的LCD板采用有源矩阵设计，一般被称为薄膜晶体管(TFT)工艺。这种类型的LCD是在每个象素上放置一个晶体管。这种有源矩阵设计的优点是通过水平和垂直栅格所需的电流较小，这样象素可以更快的在开关间转换。
LCD监视器包括一个接口电路，将主机系统输入的模拟视频信号转换为数字视频信号，从而驱动LCD屏上的每个象素。这使得LCD监视器只能在VGA(视频图像阵列)，SVGA(超VGA),XGA(扩展图像阵列)，SXGA(超XGA)模式中以某一种显示模式操作。由此可见，LCD监视器的分辨率取决于构成有源显示区的有源矩阵形成的象素的数目。比如说，标准SXGA模式下LCD监视器在有源显示区有1280×1024个象素。CRT监视器需要一个足够宽的带宽以寻址各个屏幕点，并且还需加上一个允许回扫时间的额外余量。与之不同的是，LCD监视器需要更加精确地控制输入视频信号，以将第一个象素数据置于LCD屏幕上每条扫描线的第一个象素上从而实现水平定位。
进一步来讲，需要提高个人电脑和工作站中LCD监视器的分辨率以获取更加清晰的图像显示。分辨率越高，带宽越宽(点时钟)。但是，由于TFT-LCD的转换特性、驱动器IC参数特性以及LCD接口板中不同电子器件的响应特性，分辨率的提高受到了限制。我们已经知道在印刷电路板工艺中，由于固有寄生电容，带宽被限制在135-140MHz。对于XGA模式LCD监视器，带宽约为60-80MHz，对于LCD监视器这样的带宽就足以处理XGA级输入视频信号了。对于SXGA模式LCD监视器，带宽将高于160MHz以配合90Hz的刷新速率。此时一个点时钟的周期将在6.2nS左右。
常规情况下，水平定位是这样进行的：通过把编码时钟与LCD接口电路的数据同步信号结合起来，将采样位置调到π/2值处，从而使每个点时钟一个象素的调节成为可能。用这种方法，最多有4个象素是可以调节的。但是，对于更高的同步频率范围，可调范围应是几十甚至更多个象素。这样，用传统方法很难调整在更高频率范围内的视频信号的水平位置。
因此，需要提供一个接口电路，对于使用刷新速率90Hz的更高频率范围的输入视频信号的LCD监视器，可以很容易地控制其水平位置。
因此，本发明的目的是提供LCD接口电路的水平位置控制电路，该电路可以有效控制高分辨率LCD监视器的水平位置。
根据本发明，水平位置控制电路包括：键盘，调节显示图象的水平位置；键输入控制器，响应输入信号产生水平位置控制信号；模拟-数字转换器，以2N(N为整数)分隔模拟信号并将分隔过的模拟信号转换为相应数字视频数据；帧存储器，存储模拟-数字转换器输出的数字视频数据；控制器，响应水平位置控制信号调节模拟-数字转换器的采样点，使得水平位置以单个象素调节，该控制器还可调节指向帧存储器的写使能信号的输出定时，使得水平位置以多个象素调节。
水平位置控制器可进行细调操作和粗调操作。在细调方式下，水平位置以单个象素调节，在粗调方式下，则以多个象素调节。细调通过控制ADC的采样点完成，而粗调通过控制帧存储器的写周期完成。
根据本发明，该接口电路在高于标准SXGA模式的高分辨率LCD监视器中，有效控制所显示图像的水平位置。而且，水平位置控制器的粗调功能可用于UXGA(Ultra XGA)显示模式LCD监视器，该模式在约200MHz带宽的输入视频信号下操作。
参照附图可以更好地理解本发明。并且对于所属领域的技术人员，本发明的目的和优势将更加明显。
图1是LCD监视器框图，表示PC机与LCD接口的结构；
图2是本发明的LCD接口电路的框图；
图3是图2所示LCD接口电路的ADC和存储器的详细框图；
图4是描述图2中接口控制器输入/输出端子的图；
图5A和图5B是模拟-数字转换器输入/输出信号的时序图，说明水平位置控制的细调操作，其中根据输入控制信号进行每个点时钟一个象素的调节；
图6是接口控制电路中部分输入/输出信号的时序图，说明本发明的水平位置粗调的操作。
参照图1，其中显示了一个LCD监视器，它和诸如个人电脑之类的主机系统100一起使用。该LCD监视器一般有接口电路200和LCD驱动电路320。接口电路200将主机系统100提供的输入视频信号连接至LCD驱动电路320。LCD驱动电路320根据输入视频信号驱动TFT-LCD板300的有源矩阵。
接口电路200接收视频信号S100，其中包括R,G,B模拟视频信号以及水平和垂直同步信号。接口电路200将主机系统100输入的模拟视频信号转换为数字视频信号。这些数字视频信号以及经过控制的水平及垂直同步信号S200被提供给LCD驱动电路320。接口电路200和LCD驱动电路320被集成在印刷电路板(PCB)中，PCB被安装在LCD监视器中。
