1、“奇美”32 寸液晶屏逻辑板（TCON）电路分析及故障检修（一、电路原理部分）2012 年 2 月 3 日郝铭发表评论阅读评论本文是对常见的“奇美”32 寸液晶屏逻辑板（V315B3-LN1 REV.C1） ，俗称 TCON 板的组成、结构、电路进行了详细的介绍，并对关键的单元电路进行了分析，弄懂电路的组成结构、分析透彻工作原理对其它任何液晶屏的逻辑驱动电路可以起到举一反三的效果。一、 什么是时序控制电路，时序控制电路在液晶屏中的作用CRT 伴随着电视的发明已经近一个世纪，在上个世纪的七十年中，活动视频图像信号的传输技术在不断的进步，但是终端图像的显示器件一直是采用的是 CRT。这样几乎所有的
2、视频图像信号的结构、标准均以 CRT 的显示特点而设计、制定的，这个专门为 CRT 显示制定的视频图像信号一直沿用至今。CRT 的显示特点是利用荧光粉的余晖，把顺序着屏的像素信号采用行、场扫描的方式组合成图像，图 1.1 所示。为了适应 CRT 的这个显示特点，在发送端也利用扫描的方式在行、场同步信号控制下把图像分解成一个个像素，并按照时间的先后顺序的传送；并且以一行像素和一场像素的间隔插入行同步和场同步信号等，这是一个模拟信号，是一个随时间变化的单值函数，是一个像素随时间串行排列的图像信号。图 1.1 图 1.2目前的液晶电视机均采用 TFT 液晶屏作为图像显示器件；这是一种从结构上，原理上
3、完全不同于 CRT 的显示器件，它是一种需要行、列驱动的矩阵显示方式，图 1.2 所示。其图像显示驱动方式也完全不同于 CRT 图像显示驱动方式，但是液晶屏所显示的视频图像信号确仍然是原来专门为 CRT 设计、制定的视频图像信号，因为目前所有的视频图像信号源标准还是上个世纪；视频图像信号源的标准。现在的问题是；液晶屏能直接显示原来 CRT显示的信号标准吗？回答是否定的；不能。但是只要在液晶屏的前端设置一个特殊的转换电路，图 1.2 中所示的“时序控制器”，就可以实现采用液晶屏就能显示只有 CRT 能显示的图像信号。这个“时序控制器” 就是我们常说的：“ 时序控制电路” 、 “逻辑板电路”、 “
4、T-CON 电路” ，是液晶屏显示目前视频图像信号的关键部件，是一个能把供 CRT 显示的视频图像信号转换为供液晶屏显示的视频图像信号的部件。这个“时序控制电路”的位置就在；液晶屏和前端信号处理电路之间；前端信号处理电路处理的视频图像信号，经过这个电路转换后；再加到液晶屏上才能正确重现图像。早期的液晶屏上，这是一块独立的电路板（目前部分液晶电视为了降低成本，把这个“时序控制电路”和前端信号处理电路做到一块主板上） 。这个电路如果出现故障；在液晶的屏幕上会出现一些在显像管屏幕上见不到的极为特殊的故障画面；例如花屏、图像缺损、图像灰度失真、图像灰暗、一根亮线、一根亮带、倒像等等，并且是常见故障，对
5、于这些特殊故障的维修，就必须对这块逻辑电路板的原理有所了解，对这块电路板上关键点应有的电压值、波形能进行正确的测量，才能把故障排除。CRT 是扫描组合图像， TFT 液晶屏是矩阵显示组合图像。CRT 显示的是按时间顺序排列的串行像素信号，像素是按照时间先后一个一个着屏，图 1.3 所示。液晶屏显示的是一行一行并行排列的像素信号，像素是（一行一行并行信号）一排一排的着屏，图 1.4 所示。这块时序控制电路的主要作用就是要把图 1.3 所示像素逐个“着屏”的视频图像信号，转换为图 1.4 所示像素以行为单位的一行一行的并行信号；并且按一定的时间顺序逐行“着屏”。图像信号的转换，这是一个极其复杂、精
6、确的过程；先对信号进行存储，然后根据信号的标准及液晶屏的各项参数进行分析计算，根据计算的结果在按规定从存储器中读取预存的像素信号，并按照计算的要求重新组合排列读取的像素信号，成为液晶屏显示适应的信号。这个过程把信号的时间过程、排列顺序都进行了重新的编排，并且要产生控制各个电路工作的辅助信号。重新编排的像素信号在辅助信号的协调下，施加于液晶屏正确的重现图像。由于把像素信号原来排列的时间顺序打乱；重新进行排列，完全改变了像素信号的时间顺序关系。所以此电路称为：“时序控制电路”。时序控制的英语为；Timer-Control 缩语为T-CON 所以一般简称 “替康”电路。图 1.3 图 1.4二、时序
