FPC设计规范.docx
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FPC设计规范.docx
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FPC设计规范
深圳市德尔西电子有限公司
文件编号:
版本:
A
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文件名称:
LCMFPC设计规范
FPC设计规范
一、概述
1、目的:
明确LCM原理设计方法及FPCLAYLUOT;完善LCMFPC设计规范;
2、适用范围
适用于LCMFPC设计;
3.LCM原理设计流程概述
3.1获取设计输入信息;
1.模块接口定义包含如下内容:
接口定义说明;接口协议要求(8080、6800、3line、4line、I2C、RGB);接口Databus的位数;
2.LCDDriver是否有要求;
3.背光电路要求:
串并联要求、电流要求、控制方式、亮度级别要求;
4.触摸屏电路设计
触摸屏驱动要求及其类型要求(如电阻式或者电容式等)
5.元器件高度及型号是否有特殊要求;
6.是否带camera,DSP,speaker&receiver,motor,三色灯,闪光灯等,及其对应的接口和驱动方式;(这个主要适合于双屏;)
7.其他要求;
3.2得到客户的设计输入信息后,首先评估该设计输入信息是否完整,及设计的可行性;然后与客户进行沟通和确认,得到完整可行的设计输入信息;
3.3根据最后完整可行设计输入信息设计原理图纸;
3.4完成原理图纸的设计后进行审核,审核通过再进行FPCLAYOUT;
二、LCM接口说明
1.接口协议及其对应的接口定义
目前使用的接口方式有如下几种:
8080、6800、3line串口、4线串口、I2C接口和RGB接口;
这几种接口协议必不可少的接口定义如下:
8080接口:
databus(8位、9位、16位、18位)、RESET、RS(D/C、A0)、CS、RD、VDD(*1)、GND
6800接口:
databus(8位、9位、16位、18位)、RESET、RS(D/C、A0)、CS,W/R、E、VDD、GND
3line串口:
SDA、SCK、CS、RESET、VDD、GND
4line串口:
SDA、SCK、CS、RS(D/C、A0)、RESET、VDD、GND
I2C:
SDA、SCK、RESET、VDD、GND
RGB接口:
databus(6位、16位、18位)(*2)、CS,DOTCLK,HSYNC,VSYNC,ENABLE及串口接口(如SDA,SCK,等,主要用于写LCDDRIVER的初始化代码)
NOTE1:
通常有logicregulatorPOWER,InterfaceI/Opower,analogcircuitpower此处用VDD表示所有的电源;
NOTE2:
RGB接口模式下,其databus通常和8080接口下的databus不相同;
2.模块与MCU之间通讯的接口定义及其意义:
1.Databus(DB00~DB17):
数据总线,用于并行接口的数据传输;需要注意在选择16或者8位时,不同的IC有不同的选择,比如8Bit时候有的选择高DB10-DB17,有选择DB0-DB7;请根据IC的规格书进行选择;
2、RESET:
复位信号,对于LCD来说通常是低电平复位;
3、CS:
chipselectsignal片选信号,通常是低有效
4、RS(D/C、A0):
数据和指令的选择信号,高电平数据,低电平指令。
5、WR:
写信号,通常是上升沿有效;
6、RD:
读信号,通常是低有效
7、SDA:
串行数据输入输出,用于串行接口。
8、SCK:
串行时钟,在串行接口设计中配合SDA使用,一般上升沿有效。
9、DOTCLK:
Dotclocksignal;RGB接口中该信号通常的上升沿数据传输有效;
10、HSYNC:
horizontal(Line)synchronoussignal,RGB接口中的行同步信号;
11、VSYNC:
vertical(Frame)synchronoussignal,RGB接口中的场同步信号;
12、ENABLE:
数据有效信号,通常是低有效;
13、VDD:
LCD供电电源,包含logicregulatorPOWER,InterfaceI/Opower,analogcircuitpower,其中设计成单电源电路时候,则将三个电源连在一起,如果是设计成双电源,则将logicregulatorPOWER和analogcircuitpower连在一起,而InterfaceI/Opower单独接出;
