Displaytechnik ACT I³ vereint Qualitätsmerkmale zu einem Industriestandard

Autor / Redakteur: Achim Döbler * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Die ACT I³-Serie bietet eine einheitliche 50-polige Pinbelegung sowie Spannungsversorgung. Alle Displays der Serie sind Plug-and-play kompatibel und zeigen sehr gute EMV-Eigenschaften.

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Einheitliches Pinout: ACT I³ sorgt für eine verbesserte EMV, Langzeitverfügbarkeit oder eine verbesserte Hintergrundbeleuchtung in Industriequaliät.
Einheitliches Pinout: ACT I³ sorgt für eine verbesserte EMV, Langzeitverfügbarkeit oder eine verbesserte Hintergrundbeleuchtung in Industriequaliät.
(Bild: Actron)

Bei fast allen Aktiv-Matrix-LCDs, TFT-LCDs, ist sowohl die Tail-Position als auch das Tail-Pinout nahezu willkürlich gewählt. Das ist vor allem im industriellen Umfeld schwierig, da hier Geräteserien häufig aufeinander aufbauen.

Hier setzt Actron mit seinem Intelligent Industrial Interface an, kurz ACT I³. Wesentliche Merkmale sind die einheitliche 50-polige Pinbelegung sowie die Spannungsversorgung. Somit lassen sich die Displays direkt untereinander austauschen, ohne dass eine Anpassung der Ansteuerhardware nötig ist. Entwickler können damit eine einheitliche Plattform entwickeln und anschließend Displays ansteuern. Das ist besonders für Applikationen in verschiedenen Ausführungen interessant.

Beispielsweise Low-Cost-, Standard- und Premium-Varianten. Der benötigte Entwicklungsaufwand wird dadurch erheblich reduziert. Im Gegensatz zu den anderen TFT-LCDs benötigen Displays aus der ACT I³-Serie keine unterschiedlichen Spannungen. Der Analog- und Digitalteil wird mit einer einzigen Single-Supply von 3,3 V versorgt. Alle anderen Spannungen erzeugt sich das Display daraus selbst.

Der LED-Treiber und die Hinterleuchtung des Displays

Ebenso wird die Hintergrundbeleuchtung nicht über einen Anoden- und Kathodenpin versorgt. Ein effizienter LED-Treiber ist bereits integriert. Da je nach Kundenapplikation unterschiedliche Spannungen zu Verfügung stehen, besitzt dieser Treiber einen besonders weiten Eingangsspannungsbereich von 5 bis 15 V. Der Kunde kann somit direkt und unkompliziert die ohnehin in seiner Applikation anfallenden Spannungen zur Versorgung des Displays verwenden und muss sich nicht um die Entwicklung eines LED-Treibers kümmern.

Herkömmliche Displays besitzen typischerweise Leuchtdichten zwischen 300 und 400 cd/m² bei einer Lebensdauer von ungefähr 30.000 Stunden. Besonders für industrielle Applikationen sind diese Werte zu niedrig. Die ACT I³-Serie bietet 1.000 cd/m² bei einer Lebensdauer von mindestens 50.000 Stunden. Dies wird durch den Einsatz hochwertiger LEDs erreicht, die unterhalb ihrer Nennleistung betrieben werden. Wird die volle Helligkeit nicht benötigt, so kann die Lebensdauer auf über 70.000 Stunden gesteigert werden.

Eine EMV-Optimierung des Displays

Dank einheitlicher Pinbelegung lassen sich die Displays mit dem ACT I³ untereinander tauschen.
Dank einheitlicher Pinbelegung lassen sich die Displays mit dem ACT I³ untereinander tauschen.
(Bild: Actron)

Ein niederohmiger Massebezug ist nicht nur die Grundlage für die Bildung einer verlässlichen Signalintegrität, sondern spielt ebenso beim Thema EMV eine entscheidende Rolle. Viele Displays besitzen nur wenige Masseleitungen, wodurch der Massebezug, bedingt durch die schnellen Taktsignale, „schwimmt“. Ein solches Display neigt in einer Applikation nicht nur zu erhöhten Störemissionen, sondern ist auch dementsprechend empfindlicher gegenüber Störungen von außen.

Alle Displays der ACT I³-Serie besitzen dagegen zwölf Masseleitungen, die das Display äußerst niederohmig mit der Applikation verbinden. Das Flex-Tail selbst besteht aus zwei, größtenteils mit Masse gefluteten Lagen, die über unzählige Durchverkupferungen niederohmig mit einer weiteren dünnen, auf der Rückseite angebrachten Metallplatte verbunden sind. Zusätzlich wird auf dem Flex-Tail eine leitfähige und niederohmig an Masse angebundene Beschichtung aufgebracht. Abschließend wird der gesamte Bauteilbereich des Tails vollständig mit einer Aluminiumfolie abgeschirmt und an Masse gelegt, wodurch ein zu einem 6-Lagen-Multilayer vergleichbarer Aufbau entsteht.

Ein Blick auf den LED-Treiber

Da der LED-Treiber für die Hintergrundbeleuchtung direkt auf dem Flex-Tail sitzt, ergeben sich erhebliche Vorteile: Die hochfrequenten Ströme zwischen dem Treiber und den LEDs passieren nicht wie sonst üblich die gesamte Anschlussleitung des Displays, sondern legen nur eine Strecke von ungefähr einem Zentimeter zurück. Gleichzeitig sitzt der LED-Treiber vollständig unter der an Masse gelegten Alufolie und ist dadurch ebenfalls abgeschirmt.

