摘  要: 介紹了TH-LCD Tester液晶屏測試儀,。該測試儀可對各種規(guī)格的液晶屏進行閾值電壓的目測,、響應特性的目測、全屏功耗電流的測量和各電極之間的短路檢查,。討論了液晶屏測試儀的工作原理;剖析了RMS/DC轉換集成電路AD536A的工作原理和典型應用,。

　　關鍵詞: 測試儀器  有效值  LCD

 　　TH-LCD Tester液晶屏測試儀是在生產(chǎn)線上對各種規(guī)格的液晶屏進行質量檢查的必備儀器。該儀器可進行閾值電壓的目測,、響應特性的目測(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,，因此在外加電壓驅動下，可等效為一個電容性負載,。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構成典型的微分電路，AD574A構成數(shù)據(jù)采集電路,，大家很熟悉,，這里不再討論。RMS/DC轉換電路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,。兩者的測試結果是不同的,，而且與電流采樣電壓脈沖的形狀和占空比關系極大。

　　本方案采用RMS/DC轉換集成電路AD536A對復雜的電壓波形(交流成分加直流成分)的有效值進行測量,。而平均值(MAD)和有效值(RMS)之間的關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轉換芯片AD536A介紹

3.1 AD536A的工作原理

　　AD536A是將真有效值轉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)濾波得出結果,。這里很重要的一條是要求平均的時間常數(shù)要遠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/電流轉換。

　　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:

　　電流I₄流過低通濾波電路R₁和C_AV(外接電容)后，又返回驅動電流鏡產(chǎn)生I₃,，當時間常數(shù)R₁C_AV遠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I_1rms,。

3.3 AD536A測量精度分析

　　AD536A使用極其方便，只有一個外接電容C_AV,。因此,，求平均值時的時間常數(shù)是R₁C_AV。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C_AV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C_AV的值。因為波紋的大小是反比于C_AV值的，所以增加C_AV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)R₁C_AV至少等于7倍輸入信號周期,。例如脈沖序列是100Hz,，取R₁C_AV≥100ms，C_AV約為4μF,。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C_AV的值,，因為直流誤差是取決于C_AV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10μs,，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載,，則RMS的測量值約等于MAD的測量值。

　　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系極大,。

　　· 兩種測試儀對電阻R進行MAD和RMS測試的數(shù)據(jù)基本相同。

　　· 兩種測試儀對單象素進行MAD和RMS測試的數(shù)據(jù)相差約十幾倍,。

　　· 由于LCD是對驅動電壓的有效值響應的,，所以對于功耗電流，測量其有效值更有意義,。

參考文獻

1 Special  Linear  Reqerence Manual. ADC公司,，1997

2 Operators Manual Model 3200 LCD Tester.R.P.G.Electronics，1995

3 雷有華,，張百哲,，梁振波等.THLC-2型液晶特性測試儀的研制.電子技術應用，1999,；25(11):35～37