Ремонт мониторов Samsung. Микросхемы для LCD-мониторов от MStar Semiconductors

В предлагаемой публикации дается обзор микросхем, выпускаемых одним из ведущих производителей элементной базы LCD-дисплеев – фирмой MStar Semiconductors. Микросхемы этого производителя можно встретить в мониторах многих торговых марок, но особенно широкое применение они нашли в дисплеях, выпускаемых Samsung и Sony. Фирмой MStar Semiconductors предлагается не очень широкая номенклатура изделий, но то, что производится ею, отличается хорошей функциональностью, что и обуславливает применение ее продукции в мониторах ведущих брендов.

Основной продукцией MStar Semiconductors являются микросхемы аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и микросхемы однокристальных скалеров. Таким образом, получается, что за исключением микропроцессора, данной фирмой выпускаются основные компоненты, необходимые для построения функционально-законченной электронной части LCD-монитора. Блок схема LCD-монитора и основные типы применяемых микросхем MStar Semiconductors представлены на рис.1.

Рис.1 Блок-схема LCD-монитора.

К основным особенностям и характеристикам микросхем АЦП от MStar относятся:

– максимальная частота выборки при преобразовании – 110/140 Мвыборок/сек (у микросхемы MST9888-205 до 205 Мвыборок/сек);

– наличие интегрированной 5-разрядной фазовой подстройки пиксельной частоты;

– наличие интегрированной схемы фиксации, совмещенной с тактовым генератором;

– наличие интегрированного управления яркостью и контрастностью;

– наличие полнофункционального процессора синхронизации;

– наличие функции фиксации средневзвешенных значений;

– полная совместимость по контактам с АЦП AD9883A/AD9884A.

Основными особенностям микросхем скалеров MStar являются:

– наличие интегрированного АЦП с частотой преобразования до 135 МГц (для SXGA);

– полная совместимость с интерфейсом DVI 1.0 на частотах до 1.65 ГГц;

– наличие интегрированного интерфейса LVDS, работающего с частотой до 700 МГц;

– возможность поддержки LCD-панелей с интерфейсом RSDS;

– наличие интегрированной логической схемы 7414;

– наличие интегрированной схемы поддержки DDC;

– поддержка 16-цветного ОSD;

– поддержка технологии sRGB;

– малое энергопотребление в режиме StandBy (менее 0.05 Вт);

– поддержка входных сигналов SOG;

– формирование пониженного уровня электромагнитных излучений за счет применения технологии Spread Spectrum Clocking – SSC (генерация в расширенном диапазоне);

-исполнение в 128-контактном корпусе типа QFP.

Одной из самых востребованных и применяемых микросхем в современной промышленности LCD-дисплеев является MST9131, которая, например, является основой для построения таких мониторов, как Samsung SyncMaster 152N/153T/172N/172X/192N и т.д. Именно на примере одного из этих мониторов, а точнее на примере Samsung SyncMaster 172N/192N, разберем особенности применения скалера MST9131.  Блок-схема  основной платы данного монитора (шасси BB-17A) представлена  на рис.2

Рис.2 Блок-схема основной платы монитора Samsung SyncMaster 172N/192N

Здесь, однако, стоит сделать следующее замечание. Дело в том, что большинство разработчиков, как впрочем, и Samsung, не утруждают себя разработкой отдельных схем на различные модели мониторов. Гораздо проще разработать одну схему (одну печатную плату – шасси) и использовать ее в самых разнообразных моделях, изменяя лишь программную прошивку микропроцессора, тип устанавливаемого внешнего интерфейса (D-SUB или DVI) и тип LCD-панели. Таким образом, разные модели мониторов имеют одну и ту же принципиальную схему, и в них используется одна и та же универсальная печатная плата. Поэтому, если рисовать принципиальную схему печатной платы монитора, то на ней появятся элементы, которые на самом деле в соответствующей модели не используются, но на плате присутствуют. Именно с таким явлением мы и столкнемся при рассмотрении схемы на монитор SyncMaster 172N, на которой мы найдем, например, линии и сигналы, соответствующие интерфейсу DVI, который в данной модели отсутствует, но на печатной плате полностью разведен.

