Displays verlustarm ansteuern – Energie recyceln #####
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
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Die »IOD«-Technik (Intelligent Output Driver) von Adiabatic Logic verwendet eine CMOS-Schaltung, um die Charakteristik eines Treibers mit Abschlusswiderstand aktiv nachzubilden (Bild 2, oben). Dabei liefert ein Speicherkondensator den Großteil des Ladestroms für die Lastkapazität, der an einem Spannungsniveau zwischen dem Pegel der Spannungsversorgung und der Masse betrieben wird. Zusätzlich unterstützt die Induktivität der Last den Ladevorgang. So stellt der Speicherkondensator Ladung zu den steigenden Flanken bereit und lädt sich zu den fallenden Flanken wieder auf. Dadurch wird die Energie »recycelt«, die andernfalls verloren gehen würde.
Bild 2 stellt das Blockdiagramm eines IOD dem eines konventionellen Treibers mit einem Abschlusswiderstand am Ausgang des Bausteins gegenüber. Der Einsatz eines konventionellen Serienabschlusswiderstands führt zu einer zur Senke laufenden Welle mit halber Spannungsamplitude (Spannungsteiler aus Innenwiderstand und Serienwiderstand). Dort wird sie reflektiert, überlagert sich mit der hinlaufenden Welle und baut damit den vollen Spannungshub auf. Die zugeführte Energie »verheizt« der Widerstand.
Der IOD erzeugt die gleiche Halbwelle mit Hilfe der Speicherkapazität und einem aktiven Schaltblock ohne Beteiligung eines Spannungsteilers. Ein adaptiver Schaltkreis (Delay Locked Loop) steuert das Durchschalten des Ausgangs zwischen den beiden Spannungsversorgungspegeln über den halben Hub mit der Lastzeitkonstante. Eine Rampensteuerung begrenzt die Flankensteilheit der Schaltvorgänge, um elektromagnetische Interferenzen zu vermeiden.
Mithilfe von Simulationen und physikalischen Modellen konnte Adiabatic nachweisen, dass IOD in bestimmten Fällen positive Effekte sowohl auf die Übertragungsgeschwindigkeit als auch auf die Signalintegrität hat. Dies gilt insbesondere für nicht ideale Übertragungsstrecken, bei denen beispielsweise die Hauptübertragungsstrecke einen ungleichmäßigen Impedanzverlauf oder Stichleitungen und Abzweigungen aufweist, was in der Praxis bei der physikalischen Implementierung der Schaltung aus Bild 1 in einem LC-Display regelmäßig der Fall ist.
LCDs sind ein idealer Einsatzfall, denn dabei ist nur der LCD-Controller aus Bild 1 mit IOD auszustatten – der Source-Treiber kann unverändert bleiben. Dies hat folgende Vorteile: Erstens reduziert sich im Falle der Beispielschaltung die Leistungsaufnahme um bis zu 75 Prozent auf etwa 65 mW. Zweitens vermindert sich der Materialaufwand und damit Materialkosten, da bis zu 36 Widerstände von der Stückliste gestrichen werden können; außerdem steigt dadurch die Zuverlässigkeit. Und drittens verbessert sich das EMI-Verhalten und die Übertragungsgeschwindigkeit.
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