14.背光驱动接口:
根据具体的情况有串联和并联两种方式;
15、GND:
地。
3.DRIVERIC其他接口说明
3.1电源电路:
包括InputPOWER(VCI,VDD);Gatedriverpowersupply(VGH,VGL);Sourcedriverpower(DDVDH,灰阶电压),VCOMPOWER(Vcomh,Vcoml);参考电压(VCL,VREGOUT等),LCD工作电压(主要指CSTN的VLCD)
3.2升压电路:
包括:
一阶升压电路接口(比如C11P,C11N),二阶升压电路接口(C22P,C22N);
3.3时钟电路:
如OSC1,OSC2;
3.4其他接口:
接口位数及模式选择,IM0,IM2等;测试引脚等;
三、单屏FPC原理的设计
1.模块与MCU之间通讯的接口设计
FPC接口的一端要完全按照LCD的出口定义的要求来设计,保证两者的顺序和功能要完全一致;另一端即为模组的接口定义,要同客户沟通来确定。
注意两端接口的顺序要尽量保证一致,以避免给layout造成困难。
这些接口定义中,通常我们只是直接连接出来,但是在RESET引脚需要增加ESD器件,比如压敏电阻,TVS二极管等;如下图所示:
图1RESET电路设计
2.DRIVERIC其他接口设计
2.1电源电路
IC的电源是通过chargepumps升成的,这样电压不稳定,必须通过外接滤波电容才能得到一个稳定的电压,同时为了保证一些电源的电压值,还需要增加二极管,具体需要参考LCDDRIVER的datasheet的要求来进行电路设计;电容的选取要注意耐压值及容值。
耐压值的选择是根据该电压的高低及DRIVER的建议来设置;而容值的选择需要特别注意,考虑到滤波效果;几个常用电源原理图接法参考如下:
图2Gatedriverpower参考电路设计
图3Sourcedriverpower参考电路设计
图4CSTNLCD电源电路
以上电路供参考,不同的DriverIC的有不一样的要求。
其他的电路参考IC的datasheet的要求
3升压电路设计
LCD需要高压来驱动,这就需要LCDDRIVER升压,LCDDRIVER的升压是采用chargepumps电容升压来实现的,所以必须要外接升压电容,升压电容的选取要根据LCDDRIVER的datasheet的要求来设计。
注意电容的耐压值要高于升压电容两端的电压,以免给电容造成损害。
4时钟电路
LCDDRIVERIC有通过内部产生时钟信号或外接电阻产生时钟信号;采用内部产生时,其外接引脚OSC悬空或者接高低,具体看IC要求;采用外接电阻产生时钟信号时,根据频率的要求选择阻值;比如出现闪烁时,需要调高频率,同时又需要兼顾功耗;
图5时钟电路设计
5其他接口
根据客户的需求对接口进行设置,比如是选择16位或者8位数据线,MCU或者RGB接口选择;
四、双屏带PCB原理设计
双屏涉及到三份原理图纸设计,分别是主屏FPC,副屏FPC及PCB;
4.1主屏FPC及副屏FPC原理图纸设计
可参考单屏FPC原理的设计;
4.2PCB原理图的模块化设计
PCB上可能涉及到有camera,DSP,speaker&receiver,motor,三色灯,闪光灯及背光驱动;
4.2.1motor电路设计
(1)Motor信号为低有效(如图6):
Motor的起振电压都在2V以上,所以motor的正极可以直接用电池电压Vbat来控制,负极用MCU的GPIO(VIB)口来控制,注意要增加滤波和保护电路。
图6Motor信号为低有效电路
(2)Motor信号为高有效(如图7):
可以通过三极管或场效应管来实现高有效的控制。
如图7Motor信号为高有效电路
4.2.2speaker&receiver电路设计
Speaker(扬声器)和receiver(受话器)的信号属于音频信号,是非常容易受到干扰的信号,特别是高频EMI,所以必须做好各种保护设计,如增加高频滤波电容、磁珠和ESD器件。
其参考电路如图8所示:
图8speaker&receiver电路
4.2.3背光驱动电路的设计
背光分为串联和并联两种,通常情况下如果MCU已经有带驱动电路,则只需要连接引脚而已;如下指的是MCU只有控制接口,需要在PCB上做驱动电路;
(1)串联:
串联的引脚比较少,基本上已经形成了一定的标准,除了少数公司封装比较特殊外,大多数公司都做成兼容产品,封装采用SOT23-5或SOT23-6,两种封装的区别只是有无OV端(如图9)。
