一, Fundamentals of Technical Collaboration: Køreegenskaber og analoge signalbehandlingskrav for ødelagt LCD
1. Den drivende essens af LCD med brudt kode: AC elektrisk feltkontrol
Hvert displaysegment af en brudt kode LCD er sammensat af gennemsigtige elektroder, og dets arbejdsprincip er baseret på de elektriske feltresponsegenskaber for flydende krystalmolekyler: når en specifik frekvens og amplitude af AC elektrisk felt påføres, ændres arrangementet af flydende krystalmolekyler, og lystransmittansen ændres i overensstemmelse hermed, hvorved der opnås visning. Denne egenskab stiller strenge krav til køresignalet:
Spændingsområde: normalt 3V til 5V (TN-type) eller højere (STN-type kræver 10V eller derover);
Frekvenskrav: Den typiske kørefrekvens er 32Hz til 256Hz for at undgå, at jævnstrømskomponenter forårsager elektrokemisk nedbrydning af den flydende krystal;
Symmetri af bølgeform: Amplituden af positive og negative impulser skal være strengt ens for at sikre, at netto DC-forspændingen er nul.
2. Kerneopgaven for analog signalbehandling
Det analoge signalbehandlingskredsløb skal udføre tre hovedfunktioner:
Signalbehandling: Forstærk det svage signal, der udsendes af sensoren (såsom mV-niveau termoelementsignal) til det spændingsområde, der kræves for at drive LCD-skærmen;
Støjundertrykkelse: Eliminer strømfrekvensinterferens (50Hz/60Hz) eller høj-støj gennem filtreringskredsløb;
Niveaukonvertering: Konverter ikke-standardsignaler (såsom 0-10V industrielle signaler) til logiske niveauer, der kan genkendes af LCD-driverchips.
2, Key Circuit Design: Komplet signalkæde fra sensor til LCD
1. Signalopsamlings- og forstærkningskredsløb
Tager man temperaturmålesystemet som eksempel, er den typiske signalkæde som følger:
Sensorgrænseflade: PT100 platinmodstand er forbundet til konstantstrømkildekredsløbet gennem et treledersystem for at eliminere ledningsmodstandsfejl;
Instrumentforstærker: Brug af-støjsvag operationsforstærkere såsom AD620 til at forstærke små spændingsændringer (såsom 0-100mV svarende til 0-100 grader) til 0-5V;
Anti-aliasing-filtrering: Et anden-ordens Butterworth lav-lavpasfilter (afskærings-frekvens 10Hz) undertrykker høj-støj og undgår sampling-aliasing.
2. Analog til digital konvertering og logisk behandling
ADC valg: 12 bit SAR type ADC (såsom ADS7841) giver tilstrækkelig opløsning til at konvertere analoge signaler til digitale størrelser;
Mikrocontrollerbehandling: STM32F103 og andre MCU'er konverterer temperaturværdier til LCD-driverkoder gennem en opslagstabelmetode, mens de også implementerer funktioner såsom overgrænsealarmer;
Referencespændingskilde: Præcisionsreferencekilder såsom ADR434 giver en referencespænding på 4,096V for at sikre ADC-konverteringsnøjagtighed.
3. Generering af LCD-driversignal
Specialiseret driverchip: HT1621 og andre driver-IC'er integrerer ladepumper, som kan øge 3,3V logisk spænding til 15V for at drive STN-type LCD;
Generering af kommunikationsbølgeform: komplementære PWM-signaler udsendes gennem MCU-timere, og firkantbølger med den påkrævede frekvens og arbejdscyklus syntetiseres af den drivende chippens interne logik;
Backplane-scanning: Driverchippen aktiverer COM-terminalen på en tids--opdelt måde og samarbejder med SEG-terminalsignalet for at opnå multibit-visning.
4. Strømstyringskredsløb
Multispændingsdomænedesign: LDO (såsom AM11117-3.3) leverer 3,3V digital strømforsyning, og ladepumpe (såsom SGM3209) genererer -5V bagpladeforspænding;
Baggrundsbelysningsdriver: Boost-kredsløb (såsom AP3603) booster 5V input til 18V for at drive LED-baggrundsbelysning, der understøtter PWM-dæmpning for at reducere strømforbruget.
3, Typiske anvendelsesscenarier: Praktiske tilfælde af industrielle instrumenter og medicinsk udstyr
1. Industriel tryktransmitter
Signalkæde: piezoresistiv sensor → instrumenteringsforstærker → 24 bit Δ - ∑ ADC → MCU → LCD-driver;
Nøgledesign:
Brug af en 4-20mA strømløkke til at transmittere signaler og forbedre anti-interferensegenskaber;
Driverchippen har et indbygget- temperaturkompensationskredsløb for at eliminere indflydelsen af temperaturændringer på reaktionskarakteristikaene for den flydende krystal;
Implementer digital filtrering gennem software (såsom glidende gennemsnitsalgoritme) for yderligere at forbedre skærmstabiliteten.
2. Bærbar elektronisk blodtryksmåler
Signalkæde: piezoelektrisk sensor → ladeforstærker → båndpasfilter (0,5-5Hz) → ADC → MCU → LCD-driver;
Nøgledesign:
Brug af en dobbelt operationel forstærkerarkitektur (såsom OPA2350) til at opnå ladespændingskonvertering og forbedre signal-til-støjforhold;
Driverchippen understøtter delvise visningstilstande, der kun aktiverer blodtryksrelaterede segmenter for at reducere strømforbruget;
Integreret vagthund-kredsløb for at forhindre systemnedbrud og visningsabnormiteter.
4, Tekniske udfordringer og løsninger
1. Vis responsforsinkelse i omgivelser med lav-temperatur
Problem: Viskositeten af den flydende krystal stiger med faldende temperatur, hvilket resulterer i længere responstid;
Løsning:
Driver-chippen giver overkørselsfunktion, der anvender en kort højspænding for at accelerere flydende krystaljustering under displayskift;
Ved at bruge flydende krystalmaterialer med bred temperatur (såsom VA-type) udvides arbejdstemperaturområdet til -40 grader til +85 grader.
2. Vis forvanskede tegn forårsaget af elektromagnetisk interferens
Problem: Støj genereret ved at skifte strømforsyning eller motorer kommer ind i signallinjen gennem rumlig kobling;
Løsning:
Placer TVS-dioder (såsom SMAJ5.0A) nær LCD-stikket for at absorbere forbigående højspænding;
Brug af magnetiske perler (såsom BLM18PG121SN1) til at isolere digitale og analoge strømforsyninger;
Nøglesignallinjen (såsom SEG-terminalen) er forbundet i serie med en 22 Ω-modstand for at danne et RC-lav--pasfilter.
3. Lav effekt design optimering
Problem: Bærbare enheder kræver lang-drift og er følsomme over for strømforbrug.
Løsning:
Driverchippen understøtter dvaletilstand, og den statiske strøm kan reduceres til under 1 μA;
Vedtagelse af reflekterende LCD (ingen baggrundslys påkrævet), kombineret med omgivende lyssensor for at opnå automatisk baggrundslyskontrol;
MCU går i nedlukningstilstand og opdaterer kun data via RTC-tidsindstillet opvågning-.