本发明的LCD接口电路200的结构在图2到图4中显示。在R,G,B模拟视频信号输入和数字视频数据输出之间，依次连接着预放大器210，模拟-数字转换器(ADC)220，存储器230和多路复用器240。接口电路200还包括接口控制单元270，其有水平和垂直同步信号Hsync,Vsync输入和微控制器260提供的一些控制信号输入。微控制器260和LCD监视器的控制键盘250连接。接口控制单元270包括水平位置控制器272，并通过水平控制信号线S272,S272a,S272b,S270和S271与ADC220，存储器230和多路复用器240相连接。接口控制单元270还包括时钟发生器和OSD(屏幕显示)控制电路，但是这些电路被省略以简化附图。
预放大器210放大主机系统100提供的R,G,B模拟视频信号S100a，并将放大过的R,G,B模拟视频信号S210输出到ADC220。ADC220将输入的R,G,B模拟视频信号S210转换为数字视频信号，而后存入存储器230。存储器230包括帧存储器和行存储器，响应读/写控制信号S272a和地址信号S270，以存储ADC220输出的数字视频信号。将参考图3描绘ADC220和存储器230的详细结构和操作过程。存储在存储器230中的数字视频信号S230被提供给多路复用器240。多路复用器240响应接口控制单元270提供的选择控制信号S271，从输入视频信号S230中选择理想的数字视频信号S200a。所选择的数字视频信号S200a被提供给LCD驱动电路320。
包括水平位置控制器272的接口控制单元270控制LCD接口电路200的所有操作，并且优选形成FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。同时，键盘250被安装在监视器外部，其包括一个由用户操作的水平位置控制键。微控制器260产生响应于相应控制键输入信号S250的水平位置控制信号S260，该信号S260被提供给水平位置控制器272。
水平位置控制器272可在细调方式和粗调方式下进行水平位置控制操作。在细调方式下，水平位置以单个象素调节，在粗调方式下以多个象素调节。细调是通过控制ADC220的采样点进行的，而粗调是通过控制帧存储器的写周期进行的。为此，水平位置控制器272输出控制信号S272a，在细调方式下控制ADC220的采样点，还调节指向存储器230的写使能信号S272的输出定时。这样水平位置调节操作通过模拟视频信号的采样点控制和存储在帧存储器中的数字视频信号的写周期控制实现。
图3显示与水平位置调节操作有关的ADC220，存储器230和多路复用器240的详细框图。220,230和240均被分成同样结构的三个块。这样，ADC220有三个ADC块222,224和226，分别对应于R,G,B模拟视频信号输入。同样，存储器230有三个存储块232,234和236，多路复用器240有三个多路复用器块242,244和246。在下面的叙述中，对R模拟视频信号对应的块222,232和242加以说明，但是，应当理解的是，余下对应于G和B模拟视频信号的块的结构和操作与对应于R模拟视频信号的块是一样的。
图3中ADC块222包括两个模拟-数字转换器ADC1和ADC2。每个转换器的输入有R模拟视频信号，时钟信号CLK和采样点控制信号ENC-CLK和DS。ADC块222的输出是两个8位数字视频数据Dd1,Dd3和Dd2,Dd4。存储器块232一般包括帧存储器块232a和行存储器块232b。帧存储器块232a包括两对帧存储器FM1,FM3和FM2,FM4；每对分别与数字视频数据输出Dd1,Dd3和Dd2,Dd4相连。同样，行存储器块232b包括两个行存储器LM1和LM2。在每个帧存储器中输入来自ADC块222的数字视频数据以及写周期控制信号WE1-WE4。在每个行存储器中输入读/写控制信号WE,RE和帧存储器的输出数据。多路复用器块242包括四个多路复用器MUX1-MUX4,选择性输出存储器块232提供的R数字视频信号。图4显示接口控制器270的输入/输出引线图。
下面叙述水平位置控制器的操作：
当用户操作控制键250时，微控制器260中就会产生水平位置控制信号S260，并将S260输入水平位置控制器272。该水平位置控制信号S260由细调控制信号D9-D2和粗调控制信号D1,D0组成，如下表1所示。表1
        功能      细调      粗调
 最小可控象素/点时钟     1个象素     4个象素
      最大范围     4个象素    1024个象素
      控制信号 ENC_CLK,DS(ADC) WE1-WE4(帧存储器)
