AD536A在液晶屏測試儀中的應(yīng)用

??? TH-LCD Tester液晶屏測試儀是在生產(chǎn)線上對各種規(guī)格的液晶屏進(jìn)行質(zhì)量檢查的必備儀器。該儀器可進(jìn)行閾值電壓的目測、響觰匭緣哪坎?閃光試驗)；全屏功耗電流的測量和各電極之間的短路檢查。

?????? 其中后兩項是測試全顯電流和段電流的有效值。由于液晶屏的背電極和段電極之間是灌注了液晶材料的，因此在外加電壓驅(qū)動下，可等效為一個電容性負(fù)載。所以，液晶屏的電流采樣電路是一個典型的微分電路，其輸出電壓是一個窄脈沖序列，使用RMS/DC轉(zhuǎn)換集成電路AD536A可以實時測試不同窄脈沖電壓的有效值。

???????? 1 液晶屏測試儀的系統(tǒng)組成

??????? 系統(tǒng)的組成可分為三部分。其一，是產(chǎn)生驅(qū)動LCD樣品的不同頻率、不同幅度的對稱方波電壓，主要由DAC1、DAC2和波形變換電路組成；其二，是選擇待測LCD樣品的不同背電極和段電極的開關(guān)矩陣電路；其三，是測量選中的背電極和段電極之間的功耗電流電路，主要由LM411電流采樣電路、RMS/DC轉(zhuǎn)換電路和測量電路組成。所有這三部分皆是在主控CPU(8032)的控制下有序地工作。液晶測試儀原理方框圖如圖1所示。其中，LM411構(gòu)成典型的微分電路，AD574A構(gòu)成數(shù)據(jù)采集電路，大家很熟悉，這里不再討論。RMS/DC轉(zhuǎn)換電路AD536A則是本文討論的重點。

??????? 2 功耗電流測量電路

??????? 功耗電流測量電路原理方框圖見圖2。

???????? 因為待測的LCD樣品是容性負(fù)載，則由外接的精密測量電阻R、LCD樣品的等效電容C和LM411AH構(gòu)成的電流采樣電路是典型的微分電路，其輸出電壓Vout的典型波形見圖3。

???????? 由于電流采樣電路的輸出電壓是占空比很小的微分窄脈沖序列，所以電流測量就有兩種方案：一是測量其平均值MAD，這是美國R．P．G．Electronics公司3200型LCD測試儀采取的方案；二是測量其有效值RMS，這是本儀器采用的方案。兩者的測試結(jié)果是不同的，而且與電流采樣電壓脈沖的形狀和占空比關(guān)系極大。

??????? 本方案采用RMS/DC轉(zhuǎn)換集成電路

??????? AD536A對復(fù)雜的電壓波形(交流成分加直流成分)的有效值進(jìn)行測量。而平均值MAD和有效值RMS之間的關(guān)系是隨波形的形狀不同而不同的，從表1幾個例子可以看出。

???????? 3 RMS/DC轉(zhuǎn)換芯片AD536A介紹

??????? 3.1 AD536A的工作原理

??????? AD536A是將真有效值轉(zhuǎn)換成直流的單片集成電路，可以連續(xù)、實時地計算輸入信號的平方、平均值，且得到的直流電壓值正比于輸入信號的有效值RMS。

??????? AD536Ａ計算RMS時，首先求得絕對值(整流電路)；第二步進(jìn)行平方計算；第三步是平均計算，即除以反饋回來的輸出電壓；最后再經(jīng)濾波得出結(jié)果。這里很重要的一條是要求平均的時間常數(shù)要遠(yuǎn)大于待測信號的周期，這樣才能保證測試的精度。

??????? 3.2 AD536A電路分析

??????? AD536A的典型RMS連接圖如圖4所示。

???????? AD536A由以下四部分組成：
??????? ·絕對值電路(整流電路)；
??????? ·平方電路和平均電路；
??????? ·電流鏡電路；
??????? ·緩沖放大器電路。
??????? AD536A的電路原理圖如圖5所示。