7、控制电路的组成液晶屏的一个整体驱动电路包括；液晶屏源极驱动电路（列驱动电路） 、液晶屏栅极驱动电路（行驱动电路） 、时序控制电路、灰阶电压发生电路（伽马校正电压） 、DCDC 变换电路组成，图 1.5 所示。由于液晶屏的电极引线达到数千条，所以直接向液晶屏施加信号的驱动集成电路（源极驱动和栅极驱动）直接连接在液晶屏的垂直（列）和水平（行）侧边上， ，图 1.6 所示；图 1.5连接于液晶屏周边的源极和栅极驱动电路，是由多块集成电路组合完成其驱动功能，电极引线多达数千条，这是在制造液晶屏的同时一并整体产生成型的；所以这部分出现故障（除非是供电故障）我们一般条件的维修人员是无法进行维修的（只能进行
8、故障的判断） 。图 1.5 虚线框内所示的部分，主要有“时序控制电路”、 “灰阶电压发生电路”、 “DCDC 变换电路”一般是做在一块独立的电路板上，我们平时所称的：“T-CON 电路”就是指这一块电路。这块电路的用是把前端视频信号处理电路送来的数字视频图像信号（LVDS） ，转换为液晶屏周边源极驱动和栅极驱动集成电路所需的图像数据信号（RSDS）和源极驱动、栅极驱动电路工作必须的控制信号（STV、CKV、STH、CKH、POL） ，经过接口电路直接施加于液晶屏周边的驱动集成电路上。此 T-CON 电路出现故障极为特殊（其出现故障现象及故障画面是 CRT 电视机不会出现的）所以由 CRT 电视
9、维修过度到液晶电视维修的难点也在于此。本文也主要是对此部分的原理、电路分析、故障维修作重点介绍。图 1.6以一般的 1280768 分辨率的液晶屏（宽屏）为例；其列电极线（屏源极驱动引线）就有 3840（12803）根，行电极线（屏栅极驱动引线）有 768 根，这么巨大数量的信号线经过驱动电路和液晶屏连接是非常困难的，所以目前的液晶屏都把列驱动集成电路和行驱动集成电路直接镶嵌在液晶屏的周边上，如图 1.6 所示，图 1.6 中液晶屏左边是 3 块排列的行驱动集成电路，每块 256 只引脚，3 块正好为 768 只引脚，液晶屏的上部有 10 块排列的列驱动集成电路，每块 384 只引脚，10 块
10、正好 3840 只引脚，完成了液晶屏图像矩阵显示的驱动。图 1.7 所示，就是为液晶屏行、列驱动电路提供驱动信号的独立电路板的实物图，我们平时把这块电路板称为；“T-CON 板” 、 “时序控制电路板”或“液晶屏逻辑电路板”。图 1.7图 1.7 所示的 T-CON 电路板，这是一块常见的 “奇美”32 寸液晶屏（奇美 V315B3-LN1 REV.C1 屏 T-CON 板的实物）配套的“时序控制电路板，图中下部的接口是连接液晶电视机主板的 LVDS 信号输入接口，上部的两个接口是连接液晶屏周边源极、栅极驱动集成电路的接口（上部两个接口，分别控制液晶屏左半部和液晶屏右半部图像的显示） 。这块
11、TCON（时序控制）板和液晶屏周边的栅极驱动（行驱动）电路及源极驱动（列驱动）电路共同组成了；液晶屏逻辑驱动系统。这个逻辑驱动系统包括；源极驱动电路、栅极驱动电路、时序控制电路（TCON ） 、灰阶电压（伽马校正）产生电路及供电电路（DCDC 开关电源）组成。三、电路的功能1、源极驱动电路（列驱动电路）：产生源极驱动的像素信号；这个信号是由串行排列的图像数据信号（RSDS）经转换获得；信号必须具有驱动液晶屏成像的特点：（1）信号必须是以“行”为单位并行信号。 （2）信号极性必须是逐行翻转的模拟信号（同一像素点相邻场信号是反相的） 。 （3）信号的幅度变化必须是经过伽马校正（Gamma）的符合液
12、晶分子透光特性的像素信号。源极驱动电路在把串行的图像信号（RSDS）进行转换的过程非常复杂；源极驱动电路内部由“移位寄存器电路” 、 “锁存器电路 ”、 “D/A 变换电路”及“伽马校正电路”等组成，这些电路的工作，需要由时序控制电路产生的辅助控制信号（STH、CKH、POL 等）进行配合完成的。图 1.8 所示是 T-CON 板信号流程图，图中可以看到由时序控制电路送往源极驱动电路的 RSDS、STH、CKH、POL 信号。图 1.82、栅极驱动电路（行驱动电路）：逐行的由上向下的触发液晶屏的行电极线，使液晶屏源极驱动电路送来的一排一排像素信号逐行向下的“着屏” ，排列组合成图像。产生一个逐