VIN为输入端,输入电压大小是在一定的范围内,一般用电池电压提供,需加滤波电容;
EN为使能端,高电平有效,可输入PWM信号来控制LED亮度;
GND为地;
FB为反馈端,通过芯片内部的比较器保证FB端电压恒定,反馈端的电阻是来控制LED的电流大小的,即Iled=Vfb/Rfb;
SW为输出端,与VIN通过一功率电感串在一起,通过内部的开关频率实现升压,再通过一肖特基二极管整流输出给LED,升压的大小通过FB端来取样控制,需加滤波电容。
OV为过流保护端,当有LED损坏的时候输出端会因为反馈端无法采样到电流而导致不停的升压,甚至升到几十伏,这样有可能会造成IC的损坏,如果有OV端的话它可以检测输出端,使其不会超过IC输出的范围。
串联的LEDDRIVER要用到一颗功率电感,在开关频率的作用下要向外发射EMI,会对其它电路特别是手机射频电路有很大的影响,所以如果用串联设计,在layout的时候特别要注意背光电路远离那些易受干扰的部分。
设计中要考虑到IC效率的问题,η=Wout(输出功耗)/Win(输入功耗),选择串联IC时要注意选择效率更高的IC,至少在80%以上,这样会更节约功耗,
图9串联背光驱动电路
(2)并联:
2.1升压模式
并联采用chargepumps方式,所以需要外接升压电容,一般并联LEDDRIVER的升压有三种模式,1X、1.5x和2X,也就是在输入电压从高到低变化的时候,内部会自动切换升压模式,当输入的电压比较高的时候,满足输出的要求,IC工作在1X模式下,此时效率比较高,可以达到90%以上;当输入电压比较低不能满足输出要求的时候,就会相应的切换到另外两种模式,这时效率会很低,甚至低到50%~60%,此时功耗较大。
我们实际应用的过程中,因为用的是电池电压供电,电池电压的范围一般在3.6~4.2V,而且在3.8~3.9V左右工作的时间是最长的,此时的电压会满足输出的要求,所以大多数时间都会工作在1X模式,效率很高。
2.2并联的引脚较多,所以并没有形成统一的标准,但控制方式一般有如下两种:
1、使能端高低电平直接控制(如图10),使能端EN高电平LED亮,低电平不亮,每个通道的电流大小可通过电流调节端RADJ外加电阻来控制,它的电压是固定的,除以它外加的电阻即为每个通道的最大输出电流。
可以用PWM信号加在EN端来控制LED的亮度级别。
2、S2C接口控制(如图11),通过向EN端来发的正脉冲的数量来控制亮度级别,数量越多亮度越高,直到发送脉冲的数量达到DRIVER要求的最大数量后使EN端一直保持高电平,此时输出的电流最大,LED的亮度也达到最大。
2.3因为每个LED灯的规格不可能做到完全一致,所以并联DRIVER的每个通道内部集成了恒流源,保证各个通道的电流一致,使得每颗灯的亮度能够达到一致。
图10使能端高低电平直接控制驱动电路
图11S2C接口控制驱动电路
2.4PWM信号
PWM信号是用来调节背光亮度的信号,通过调节PWM信号的占空比(高电平时间占周期的比例)来控制背光的亮度,占空比越高,亮度越高。
PWM信号的频率不能太低,至少在200Hz以上,否则会引起背光的闪烁。
4.2.4稳压电路设计
LCDDRIVER的供电电压要求稳定,否则会影响显示效果,手机供电是用电池供电(Vbat),电池电压是一个范围,一般为3.6~4.2之间,所以不能直接用它给LCD供电,对于不带camera模组,一般手机基带那边会提供一个稳定的电压VDD来给LCD供电,此时模组上不用做稳压电路设计;对于大多数带camera的模组来说,需要的电压比较多,手机基带不可能提供很多的电压,所以需要在模组上做一些稳压电路来得到需要的一些稳定的电压。
模组稳压电路的设计需要稳压IC,称为LDO,可根据你需要的电压的大小来选择相应型号的LDO。
LDO有两种:
单路LDO(如图12):
只输出一个电压。
VIN:
输入电压:
用电池电压Vbat供电。
需加滤波电容。
VOUT:
输出稳定的电压。
需加滤波电容。
EN:
使能端,高电平有效
GND:
地
BP:
外接比较小的旁路电容来减小噪音。
双路LDO(如图13):
输出两个不同的电压。
VIN:
输入电压:
用电池电压Vbat供电。
需加滤波电容。
VOUT1:
第一通道输出电压,需加滤波电容。
VOUT2:
第二通道输出电压,需加滤波电容。
EN1:
第一通道使能端,高电平有效。
EN2:
第二通道使能端,高电平有效。
GND:
地
LDO也有最大的负载能力,根据你的需要供电的电路的功耗来选择LDO,对于我们的模组来说选择每个通道最大输出为150mA的LDO已经足够了。
