基于FPGA的LED電視動態(tài)背光系統(tǒng)設計
本文設計一款基于FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)的液晶電視動態(tài)背光系統(tǒng),采用LED側(cè)背光方式,符合當前液晶電視LED背光應用主流。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/149009.htm以往的電視機主板將圖像信號通過LVDS(LowVoltageDifferentialSignal,低壓差分信號傳輸)將圖像信號傳送至液晶面板,另外通過LED驅(qū)動控制背光,顯示系統(tǒng)和背光系統(tǒng)相對獨立。圖像信號通過LVDS傳送的時候,有兩種格式,一種是JEIDA的標準,如圖一所示;一種是VESA的標準,如圖二所示。液晶面板的LVDS信號一般有四至五對,一對是時鐘信號,三至四對為數(shù)據(jù)信號,數(shù)據(jù)信號和時鐘信號速度為7:1。
液晶電視動態(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。要使液晶電視能達到分區(qū)域背光亮度PWM控制,相應地必須對動態(tài)的圖像信號進行分析,通過插入的FPGA板計算出各個區(qū)域的圖像亮度信息,然后根據(jù)區(qū)域統(tǒng)計的平均亮度信號,驅(qū)動LED控制芯片分別調(diào)節(jié)相應背光區(qū)域的背光亮度。FPGA板同時將圖像信號傳送至液晶面板,以達到背光與圖像的同步,即實現(xiàn)了液晶電視動態(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)域圖像畫面的亮度信息,同時調(diào)節(jié)對應區(qū)域的背光亮度,在屏幕顯示暗場景時,調(diào)低背光的亮度,進而減少能耗。背光調(diào)節(jié)效果例子如圖三所示。
系統(tǒng)設計
本文設計的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個燈條,每個燈條4串LED,每串LED為10個LED燈,共用160個LED燈。4個燈條總共16串,分別對應著16個調(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,性能和功耗上能達到最好的平衡。內(nèi)建系統(tǒng)級模塊包括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)級集成;先進功率管理技術以及可選的1.0v低功耗內(nèi)核使得Spartan-6FPGA功耗更低;支持超過12Gbps的存儲器訪問帶寬;高性能集成存儲器控制器支持DDR、DDR2、DDR3和移動DDR存儲器,硬內(nèi)核的多端口總線結(jié)構(gòu)能夠提供可預測的時序和高達DDR2/DDR3800(400MHz)的性能。
LED驅(qū)動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的概念設計,具有主動調(diào)節(jié)LED供電電源的專利節(jié)電技術,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個獨立PWM調(diào)節(jié)的通道,每個通道的電流精度高達為0.5%,可使LCD背光實現(xiàn)最精準的顏色及亮度控制;外接時鐘和同步輸入允許LCD背景光和電視圖像同步,能實現(xiàn)“分塊調(diào)光控制”,達到盡可能高的對比度。
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)硬件設計如圖四所示:
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