<h2>1、项目功能介绍</h2> <h3>设计背景</h3> <p>在家里翻出来一块 <strong>NV166FHM-N41</strong>，其刚好是一块eDP面板，我们可以用一块直通板来在大多数设备上点亮它，然后作为副屏使用。</p> <p>但我发现已有方案存在以下痛点：</p> <ol> <li> <p><strong>供电与能效</strong>：多数设计选用的方案是 5V Boost 至 12V，绝大多数5V适配器仅能提供2A，而我的面板需要6.6W+5W，这超过了5V2A的能力，且双DCDC、大电流效率较低。</p> </li> <li> <p><strong>休眠</strong>：有些设计仅支持手动休眠，有些能够通过AUX-的偏置来判断状态，但在使用C口转接出的DP口时可能会失效。还有部分方案即使休眠也仅仅是断开了背光，并没有切断TCON的供电，造成无用功耗。</p> </li> <li> <p><strong>成本</strong>：很多设计使用了类似RP2040、STM32F103等“高端MCU”实现，成本较高。</p> </li> </ol> <h3>本项目的突破与核心</h3> <p>针对上述痛点与自身需求，重新设计架构，实现以下核心功能：</p> <ul> <li> <p><strong>12V供电</strong>：直接采用 <strong>CH224K</strong> 从充电头申请 12V 电压，实测无论是PD还是QC都可成功握手，这比5V3A的头好找多了。且无需额外处理可直接由背光使用，随后经过降压生成3.3V。 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/3bf1dc1e489542f98688deb1e479293c.png" alt="image.png"></p> </li> <li> <p><strong>3.3V供电</strong>：在频率1.2MHz、电流3A这个标准下，<strong>TPS563252DRLR</strong> 是立创商城中价格最低的DC-DC。1.2MHz的意义不在于缩小电感体积，而是为了更低的纹波（真的堆不起MLCC了）。<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/3a316a537d9146b5a29844c24bdc83dc.png" alt="image.png"></p> </li> <li> <p><strong>TCON 供电控制</strong>：使用 <strong>AO3401</strong> 并联阻容缓启动，平抑启动瞬间的浪涌电流。且在休眠时<strong>完全切断供电</strong>，<strong>整机待机功耗降至 11mA（137mW）</strong>。<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/c220a7c922274436b456bd7152944f66.png" alt="image.png"></p> </li> <li> <p><strong>双模式唤醒检测</strong>：通过一个 NPN 三极管和 100kΩ 电阻组成直流偏置检测级，用户可通过短接跳线自主选择检测 <code>AUX_N</code> 信号线（适用于原生DP接口），或检测 <code>Pin 20</code>（适用于通过转接的DP接口）。<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/1d35ab73bf7c49dba83932160785a7fd.gif" alt="Timeline 1_.gif"> > 完整演示在最下面</p> </li> <li> <p>利用仅 8 个引脚的 <strong>CH32V003J4M6</strong> 作为主控，成本降低至个位数。<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/de63866fb21540ff8457e7ddece449a1.png" alt="39a9cf67d8aa43f2bf7d9115510bed55.png"></p> </li> <li> <p>尺寸<strong>仅有</strong> 52.3mm x 23.6mm 的前提下，DP 与 C口<strong>间距还有5.6mm</strong>，可完全避免线头打架。同时提供<strong>3D外壳文件</strong>，可直接合并到屏幕外壳中作为<strong>一体便携屏</strong>。 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/d38ec2787b3e48b4b0bc357dbade0064.png" alt="image.png"> > 注：TCON即为屏幕逻辑板，TCON供电的网络标签为LCD_3V3。</p> </li> </ul> <h2>2、项目属性</h2> <p>本项目为原创设计，当前版本为首次公开。 