Управляющим микропроцессором монитора является микросхема IC7 – NT68F63 производства Novatek. Этим микропроцессором выполняются следующие функции:

– осуществляется обработка входных сигналов монитора HSYNC и VSYNC с целью определения режима работы;

– осуществляется передача EDID данных по линиям DDC для поддержания функции Plug&Play;

– осуществляется доступ к EEPROM;

– обрабатывается состояние кнопок панели управления;

– управляется светодиод панели управления;

– осуществляется управление скалером посредством передачи команд и данных по внутренним системным шинам;

– обеспечивается управление модулем задней подсветки LCD-панели;

– обеспечивается управление источником питания;

– контролируется подключение монитора к ПК.

Скалером MST9131 (IC12), который, кстати, может быть заменен микросхемой MST9111, обеспечивается выполнение следующих функций:

– предварительное усиление входных аналоговых сигналов RGB;

– аналого-цифровое преобразование сигналов RGB;

– управление яркость и контрастностью изображения;

– формирование служебного меню – OSD;

– обработка сигналов интерфейса DVI, т.е. выполнение функций TMDS- ресивера;

– повышающее или понижающее масштабирование изображения, т.е. преобразование входного изображения с любым разрешением до разрешения 1280х1024;

– формирование выходных сигналов для передачи на LCD-панель, т.е. выполнение функций LVDS-трансмиттера.

Упрощенно, структуру микросхемы скалера MST9131 можно представить так, как это показано на рис.3.

Рис.3 Упрощенная структура микросхемы скалера MST9131

Для питания всех компонентов скалера используется несколько напряжений, назначение которых представлено в табл.1.

Таблица 1.Назначение компонентов скалера MST9131

Программирование функций скалера и его диагностика осуществляется микропроцессором монитора посредством доступа к внутренним регистрам скалера по хост-шине, в качестве которой используется шина I2C. Этой внутренней шине I2C на принципиальной схеме соответствуют сигналы HCLK (тактовая частота), HDATA (данные), HFS (выбор микросхемы).

Частота внутреннего генератора скалера задается кварцевым резонатором X2. Начальный сброс скалера осуществляется сигналом RST#, который формируется микропроцессором. При низком уровне этого сигнала, все регистры скалера сбрасываются в нулевое состояние. Нормальное (рабочее) состояние сигнала RST# – это высокий уровень.

Для синхронного преобразования входных аналоговых сигналов, а также для синхронной передачи цифровых данных на LCD-панель, на вход скалера подаются сигналы строчной и кадровой синхронизации (HSYNC_OUT1 и VSYNC_OUT).

Скалер MST9131 имеет два входных интерфейса видеосигналов: цифровой (для сигналов DVI) и аналоговый (для сигналов D-SUB). Возможность реального использования этих интерфейсов определяется моделью монитора, но скалером они поддерживаются оба.

Активность входных интерфейсов монитора определяется микропроцессором путем анализа сигналов CHK_DSUB и CHK_DVI. После определения микропроцессор настраивает скалер на работу с соответствующим типом интерфейса.

Цифровые сигналы интерфейса DVI (RXC+/-, RX0+/-, RX1+/-, RX2+/-) подаются непосредственно на входы скалера, в составе которого имеется TMDS-трансмиттер, осуществляющий их обработку.

Аналоговые сигналы R_IN, G_IN, B_IN также подаются напрямую на входы MST9131. Для повышения помехоустойчивости, эти сигналы выполнены в виде витой пары, второй провод которой представляет собой экран и соединен с «землей» (B_GND, R_GND, B_GND). Аналоговые сигналы цвета обрабатываются внутренним АЦП скалера.

Программирование скалера и мониторинг его состояния осуществляется путем записи и чтения его внутренних регистров либо через интерфейс I2C, либо через параллельную 8-разрядную шину.

Данные шины I2C передаются по линии HDATA. Передача этих данных сопровождается тактовыми сигналами на линии HCLK. Процесс передачи данных по шине I2C сопровождается выбором устройства (в представленной схеме оно одно) – скалер. Этим сигналом выбора является сигнал HFS, формируемый микропроцессором.

Для доступа к регистрам скалера также может быть задействована и параллельная шина передачи данных. Эта шина является мультиплексированной, и сигналы этой шины обозначаются, как AD0-AD7. На линиях этой шины устанавливается и адрес регистра, и данные для записи/чтения. Так как шина адреса является 8-разрядной, то с помощью нее можно адресовать 256 регистров. Тип операции на шине (адрес или чтение) определяется состоянием сигналов RD (чтение) и WR (запись). Eсли активен сигнал RD, то данные передаются из скалера в микропроцессор (операция чтения). Если же активен сигнал WR, то данные от микропроцессора записываются в регистр скалера. Так как на одних и тех же линиях не может одновременно, и формироваться адрес, и передаваться данные, необходимо демультиплексирование (разделение) потока адреса и потока данных. Такое разделение осуществляется внутренним демультиплексором скалера, который управляется сигналом ALE от микропроцессора. Когда сигнал ALE активен (высокий уровень), на шине AD0-AD7 установлен адрес, а когда сигнал ALE неактивен (низкий уровень). То линии AD0-AD7 используются как шина данных. Сигнал ALE также формируется микропроцессором.

