基于FPGA的LED電視動(dòng)態(tài)背光系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)一款基于FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)的液晶電視動(dòng)態(tài)背光系統(tǒng)，采用LED側(cè)背光方式，符合當(dāng)前液晶電視LED背光應(yīng)用主流。

　　電視動(dòng)態(tài)背光

　　以往的電視機(jī)主板將圖像信號(hào)通過(guò)LVDS(LowVoltageDifferentialSignal，低壓差分信號(hào)傳輸)將圖像信號(hào)傳送至液晶面板，另外通過(guò)LED驅(qū)動(dòng)控制背光，顯示系統(tǒng)和背光系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立。圖像信號(hào)通過(guò)LVDS傳送的時(shí)候，有兩種格式，一種是JEIDA的標(biāo)準(zhǔn)，如圖一所示;一種是VESA的標(biāo)準(zhǔn)，如圖二所示。液晶面板的LVDS信號(hào)一般有四至五對(duì)，一對(duì)是時(shí)鐘信號(hào)，三至四對(duì)為數(shù)據(jù)信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)速度為7:1。

　　液晶電視動(dòng)態(tài)背光調(diào)節(jié)區(qū)分LED背光組件的整屏亮度PWM(脈寬調(diào)制)控制、LED背光組件的橫向分區(qū)域亮度PWM控制、LED背光組件的縱向分區(qū)域亮度PWM控制、RGB分區(qū)域亮度控制和綜合控制。要使液晶電視能達(dá)到分區(qū)域背光亮度PWM控制，相應(yīng)地必須對(duì)動(dòng)態(tài)的圖像信號(hào)進(jìn)行分析，通過(guò)插入的FPGA板計(jì)算出各個(gè)區(qū)域的圖像亮度信息，然后根據(jù)區(qū)域統(tǒng)計(jì)的平均亮度信號(hào)，驅(qū)動(dòng)LED控制芯片分別調(diào)節(jié)相應(yīng)背光區(qū)域的背光亮度。FPGA板同時(shí)將圖像信號(hào)傳送至液晶面板,以達(dá)到背光與圖像的同步，即實(shí)現(xiàn)了液晶電視動(dòng)態(tài)背光調(diào)節(jié)功能。LED控制芯片必須具有多路輸出且各路輸出能獨(dú)立調(diào)節(jié)的功能，這樣芯片就能根據(jù)屏幕各區(qū)域圖像畫(huà)面的亮度信息，同時(shí)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)區(qū)域的背光亮度，在屏幕顯示暗場(chǎng)景時(shí)，調(diào)低背光的亮度，進(jìn)而減少能耗。背光調(diào)節(jié)效果例子如圖三所示。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　本文設(shè)計(jì)的32寸液晶電視，選用LED側(cè)背光方式，在電視面板上下各安裝2個(gè)燈條，每個(gè)燈條4串LED，每串LED為10個(gè)LED燈，共用160個(gè)LED燈。4個(gè)燈條總共16串，分別對(duì)應(yīng)著16個(gè)調(diào)光區(qū)域。

　　FPGA器件選用賽靈思公司(Xilinx，Inc.)Spartan6系列中的XC6SLX16器件。Spartan-6FPGA為賽靈思公司新推出有批量應(yīng)用、最低成本的FPGA器件，采用45nm低功耗銅工藝，在成本，性能和功耗上能達(dá)到最好的平衡。內(nèi)建系統(tǒng)級(jí)模塊包括DSP邏輯片、高速收發(fā)器以及PCIExpress接口內(nèi)核，能夠提供更高程度的系統(tǒng)級(jí)集成;先進(jìn)功率管理技術(shù)以及可選的1.0v低功耗內(nèi)核使得Spartan-6FPGA功耗更低;支持超過(guò)12Gbps的存儲(chǔ)器訪問(wèn)帶寬;高性能集成存儲(chǔ)器控制器支持DDR、DDR2、DDR3和移動(dòng)DDR存儲(chǔ)器，硬內(nèi)核的多端口總線結(jié)構(gòu)能夠提供可預(yù)測(cè)的時(shí)序和高達(dá)DDR2/DDR3800(400MHz)的性能。

　　LED驅(qū)動(dòng)芯片選用奧地利微電子公司(Austriamicrosystems)的AS3693B控制芯片。芯片擁有控制外部FET的概念設(shè)計(jì)，具有主動(dòng)調(diào)節(jié)LED供電電源的專利節(jié)電技術(shù)，可最大限度地降低系統(tǒng)功耗。芯片具有I2C(Inter-IntegratedCircuit)和SPI(SerialPeripheralInterface)接口和16個(gè)獨(dú)立PWM調(diào)節(jié)的通道，每個(gè)通道的電流精度高達(dá)為0.5%，可使LCD背光實(shí)現(xiàn)最精準(zhǔn)的顏色及亮度控制;外接時(shí)鐘和同步輸入允許LCD背景光和電視圖像同步，能實(shí)現(xiàn)“分塊調(diào)光控制”，達(dá)到盡可能高的對(duì)比度。

　　FPGA板需要用到1.2V、1.8V、3.3V供電電壓，AS3693B芯片需要用到3.3V電壓，必須使用BUCK(降壓變換器)將12V電壓轉(zhuǎn)換至所需電壓。LED背光系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)如圖四所示：

4 系統(tǒng)實(shí)

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