13、行向下位移的触发正脉冲；以便触发液晶屏该行电极线连接的所有 TFT 开关管使其导通。这个正脉冲控制 TFT 开关导通的条件是；必须是脉冲到来时；开关能充分导通把源极信号顺利加到控制液晶分子扭曲的电极板上，为此；正脉冲电压有较高的电压幅度约+25V +35V （VGH ） ，在脉冲离开电极线时；又要保证这一行电极线上的开关必须是充分的关断、截止那么在触发脉冲离开行电极线后，为了保证开关的彻底关闭，行电极线上的电压为负电压；一般选取-5V（VGL ）左右，这个控制 TFT 开关导通的正脉冲电压就是以后要介绍的叫 VGH；控制 TFT 开关截止的负电压就是以后要介绍的叫 VGL。栅极驱动电路在产生这
14、样一个逐行移位的信号，主要由移位寄存器电路在辅助信号（STV、CKV ）的配合下完成的。3、时序控制电路（T-CON ）：就是把前端信号处理电路送来的 LVDS 信号经过逻辑转换；产生向“栅极驱动电路”及“源极驱动电路” 提供为进一步转换需要的各种控制信号（STV、CKV 、 STH、CKH、 POL）及图像数据信号（RSDS） 。LVDS 信号包括图像的 RGB 基色信号及行同步、场同步信号及时钟信号；这些信号进入时序控制电路后，RGB 基色信号经过转换成为；RSDS 图像数据信号。行、场同步信号经过转换转变成为栅极驱动电路和源极驱动电路工作所需的辅助控制信号STV、CKV、STH、CKH、
15、POL 。在转换的过程中根据不同的屏分辨率、屏尺寸、屏特性；由软件控制转换的过程。4、灰阶电压产生（伽马校正电压）：在液晶显示屏上；在源极驱动电路向液晶屏列电极施加一个幅度逐步变化的电压（像素信号电压）和液晶屏上产生光点的亮度的大小是一个严重畸变的非线性变化关系，是一个类似 S 形的曲线，图 1.10 所示（当电压等分变化，液晶屏透光率变化中间拉长，两边压缩）。图 1.9 图 1.10对比图 1.9 显像管的电压/亮度曲线和图 1.10 的液晶屏的电压/ 亮度曲线；可以看出图1.9 所示的显像管电压/亮度变化曲线只是在显像管低亮度区域，电压变化时亮度变化迟钝一些，中、高亮度变化时；和所加的控制
16、电压变化已经非常接近了，并且在电视信号的发送端对信号的幅度变化已经根据显像管的这种特性进行了预矫正，所以显像管电视成像是就无需再增加针对显像管电压/亮度变化非线性特性的矫正电路。图 1.11而图 1.10 所示的液晶屏亮度变化和所加的控制电压变化的关系，在低亮度和高亮度都严重的出现了电压正常变化亮度变化迅速，而在中等亮度时；电压变化正常而亮度甚至没有变化，这样重现的图像会出现非常难看的灰度（层次）失真，这是必须要予以解决的。这就是液晶屏的逻辑驱动电路里面有一个专门针对这种失真的电压校正电路，采用一序列幅度变化不成比例的预失真电压，这一系列的电压我们称为灰阶电压，电压组成的曲线,图1.11 所示
17、（透光率等分变化，电压变化中间拉长，两边压缩） 。用这一系列变化的灰阶电压对；像素信号所携带的不同的亮度信息进行赋值；以纠正液晶屏的图像灰度失真。这个矫正就叫伽马校正。灰阶电压产生电路就是产生这一序列幅度变化不成比例的预失真电压的电路。至于伽马校正的过程；是这个一序列的幅度变化不成比例的预失真电压，进入液晶屏源极驱动集成电路以后每一个变化级差再经过 16 等分，总级数达到 256 级（8 位） ，在源极驱动集成电路内部，根据像素信号携带的亮度分量（信息）对加到液晶屏源极的像素信号进行赋值，使之变成为幅度相应变化的源极模拟驱动信号。5、DC/DC 变换电路：液晶屏逻辑驱动电路是一个独立系统。为了