   水平位置控制数据     D9-D2     D1,D0
在细调操作中，控制模拟-数字转换器ADC1和ADC2的采样点。水平位置以单位象素调节，最大范围是4个象素。而在粗调操作中，控制帧存储器FM1-FM4的写周期。水平位置以多个象素调节，最少4个象素，最多1024个象素。与模拟-数字转换器AD1和AD2相关的采样点的控制由输入控制信号D1,D0的值决定。如下表2所示。表2
       输入        输出
    D1     D0     DS  ENC_CLK
    0     0     H     H
    0     1     H     L
    1     0     L     H
    1     1     L     L
指向ADC块222的采样点控制信号ENC_CLK,DS有电位变化，其变化取决于输入控制信号D1,D0的逻辑值。采样点在每个π/2处调节，由此可以每个点时钟一个象素地调节水平位置。在这个例子中，2π内最多4个象素可调。在D1=0,D0=0时，细调控制信号DS和ENC_CLK都变成高电平H，其结果是输出的数字视频数据(a1)在ADC1的输出Dd1处高于其它视频数据，如图5A的时序图所示。另外一种情况下，D1=0,D0=1时，细调控制信号DS变成高电平，ENC_CLK变成低电平，其结果是输出的数字视频数据(a1)在ADC2的输出Dd2处高于其它视频数据，如图5B的时序图所示。从ADC1和ADC2输出的数字视频数据Dd1-Dd4被存入相应的帧存储器FM1-FM4。
粗调操作是通过控制帧存储器FM1-FM4的写周期来进行的。为此，水平位置控制器272调节写使能信号WE1-WE4的输出定时，这些信号指向帧存储器FM1-FM4。写使能信号WE1-WE4的输出定时由水平位置控制数据D9-D2决定。水平位置控制器272读出水平位置控制数据D9-D2，并分时输出写使能信号WE1-WE4。
举例说明，如果模拟视频信号带宽为162MHz，考虑到LCD接口电路200和驱动电路320的响应特性以及LCD板300的门限脉冲延迟时间，本实施例使用大约40MHz(分成4份)。如图6所示，写使能信号WE1-WE4由波形组(A)表示，它们相互之间有6.2nS的时间差。进一步讨论，对于多路同步功能监视器，写使能信号WE1-WE4的时间差可能随输入模拟视频信号的频率变化。这种时间差可能影响写使能信号WE1-WE4，并由于PCB的寄生电容产生失真。在这种情况下，写使能信号WE1-WE4的优选时差可以加倍到12.4nS，如波形组(B)表示。还能，通过在数字视频数据Dd1-Dd4的有效间隙的中心处对写使能信号WE1-WE4的输出定时采样其1/8的长度，从而将写使能信号WE1-WE4简化为仅有两种波形。于是就可以在水平位置控制器272中实现稳定的水平控制。应当提到的是为完成这种控制操作，帧存储器FM1-FM4可以包括一个存储器件，在此存储器件中数据输入/输出操作以异步方式完成。
综上所述，本发明的接口电路能有效控制使用高于标准SXGA模式的高分辨率LCD监视器中所显示图像的水平位置。而且，水平位置控制器的粗调功能可用于UXGA(超大XGA)显示模式LCD监视器，其输入视频信号带宽约为200MHz。

Claims (4)

1．用于高分辨率LCD监视器的水平位置控制电路，包括：
模拟-数字转换器，将模拟视频信号转换为相应的数字视频数据；
帧存储器，存储数字视频数据；
键输入控制器，产生一组水平位置控制信号；
和控制器，响应水平位置控制信号调节模拟-数字转换器的采样点，使得水平位置以单个象素调节，该控制器还可调节帧存储器的写操作，使得水平位置以多个象素调节。
2．如权利要求1所述的控制电路，其中所述模拟-数字转换器以2N(N为整数)分隔输入模拟视频信号，其中采样点由控制器提供的水平位置控制信号的状态决定。
3．如权利要求1或2所述的控制电路，其中所述帧存储器包括多个存储器，存储模拟-数字转换器输出的被2N分隔的数字视频数据。
4．用于高分辨率LCD监视器的水平位置控制电路，包括：
键盘，调节所显示图像的水平位置；
键输入控制器，响应输入键信号产生水平位置控制信号；
模拟-数字转换器，以2N(N为整数)分隔模拟视频信号并将其转换为相应的数字视频数据；
帧存储器，存储模拟-数字转换器输出的数字视频数据；
和控制器，响应水平位置控制信号调节模拟-数字转换器的采样点，使得水平位置以单个象素调节，该控制器还可调节指向帧存储器的写使能信号的输出定时，使得水平位置以多个象素调节。
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