未参与过任何比赛或学校答辩，未获得过相关奖项。</p> <hr> <h2>3、开源协议</h2> <p>本项目 <strong>100% 开源</strong>，采用 <strong>CC BY-SA 4.0</strong> 协议。</p> <h3>开源范围包括</h3> <ul> <li>固件源代码（CH32V003 全部源码）</li> <li>原理图与 PCB 设计文件</li> <li>外壳 3D 打印文件</li> </ul> <h3>协议要点</h3> <ul> <li>署名：衍生项目须注明原作者</li> <li>相同方式共享：修改后的项目须以相同协议开源</li> <li>商业使用：无限制</li> </ul> <hr> <h2>4、硬件部分</h2> <h3>4.1 硬件整体架构与核心电路设计</h3> <p>由于存在高速差分线路，本设计在 PCB Layout 上采用 <strong>4层板结构</strong>，叠层选用嘉立创标准的 <strong><code>JLC04161H-7628</code></strong>。</p> <h4>① 电源诱骗与 DC-DC 同步高频降压</h4> <ul> <li><strong>CH224K</strong>：通过将 <code>CFG1</code>（接地）、<code>CFG2</code>（接地）、<code>CFG3</code>（接 VDD），配置为 <strong>固定 12V 受电状态</strong>。选用 16PIN Type-C 接口并连接 DP/DM 可额外兼容 QC 等私有协议。</li> </ul> <p><img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/25c24b44c7fb494f84f544aa3e8e244d.png" alt="image.png"></p> <ul> <li> <p><strong>TPS563252DRLR</strong>：</p> <ul> <li> <p>反馈基准 $V<em>{REF} = 0.6\text{V}$，采用标准 E24 阻值：<strong>$68\text{k}\Omega$（上管）+ $15\text{k}\Omega$（下管）</strong>，实际输出电压为： $$V</em>{OUT} = 0.6 \times \left(1 + \frac{68\text{k}\Omega}{15\text{k}\Omega}\right) \approx 3.32\text{V}$$</p> </li> <li> <p>由于空间充足，选用了一颗 0630 大封装电感来进一步提升转换效率。</p> </li> </ul> </li> </ul> <p><img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/afc1d001ea4d4ae79b838aec1ba50c46.png" alt="image.png"></p> <h4>② TCON 软开关电路</h4> <p>为了防止 TCON 上电瞬间其旁路电容产生大浪涌电流，对 PMOS 开关设计了软启动电路：</p> <ul> <li> <p>采用 <strong>AO3401 P-MOS</strong> 作为断电开关。</p> </li> <li> <p>在 PMOS 的 G-S 极之间并联了 <strong>$100\text{k}\Omega$ 上拉电阻与 $100\text{nF}$ 缓启动电容</strong>，并在单片机 GPIO 控制引脚上串联了一颗 <strong>$10\text{k}\Omega$ 栅极限流电阻</strong>。</p> </li> <li> <p><strong>物理机制</strong>：当 GPIO 输出 0V 时，由于 $10\text{k}\Omega \times 100\text{nF}$ 的 RC 延时作用，PMOS 栅极电压将在约 $2\text{ms}$ 内平滑下降，从而温和完成 3.3V 导通。</p> </li> </ul> <p><img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/d3004eba32f0473685059943efcb243a.png" alt="image.png"></p> <h4>③ 双模式唤醒检测</h4> <p>常规的休眠判断是依靠 <code>AUX_N</code> 引脚的直流偏置工作，但由于部分转接线会在 AUX 通道加隔直电容，导致传统的偏置检测失效，但此时可以依靠 Pin 20 (DP_PWR) 上的直流电来判断。</p> <p>为兼顾这两种场景，我们设计了一个简易的输入调理电路：仅需一个 NPN 三极管（S8050）配合一颗 $100\text{k}\Omega$ 电阻，即可通过短接焊盘实现两种模式的硬件切换，且兼容同一套单片机固件。</p> <ul> <li> <p>跳线选择 <strong>Pin 1</strong>：读取 <code>AUX_N</code> 上的 3V 直流偏置（适用于原生 DP 接口）。