Тип интерфейса, используемого для управления скалером (параллельный или I2C), задается уровнем сигнала на его входном конт.69. Если на этом контакте установлен сигнал высокого уровня, то используется параллельный интерфейс, а если установлен сигнал низкого уровня, то используется шина I2C. Уровень сигнала на конт.69 задается конфигурационными резисторами R305 и R228, которые устанавливаются при адаптации печатной платы под конкретную модель монитора (еще раз напоминаем, что мы рассматриваем схему шасси, на котором могут базироваться многие модели мониторов).

Выходами скалера являются сигналы шины LVDS (RxO0-/+, RxE0-/+, RxO1-/+ и т.д.), используемой для связи с LCD-панелью. Микросхемой MST9131 поддерживается интерфейс LVDS с 8-ю дифференциальными парами сигналов. Каждая из дифференциальных пар используется для передачи последовательного потока данных. Использование 8-ми пар позволяет обеспечить более высокую пропускную способность LVDS-шины, хотя в бюджетных моделях мониторов может быть задействовано всего 4-пары сигналов. Кроме этих 8-ми пар, используемых для передачи цветовых данных, имеются еще и две пары, используемые для передачи тактовых сигналов (RxOC-, RxOC+, RxEC-, RxEC+).

Так как темой статью был обзор микросхем MStar Semiconductors, на этом можно было бы и закончить, но сделаем еще несколько замечаний по принципиальной схеме представленного монитора. Эти замечания касаются, в первую очередь сигналов микропроцессора NT68F63.

Для контроля состояния кнопок панели управления микропроцессором проверяется состояние сигналов KEY1 и KEY2. Наличие низкого уровня на этих контактах означает, что соответствующая кнопка нажата. Управление светодиодом панели управления осуществляется посредством сигнала LED_G. Установка этого сигнала в низкий уровень приводит к засвечиванию светодиода зеленым цветом. При высоком уровне этого сигнала светодиод на панели управления светится оранжевым цветом.

Управление инвертором ламп задней подсветки микропроцессор осуществляет двумя сигналами: ADJ_BL и BL_EN. Сигналом ADJ_BL обеспечивается регулировка яркости ламп. Этот сигнал на выходе процессора представляет собой высокочастотные импульсы, длительность которых изменяется при регулировке яркости. Сигналом BL_EN осуществляется запуск инвертора, т.е. обеспечивается включение и выключение ламп.

Сигнал SW_REG_EN используется для управления источником питания, а, кроме того, этот сигнал управляет подачей напряжения +5V_S, из которого формируются все напряжения питания скалера. Низкий уровень этого сигнала разрешает подачу напряжения +5V_S.

Сигнал PANEL-EN обеспечивает подачу напряжения +5V_PANEL на LCD-панель. Это напряжение используется для питания внутреннего контроллера TCON LCD-панели и других ее компонентов (столбцовых и строчных драйверов и т.д.). Низкий уровень сигнала PANEL-EN приводит к подаче питающего напряжения на LCD-панель и запуску ее электронной части.

Сигналом POWER_OFF разрешается/запрещается формирование напряжения +5V_B, которое предназначено для питания входных интерфейсных цепей. Низкий уровень этого сигнала разрешает работу интерфейсов.

Назначение сигналов HSYNC и VSYNC, думается, не требуют объяснения.

Технология sRGB разработана компанией Microsoft Corporation и является стандартной международной технологией управления цветом (IEC 61966-2-1), не требующей специальной калибровки видео устройств. Аббревиатура sRGB означает “стандартный Красный, Зеленый, Синий” – основные цвета, используемые при формировании цвета в электронно-лучевых мониторах, ЖК панелях, проекторах и других видео устройствах.

Технология sRGB устраняет различия в передаче цвета, свойственные разным видеоустройствам. В то время как большинство систем используют RGB в качестве базы для воспроизведения цвета, оттенки красного, зеленого и синего цветов могут отличаться от устройства к устройству, что приводит к неточности в передаче цвета различными устройствами. В результате, различные видеоустройства воспроизводят схожие, но не идентичные цвета.