18、保证这个独立的系统各个部分的正常、稳定工作，这个部分工作的各种电源供电、VDD 供电、栅极驱动供电（VGH 、VGL） 、源极驱动的伽马电压产生（VDA）专门设置了一个独立的开关电源供电；把液晶电视机主板开关电源的 5V 或者 12V 经过控制送给这个独立的开关电源，产生逻辑驱动电路所需的VDD、VDA 、VGL 、VGH 电源输送给逻辑驱动相应的电路；图 1.5 所示是整个逻辑转换系统的供电流向图。对于这一个“逻辑驱动电路”整体来说，我们可以把它看成是一个具有独立功能主要由多个数字电路组成的单元电路，各部分的工作均需要供电电压（VDD） ，并且还要有产生伽玛（Gamma）电压的基准电压（VD
19、A ） ，栅极驱动脉冲的幅度标准电压（VGH 、VGL ）等；都由这个 DC/DC 变换电路产生，要求无干扰、电压精度高，是一个专门的开关电源电流，是一个专门对这个逻辑驱动系统供电的开关电源电路（也有的资料把它称为：TFT 屏偏压供电电路） 。在这块 T-CON 电路板上， DC/DC 变换电路是故障率比较高的部分。第二章 电路分析部分海信液晶电视 RSAG7.820.1453 时序控制电路板电路分析该时序控制电路广泛的应用在国内 32 寸、37 寸液晶电视机中，电路的组成框图见图 1.5虚线框内所示；实物见图 1.7 所示，电路原理图附图 1、2、3 所示（在 郝铭专栏下载）电路组成（图 1
20、.5 虚线框内所示）：时序控制主芯片：CM1682ADC/CD 变换电路：TPS65161 及外围电路组成。伽马电压产生：精密电阻 R71R89 组成的电压分阶电路组成。伽马电压缓冲电路：EC5575 （HX8915 、AS15 ）时序电路输出信号 RSDS、STH、CKH、POL、STV、CKV 及时序控制电路工作流程：信号介绍：RSDS：低摆幅差分串行图像数据信号STH： 源极驱动电路移位寄存器“位移”起始脉冲，重复时间为：行周期。CKH： 源极驱动电路移位寄存器“ 触发”脉冲，频率为：（一行像素数2）行频。POL： 源极像素信号极性逐行反正控制信号， 频率为：不同反转组合频率不同。STV
21、： 栅极驱动电路移位寄存器“位移”脉冲，脉冲宽度 1H 重复时间为：场周期CKV： 栅极驱动电路移位寄存器“ 触发”脉冲，频率为：行频。前端信号处理电路送来的 LVDS 视频图像信号，经过输入接口进入时序控制主芯片CM1682A 内部，标准清晰度的 LVDS 信号由五对差分线对组成，在这五对差分线对中包括有：表示图像内容的数据信号（RGB） 、行同步信号（HS） 、场同步信号（VS） 、使能信号（DE）和时钟信号（SCLK） 。进入时序控制芯片 CM1682A 的 LVDS 信号经过处理最终分为两类信号输出：一类信号是由 LVDS 信号中的 RGB 信号产生的，表示图像内容的数据信号，这是一个
22、串行的低摆幅差分信号（RSDS） ，输出后加到液晶屏周边的“源极驱动电路”上，另一类信号是由 LVDS信号中的行、场同步信号产生的，控制“源极驱动电路”及“栅极驱动电路”工作的控制信号STH、CKH、POL、STV、CKV ，这些信号中的 STH、CKH、POL 信号的作用是控制“ 源极驱动电路”把串行的 RSDS 信号转换为一行一行并行的像素数据信号，并且信号的极性逐场翻转 180 度，这个翻转 180 度的像素数据信号经过 D/A 变换并经过伽马校正电压赋值后作为液晶屏的源极驱动信号加到液晶屏上。图 2.1信号中的 STV、CKV 信号的作用是控制“ 栅极驱动电路 ”产生一个由上向下逐行移
23、位的触发脉冲；逐行显示“源极驱动电路”送来的一行一行的像素信号。图 2.1 所示；可以看出；STH、CKH、RSDS、POL 信号加到 “源极驱动电路”；STV、CKV 加到 “栅极驱动电路 ”上。（由于液晶电视机采用的液晶屏的尺寸、分辨率有差异，所以在转换的过程中要受到相应的软件的控制，使之输出的数据信号、控制信号必须和所采用的液晶屏的参数相吻合）在以上信号的处理过程中：各部分电路的工作需要有合适的工作电压；VDD 是电路的供电电压一般为+3.3V。VDA 是产生伽马校正电压的基准供电电压，经过电阻分压后变换成为伽马校正电压，VDA 电压一般为 18V。VGH 电压和 VGL 电压是液晶屏栅