Um selbst die von der PWM-Leitung ausgehende Abstrahlung zu vermeiden, kann der LED-Treiber über ein digitales Kommando gedimmt werden. Es muss somit nur einmal die gewünschte Helligkeit an das Display gesendet werden und anschließend kann die Leitung an Masse gelegt werden. Dieser Aufbau sowie eine intelligente Leistungsführung optimieren das EMV-Verhalten des Displays maßgeblich. Insbesondere im Hinblick auf die hohen Kosten, die mit einer gescheiterten EMV-Prüfung und einem anschließenden Redesign einhergehen, bietet die ACT I³-Serie daher einen idealen Ausgangspunkt für jede industrielle Entwicklung eines Displays.

Die Langzeitverfügbarkeit eines Displays ist entscheidend

Legt man heute beispielsweise zehn 7''-Displays von verschiedenen Herstellern nebeneinander, so ergibt sich trotz scheinbarer mechanischer Kompatibilität fast immer folgendes Bild: Die Anschlussfahnen der Displays, auch Flex-Tail genannt, liegen an unterschiedlichen Positionen. Zusätzlich weicht das Pinout dabei meistens von dem des jeweiligen Nachbarn stark ab, so dass ein direkter Austausch der Displays untereinander unmöglich wird.

Zwar könnte man das Problem grundsätzlich begegnen, indem der Entwickler mehrere Stecker vorsieht, jedoch wird dieser Ansatz durch einen weiteren Umstand erheblich erschwert: Die zur Ansteuerung der Aktiv-Matrix eines TFT-LCDs benötigten Spannungen wie VGL, VGH, VCOM und AVDD sowie die elektrischen Parameter der Hintergrundbeleuchtung variieren von Display zu Display. Aus einer einfachen Alternativbestückung wird schnell ein erheblicher schaltungstechnischer Mehraufwand mit zusätzlichen Kosten. Gelingt es direkt zueinander kompatible Displays zu finden oder mehrere Displays über eine aufwendigere Hardware anzusteuern, so ist das Problem der Langzeitverfügbarkeit nicht gelöst.

Garantierte Verfügbarkeit von ≥15 Jahren

Die Verfügbarkeit unterschiedlicher, von der Applikation unterstützter Displays verschiedener Hersteller, suggeriert schnell die Präsenz einer Second- bzw. Third-Source. Es gibt jedoch weltweit nur eine Handvoll Hersteller von Muttergläsern für TFT-LCDs. Häufig basieren daher auch Displays verschiedener Hersteller auf identischen Muttergläsern. Wird die Produktion eines solchen Glases aus wirtschaftlichen Gründen eingestellt, weil beispielsweise ein Großabnehmer aus dem Consumer-Bereich wegfällt, so bedeutet dies das Ende für alle Displays, die auf diesem Panel basieren.

Dasselbe gilt für die COG-Controller-Hersteller der Displays. Auf diese Weise können die First- bis Third-Source eines Displays zeitgleich abgekündigt werden. Tritt so ein Fall ein, versuchen die Displayhersteller zwar in aller Regel schnellstmöglich einen kompatiblen Nachfolger bereitzustellen, das gelingt jedoch nur in den seltensten Fällen: Das Nachfolgerdisplay hat meistens eine andere Transmissionsrate, benötigt abweichende Spannungen für die Aktiv-Matrix und besitzt zu allem Überfluss einen ganz anderen Farbraum. An dieser Stelle bleibt dem Kunden oft nur ein kostenintensives Redesign der Applikation.

Im Gegensatz hierzu werden bei ACT I³ alle glas-, controller-, und flüssigkristallspezifischen Spannungen direkt auf dem Flex-Tail erzeugt. Ebenso befindet sich auch der LED-Treiber für die Hintergrundbeleuchtung onboard. Somit kann eine geänderte Transmissionsrate oder ein anderer Farbraum eines neuen Mutterglases durch andere LEDs bzw. ein anderes LED-Binning kompensiert werden, ohne dass sich für die Applikation eine Änderung ergibt. Das ermöglicht es dem Entwickler, die Schaltung der Kundenapplikation von sämtlichen Parametern zu entkoppeln, die durch das Mutterglas vorgegeben werden. Aus diesem Grund besitzen alle ACT I³-Displays eine garantierte Verfügbarkeit von ≥15 Jahren.

Eine Touchoption nach dem Baukastenprinzip

Die Displays der ACT I³-Serie sind wahlweise ohne, mit resistivem oder kapazitivem Touch verfügbar. Hierbei stehen die kapazitiven Touchscreens wiederum in verschiedenen Varianten zur Verfügung. So kann der Kunde wählen, ob er seine eigene Coverlens verwendet oder auf eine standardisierte, hochwertige Coverlens in einem edlen Smartphone-Look setzt.

Als Hilfestellung beim Design-In-Prozess sowie um den Time-to-Market zu reduzieren, bietet der Hersteller Actron für seine ACT I³-Serie ein umfangreiches Paket aus Demogeräten, Hard- und Software-Referenzprojekten für die Mikrocontrollerfamilie STM32, Entwicklungsumgebungen sowie verschiedene AppNotes.

* Achim Döbler leitet bei Actron das Elektroniklabor und arbeitet im technischen Support sowie der Entwicklung.

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