???????? 運算放大器A1、A2和晶體管Q6的B-E結(jié)及電阻R3、R4、R5、R6組成的部分是典型的求絕對值電路，該電路的主要作用是實現(xiàn)絕對值的電壓/電流轉(zhuǎn)換。
I1＝(1)
??????? 運算放大器A3和晶體管Q1、Q2、Q3、Q4組成的是單象限乘法/除法(平均)電路。I1流過晶體管Q1、Q2，I3流過Q3，分別作用于Q4的發(fā)射極和基極，從而得到：
I4＝I12/I3?2　
??????? 電流I4流過低通濾波電路R1和CAV(外接電容)后?又返回驅(qū)動電流鏡產(chǎn)生I3，當(dāng)時間常數(shù)R1CAV遠(yuǎn)大于待測信號的周期時，則I3就是I4的平均值。
??????? 由有效值的定義和式?2　可知，I4實際上就是I1的有效值I1rms。
??????? 電壓輸出是由Iout產(chǎn)生的。從電流鏡電路可知Iout＝2I4?即Iout＝2I1rms。經(jīng)過電阻R2，轉(zhuǎn)換成輸出電壓：
Vout＝IoutR2＝2I1rms×R4＝I1rmsR4＝VIN　rms?3　
式中， R4＝50kΩ
R2＝25kΩ

??????? 3.3 AD536A測量精度分析

??????? AD536A使用極其方便，只有一個外接電容CAV。因此，求平均值時的時間常數(shù)是R1CAV。時間常數(shù)的大小是影響測量精度的主要因素。

??????? 若輸入信號是變化緩慢的直流信號，AD536A的輸出能夠準(zhǔn)確地跟蹤輸入信號。

??????? 對于較高頻率變化的輸入信號，AD536A的輸出就近似等于輸入信號的有效值RMS，存在直流誤差和波紋起伏。

??????? 直流誤差的大小取決于輸入信號的頻率和外接電容CAV的值。

??????? 輸出信號尚有波紋的起伏變化。有兩種方法可減小波紋： 一是增加外接電容ＣＡＶ的值。因為波紋的大小是反比于CAV值的，所以增加CAV的值可以有效地減小波紋的大小。對于測量低占空比的脈沖系列(這正是液晶屏采樣電流脈沖的特點)的輸入信號，要求平均的時間常數(shù)R1CAV至少等于7倍輸入信號周期。例如脈沖序列是100Hz，取R1CAV≥100ms，CAV約為4uF。二是采用后接濾波器的方式，可以是一階或二階濾波器。這里要說明的是，在使用中要由實驗來選定CAV的值，因為直流誤差是取決于CAV值的，而不受后接濾波器的影響。

??????? 4 TH-LCD Tester和3200型LCD測試儀的比較

??????? 在實際測量中，LCD驅(qū)動電壓信號的頻率一般是128Hz，采樣周期為7.8ms。而LCD樣品的測量電壓波形持續(xù)的平均時間略小于10us，則樣品的電流采樣脈沖電壓的占空比η＜0.01，所以RMS的測量值約十幾倍于MAD的測量值。若待測的樣品是阻性負(fù)載，則RMS的測量值約等于MAD的測量值。

??????? 表2 兩種測試方法比較
?

???????? 表2是對兩種測試方法的比較。在這里，美國3200型LCD測試儀測量的是樣品的MAD值；TH-LCD Tester測量的是樣品的RMS值；待測的樣品是象素LCD和電阻；測試條件是驅(qū)動電壓為3V，頻率為128Hz。

??????? 通過對以上測試數(shù)據(jù)的比較可知：

??????? · MAD和RMS測試數(shù)據(jù)與電流采樣脈沖的形狀和占空比關(guān)系極大。
??????? · 兩種測試儀對電阻R進(jìn)行MAD和RMS測試的數(shù)據(jù)基本相同。
??????? · 兩種測試儀對單象素進(jìn)行MAD和RMS測試的數(shù)據(jù)相差約十幾倍。
??????? · 由于LCD是對驅(qū)動電壓的有效值響應(yīng)的，所以對于功耗電流，測量其有效值更有意義。