注意:
选择的输出电压不能超过输入电压
图12
图13
4.2.5ESD电路设计
模组对于的静电的要求比较高,所以在设计的时候必须要考虑静电对模组的影响,在模组中电源、databus、控制信号线、音频等容易受到静电的破坏,所以在这些这些位置处要适当的加上静电保护电路。
常用的ESD保护器件有压敏电阻、TVS、ESDIC等。
无论是哪种ESD保护器件,其保护原理基本上是相同的,都是电压敏感型元器件。
使用时将保护器件的一端接在需要保护的线路上,另一端接地。
在电路正常工作时器件是完全不导通的,当有静电产生时,电压会迅速增加,增加到保护器件的崩溃电压的时候,器件开始导通,随着电压的增大,达到它们的钳制电压的时候两端的电压就会被钳制在此电压值,直到两端的静电被完全释放,又恢复为正常工作状态。
所以器件选型时,所选择的保护器件的崩溃电压要高于保护电路的正常工作电压,但不能太高,高出几伏即可。
ESD保护器件都会有一定的电容的特性,也就是在电路正常工作的时候,会相当于在保护电路和地之间并上了一颗小电容,那么我们在选型的时候就要特别注意这个容值的大小,在器件的datasheet上会标注容值的大小。
对于databus和控制总线上的保护器件,电容对它们的影响比较大,所以要选择容值较小的器件,使得器件形成的电容谐振频率远高于保护线路的工作频率,而不会对信号产生很大的影响,一般容值控制在100pF以内,越小越好。
对于一些电源电路所选择的保护器件,容值的要求不用那么高,一般选择几十~几百皮法的都可以。
五.FPCLAYOUT
完成电子原理设计之后,进入FPCLAYOUT,在LAYOUT过程中要注意以下几点:
5.1将电子原理图的网络导入FPCLAYOUT档中(网络必须与原理图的网络一致)。
5.2LAYOUT档的元件封装,位置必须与机构图一致,注意B/L,T/P,客戶端,ACF端PIN腳方向顺序,不可放反.
5.3根据网絡放置元件,以電路信號走向放置.顶層元件避開底層要焊接的pad(如B/L、T/P),以免焊接底層pad時,顶層的元件脫落
5.4layout布侷規則
5.4.1線徑與貫孔尺寸:
a)VDD、VCOM、VGL、VGH、BL、TP等电源线宽为0.3mm,若因面積受限,线宽至少要大于0.2mm.
b)复位等信号线宽为0.2mm,若因面積受限,ACF端PAD同寬.
c)地址/数据线等线宽为0.1mm,若因面積受限,ACF端PAD同寬。
d)过孔尺寸标准(PAD0.5mm,HOLE0.25mm)為主,若因可用面積受限,可將过孔尺寸縮小至(PAD0.4mm,HOLE0.2mm)。
e)smdpad到smdpad距離一般為0.25mm,最小0.2mm.
f)Tracks到smdpad距離一般為0.2mm,最小0.15mm.
g)Board到keepout(板邊)距離一般為0.25mm,最小0.2mm.
h)polygon到Board距離一般為0.25mm,最小0.2mm
I)polygon到B/L、T/P的pad距離一般為0.3mm,最小為0.25mm.
j)以上設計規範若限於版面與電路設計,需降低設計參數,必須先與FPC供應商聯繫其製程能力是否能達。
5.4.2不走線和不打过孔位置:
a)距板邊四周0.25mm以內不能走線和打孔.
b)彎折區只能是單層走線,且不能有Via,在走線的另一面要放上防焊,這樣做出來才會較柔軟,易彎折
5.4.3布线规则
a)VCOM線路不能從元件下穿過,要繞過元件.
b)ACF端金手指背面要加coverlay,且与頂層防焊要錯開
c)Layout時注意線徑﹑線與線之間距離﹔線與孔﹑孔與孔之間的距離。
d)為增加焊盤的焊接強度,對焊盤進行補淚滴.
e)放置防焊層、露金層時要用一整塊FILL,不要有任何的修補﹐以免生成Gerber檔時出错。
f)非電氣特性的定位孔,可用PAD製作(X-Size:
0;Y-Size:
0,Hole為孔大小).並將PAD(advanced)屬性Plated項去掉.
g)ACF端相鄰金手指為同一網絡時,几條線連在一起相交處不能平齊,應該要錯開.
h)ACF金手指端有空的PIN腳,每一個pad必須多作一段出來
i)客戶PIN之PAD正反面均要加長線條,且正反面長度應措開,同时开窗應上、下错開,才不易造成斷裂.
j)為了使最終的FPC具有較好的EMC、EMI特性,有必要對FPC進行鋪銅接地處理(鋪銅時必須打孔).
k)走线与PAD之间保持0.15mm以上距离;零件和走线离板边20mil(0.5mm)以上,走线应该少打过孔、少换层(地线和电源线除外)。
l)在元件面要加光學定位點.
