LED矩陣驅(qū)動器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究

圖3：charlieplexed矩陣的平行路徑。

事實上，每一個單個LED都與多個串行雙LED燈平行。這意味著，在矩陣中的LED必須具有相似的正向電壓：如果LED [02,A]和平行路徑上的LED之間的正向電壓誤差接近兩倍，那么在平行路徑上的LED可能會被無意中點亮。

在實踐中，一個管理良好的顯示器生產(chǎn)過程可以確保LED匹配達到遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于兩倍的正向電壓誤差。

第二個由Charlieplexing帶來的問題無法輕易避免。當(dāng)LED因短路或開路發(fā)生故障時，該問題就會產(chǎn)生。圖4a顯示了短路的結(jié)果。讓我們假定LED[01,B]短路，LED[03,B]應(yīng)該被開啟。02通道被配置為電流源，從電源為行02提供電流。通道03被配置為一個開關(guān)，連接行03至地。由于[01,B]的短路，列A和行01無意中被拉高(以紅色顯示)。因此，列A中的每個LED在陽極都存在正壓。由于行03被拉低從而點亮[03,B]，行03中的每個LED在陰極都接地(以藍色顯示)。因此，由于短路的原因，LED[03,A]兩端電壓與LED[03,B]完全一樣，也同樣被點亮了。

圖4：短路中的Charlieplexed點陣(4a，左)以及開路狀態(tài)(4b，右)。

一般來說，當(dāng)有LED短路時，連接到下面通道上的LED會發(fā)生討厭的重影現(xiàn)象：

● 發(fā)生短路的通道(和相應(yīng)的行)。(在該示例中，就是通道01)

● 通過短路直接連接上面通道的通道(和相應(yīng)的行)。(在該示例中，就是通道02)

該問題在一個開路LED情況下顯得更加突出。在圖4b中，激活有問題的LED[01,B]。通道01被配置作為開關(guān)連接行01至接地，通道03仍然保持與原先相同的狀態(tài)。因此，行02和列B被拉高(顯示為紅色)，行01和列A被拉低(圖中藍色部分)。由于在配置的LED中有一個開路，行02和列B上的電壓開始上升(紅色中所示)。只要其中一個達到正向電壓，行03和列C就將通過LED[03,B]產(chǎn)生偏壓(黃色中所示)。所有[X,B]LED燈都會產(chǎn)生同樣的情況。列B中的電壓進一步上升，直到到達兩倍的LED正向電壓?，F(xiàn)在，所有在[X,B]和[01,x]的LED完全處于偏壓并被點亮。

過去，重影現(xiàn)象以及開路LED帶來的潛在問題阻礙了實施charlieplexed點陣的嘗試。但現(xiàn)在，由Charlieplexing改進而來的crossplexing技術(shù)，將有效消除前者帶來的缺陷并提供較少的引腳數(shù)量，這是LED顯示器的設(shè)計師們一直在尋找的解決方案。

為了實施crossplexing算法，第一個要求就是系統(tǒng)必須知道是否存在開路或短路。為了便于說明，讓我們假設(shè)，驅(qū)動器的布置由位于陽極側(cè)的電源和陰極側(cè)的低電阻開關(guān)組成。每一行都需要一個電源和一個開關(guān)的組合。

當(dāng)單個部署的LED發(fā)生短路時，電源仍將繼續(xù)提供電流。然而，從電壓角度來看，卻引起了一定的變化：電流源輸出的電壓將不會達到LED的正向電壓(因為短路的原因)，而會處于接地的狀態(tài)，明確指示短路的存在。因此，將確定的電壓閾值與實際的陽極電壓進行比較就可以檢測是否存在短路。

在開路LED的例子中，陽極電壓將上升至兩倍的正向電壓——同樣地也會產(chǎn)生存在開路的明確指示。在這種情況下，是否達到絕對電壓水平將取決于所使用LED的正向電壓，而如今市場中的LED此參數(shù)上存在相當(dāng)大的差異。所以單個電壓閾值不能概括所有的LED。

根據(jù)LED的數(shù)據(jù)手冊來分析所有可能的變化并計算開路閾值的最低值在理論上是可行的，但這個最低值可能對許多LED是無效的。事實上，這個值可以采用更明智的方法來計算。任何給定的PCB面板所具有的最優(yōu)電壓閾值正是面板上所有LED的最高正向電壓。然而，確定這個最優(yōu)電壓閾值，必須測量每一個PCB電路板并在組裝時完成配置，這又是不可行且昂貴的制造步驟。

目前，類似于這種方法的技術(shù)方案可以通過AS1119得以實現(xiàn)，該芯片是一款新的144 LED crossplexing矩陣驅(qū)動器IC。通過該芯片實現(xiàn)的開路/短路檢測過程與矩陣內(nèi)LED的正向電壓，就可以確定并自動設(shè)置開路狀態(tài)下最優(yōu)的閾值電壓。

當(dāng)然，僅僅知道開路或短路的位置無法消除重影。但是，一旦檢測到開路的存在，系統(tǒng)就可以存儲它的坐標(biāo)。驅(qū)動器每次按指令布置LED時就會“掩蓋”該位置并忽略指令。這個措施可以防止LED在剩余的點陣顯示中發(fā)生意外操作。在大型矩陣中，單個LED的關(guān)閉完全不會影響到用戶的使用感受。

對于短路，防止重影顯得更為困難。如上所示，單個LED短路會引起其他多個LED的重影效果。掩蓋所有這些發(fā)生故障的LED來避免重影并不能解決問題。與短路相關(guān)的通道都需要停用，這可能會導(dǎo)致矩陣中大量LED的故障。在一個四通道的矩陣中，停用通道01和通道02后，只剩下兩個可運作的LED。這將損失整個矩陣的83%。對于16×16的矩陣中，停用兩個通道后，240個LED中將只留下182個仍處于工作狀態(tài)，損失整個矩陣的24%。

每個設(shè)計師可以選擇自己認(rèn)為最好的方法，矩陣越大，停用兩個通道所引起的影響就越小。是否可以接受這些影響，很大程度上取決于應(yīng)用本身。對于較小的矩陣，停用兩通道可能就無法正常運作。