</p> </li> <li> <p>跳线选择 <strong>Pin 2</strong>：读取 <code>Pin 20</code> (DP_PWR) 上的 5V 直流电（适用于部分 Type-C 转 DP 转接头/转接线）。</p> </li> </ul> <p>信号流经 <strong>$100\text{k}\Omega$ 电阻</strong> 送入 <strong>S8050 基极</strong>。三极管在 3V 或 5V 输入时均能完全饱和导通，且 B-E 结正向钳位在 $0.7\text{V}$。</p> <ul> <li> <p>基极电流： $$I_b = \frac{5\text{V} - 0.7\text{V}}{100\text{k}\Omega} \approx 43\ \mu\text{A}$$。</p> </li> <li> <p>远低于 S8050 $5\text{mA}$ 的最大额定值，安全隔离了外部噪声，并向单片机稳定输送<strong>低电平有效</strong>（0V 代表开机，3.3V 代表休眠）的逻辑信号。</p> </li> </ul> <p><img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/f52f4cc241c8475f9260f0747a2447eb.png" alt="image.png"></p> <h2>5、软件部分</h2> <h3>5.1 软件总体架构</h3> <p>固件代码基于沁恒官方库开发，推荐使用 MounRiver Studio II 编译。</p> <p>为兼顾交互响应与时序控制的准确性，程序使用10ms时间片轮询架构，每轮循环顺次执行以下五个模块：</p> <ol> <li><strong>信号检测</strong>：每10ms读取一次 <code>DETECT</code> 引脚状态并进行移位滤波，连续50ms电平稳定时确认为有效信号，用于捕捉主机的上电或休眠事件。</li> <li><strong>按键状态</strong>：对 <code>KEY1</code> (PD4) 和 <code>KEY2</code> (PC4) 引脚进行消抖，通过计数器区分10%亮度步进的短按、每20ms渐变1%的长按，以及双击事件。</li> <li><strong>请求合并</strong>：结合检测到的物理信号变动与按键操作，实时更新系统的目标电源状态 <code>power_request</code>。</li> <li><strong>时序状态机</strong>：管理系统的三个物理状态：<code>SYS_OFF</code>（断电挂起）、<code>SYS_WAIT_BL</code>（逻辑板通电，等待视频信号稳定）、<code>SYS_ON</code>（背光开启，正常工作）。</li> <li><strong>延迟写入Flash</strong>：按键松开且空闲超过2秒后，才将当前亮度存入 Flash 最后一页，防止连续调光时频繁擦写损伤芯片寿命。</li> </ol> <h3>5.2 核心控制机制</h3> <ul> <li> <p><strong>eDP上电时序控制</strong>：按照 eDP 规范，系统上电必须先开启 TCON 的 3.3V 供电，等待链路训练完成后才能点亮背光，否则屏幕会闪烁白光或杂线。对此，程序在 <code>SYS_WAIT_BL</code> 状态中引入了 200ms 的无阻塞延时：开机时先拉低 <code>LCD_3V3_EN</code> (PA2)，此时背光使能与 PWM 保持关闭；延时结束后，再开启 <code>BL_EN</code> 并输出 <code>BL_PWM</code>。</p> </li> <li> <p><strong>手自动混合控制</strong>：自动休眠采用边沿触发。检测到 <code>DETECT</code> 信号有效时开启电源请求，无效时关闭。在此期间，用户可通过双击按键随时手动翻转屏幕开关状态。该逻辑允许用户手动关屏且不被转接线残留的 5V 电平误重新唤醒，直到下一次主机产生休眠或唤醒事件时，系统才会重新恢复自动同步。</p> </li> </ul> <h2>* 6、BOM清单</h2> <p><img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/8ae1ae7020b044faa01b5a298da4a549.png" alt="image.png"> > MLCC已考虑直流偏置，若缩减封装请酌情增加容值</p> <h2>* 7、大赛LOGO验证</h2> <p><img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/bea8e65c67c9483ca12e21631ba8f500.png" alt="image.png"></p> <h2>* 8、演示您的项目并录制成视频上传</h2>