5.4.4信号保护与隔离
背光led,X+、Y+、X-、Y-走线全部用GND隔离保护。
示例:
5.4.5铺地方式
焊盘用FLOODOVER方式铺地最好,但因可能会导致虚焊,采取折中的方法,改用宽12mil(0.3mm)的T型线接地。
示例:
图示线框内T型线接地
5.5FPC在开模作样时要考虑的要点
1FPC的热压引脚要比玻璃的引脚略短0.20mm,让FPC带PI层的部分压到玻璃的引脚位上,FPC和PCB采用热压连接的方法也一样,金手指长度标注为A±0.2,在ITO金手指较短的情况下,≦1.1mm时可以标注为A(+0.2/0),使最大公差值不超过ITO长度值(尽量不要使FPC金手指超出LCD边缘)。
2FPC具有可挠性,但可折性较差,如果要折必须是具有双面PI的,铜箔材料采用压延铜,不允许在加贴PI的分界线上折,材料的厚度尽量选用薄的。
表面处理没有特殊要求的都采用镀金。
3在FPC上有放置零件的,在选用材料时要用PI料而不能用PET料。
因为PET材料不可以耐高温,在SMT后会变形。
4热压FPC到LCD上的金手指背面需加12.5um厚度的PI补强,其长度需超出FPC金手指长度至少0.5mm,以防止FPC金手指受折而断裂。
5FPC需要中间镂空的,选择铜箔厚度务必为35um;且基材和盖膜的开口必须错开0.3mm。
否则镂空金手指部分很容易折断。
6需要弯折的FPC材料一定要选用压延铜,不要选用电解铜;且在弯折区域不可以设计焊盘,过孔等,弯折区域尽量设计为单面。
7接口FPC
PIN脚:
因其中一边与LCD对应,另一边与客户主板对应,要特别注意其第一PIN及接口顺序的对应关系,并在插座背面设计补强板。
设计时R角尽量大于1mm,布线离边0.2mm或以上,并增加接地,需带银箔的接口FPC其阻焊位置要开口露出铜箔,与银箔相连且接地.
8PCB或者FPCLAYOUT里面最好注明二极管方向,LED灯要加半园弧示意发光方向,并且需要在灯前设计方块白油,便于反光。
在焊盘两侧直接加“+”,“-”号进行标识。
如果LAYOUT里面没有设计,请一定在元件贴附图里面示意画出。
双排容的外观白油不要设计为正方形的,要设为长方形,以免误会贴错元件方向.
9双面FPC前端需要手工焊接在板上的金手指需要设计为双面焊盘,且盖膜需要分别压住双面焊盘,双面焊盘用过孔连接,焊盘最前端设计为锯齿状,方便焊接时爬锡。
另外FPC上需要焊接背光或者触摸屏FPC时,设计的焊盘长度需超出前者至少0.5mm。
10FPC上的双面粘尽量选用耐高温的材料(3M9500),贴附位置不可在元件下面,尽量远离元件区域。
11FPC弯折区域与元件区域过度的圆角要达到半径为1.0mm,并建议在拐角处加铜线以补充强度,在需要弯折的区域也可以采用加缺孔的方法进行弯折限制。
如下图所示:
12FPC金手指长度需满足以下条件:
将FPC金手指处的对位标与LCDITO引脚处的对位标对齐热压后,FPC金手指顶端不能超过ITO引脚顶端,一般低于ITO引脚约0.1mm,且金手指下端不超过LCD,距边缘约0.2mm。
如下图所示:
六优化FPC元件开口,防止元件处线路折断
6.1.在空间允许的情况下,元件焊盘与焊盘的间距最小要保证有0.5mm.
如下图所示:
6.2.元件错开摆放,错开的距离最小要0.3mm,避免应力集中在一条直线上,确保PI开品成锯齿.
如图所示:
6.3.在空间允许的情况下,元件上的走线尽量在元件左右走,如图1所示.
图2所示的是条件不允许的情况下,可以加长元件焊盘(黄色部分),加长的距离最小为0.3mm
6.4.以上3种方案都不能满足的话,那么元件背面必须加PI补强.PI补强单边要比元件区域单边大0.5mm,厚度为12.5Um.
七设计LCM应注意的细节:
1.注意增加PITAPE,保护金手指防止焊盘氧化,在图纸中应注明,如图
2.增加两个MARK点,做在阻焊层。
可以做成铜箔状,或禁止铺铜的方式
3.增加BLG/TP/连接器对位丝印线:
4.CAD与GBR图档尺寸应一致:
4.BLG与TP焊盘极性字符摆放位置:
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