24、极驱动脉冲的高电平和低电平电压，为了保证液晶屏的 TFT 开关管在触发时充分导通，触发过后彻底关闭（VGH 是导通电平，VGL 是关闭电平） ，导通电平 VGH 为+23V+30V，关闭电平（截止电平）VGL 为-5V 。一、时序控制电路主芯片 CM1682ACM1682A 是台湾奇美（CHI MEI）公司的产品，主要应用于奇美 32 寸至 37 寸液晶显示屏时序控制电路信号转换之用。支持 一个通道 6 / 8bit LVDS 输入支持 VGA/SVGA/XGA/WXGA 分辨率新型智能极性算法的双电源供电I/O 电源为 2.5V 0.2V 和逻辑电源为 1.8V0.1V 供电可编程 TCON
25、 选择嵌入式图像发生器嵌入式电压检测自动白色跟踪功能嵌入式扩频时钟发生器128 引脚 QPF 封装前端输入 LVDS，经过软件控制，输出液晶屏“ 源极驱动电路 ”及“ 栅极驱动电路”所需的图像数据信号（RSDS）及相关电路所需的各种控制信号（STH、CKH 、 POL、STV、CKV 、OE 、GVON、GVOFF ）等，图 2.2 所示为 CM1682A内部框图。图 2.2在图 2.2 中可以看出：LVDS 进入 CM1682A 后，经过白色跟踪后分为两路；反映图像内容的“图像数据” 信号向上经过变换、缓冲输出 RSDS 低摆幅的串行 RGB 差分信号，RGB共输出 9 线对的 RSDS 信
26、号（RSDS 信号内部只含有 RGB 数据信号，LVDS 信号内部包含RGB、HS、VS、LCK、OE 信号） ，这 9 线对信号中：RGB 各 3 对（红基色R：R0P/R0N、R1P/R1N、R2P/R2N，绿基色 G：G0P/G0N、G1P/G1N、G2P/G2N，蓝基色R：B0P/B0N、B1P/B1N、B2P/B2N） 。图 2.3 所示是 CM1682A 部分电路电路图，共有引脚 128 只，此集成电路属于大规模数字集成电路，电路引脚多，基本没有外围元件（对于前期经常维修 CRT 模拟电视机的师傅看起来可能不太习惯） ，但是要是掌握了前面介绍的电路框图及信号的流程，可以看出其电路的
27、输入信号、输出信号、电源供电电路条理清晰，只要搞清除各个输入、输出信号及引脚的作用，很容易测量、判断故障，迅速的排除故障。图 2.3 所示电路的分析就是要根据前面介绍的 T-CON 电路的输入信号（LVDS ） 、输出的数据信号（RSDS） 、基本驱动信号（STH、CKH 、 POL、STV、CKV 、OE 、GVON、GVOFF ） ，电源供电、接地线等，在电路图上识别出来，以便进行测量。图 2.3对于 CM1682A 这块集成电路，把各个引脚进行归类（输入、输出、供电） ，分清信号的性质、流向，就可以看出电路是及其的简单（注意：集成电路的引脚符号以集成电路方框外面的标注为准，内部是集成电路
28、产生厂定义的符号，外部是电视机产生厂软件定义的） 。下面对 CM1682A 的各输入、输出信号及供电、接地进行分类。（1） 、输入信号（LVDS）：LVDS（Low voltage differential signal）低压差分信号微幅差分信号，是振幅 0.35V 的差分数字信号具有很强的抗电磁干扰（EMI）的能力及很高的传输率，目前主要应用于前端信号处理和 T-CON 电路之间的信号传输，传输的信号内包括：RGB 基色信号、行同步信号、场同步信号、使能信号、时钟信号。CM1682A 的引脚 5、6、7、8、10、11、12、13、14、15 是 LVDS 信号的输入端。目前一般 1366768 的分辨率的标清屏是输入 8 位 5 组差分信号，其数据线名称为 0- 0+，1- 1+，2- 2+，CLK- CLK+，3- 3+（LVDS 接口的信号也有 6 位 4 组差分，如果是 6 位屏就没有 3- 3+这一组信号）一共 5 对信号，这 5 对信号中；其中一对线是时钟线（CLK+、CLK-） ，另四对是数据线（RX0+、RX0- ；RX1+、RX1-；RX2+、RX2-；RX3+、RX3-） 。关于 LVDS 信号的格式既然是一对时钟线和 4 对数据线，那么这 4 对数据线就传送有三基色 RGB 像素信号和
