利用驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)高畫(huà)質(zhì)的LED顯示屏
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現(xiàn)今LED顯示屏運(yùn)用越來(lái)越廣，凡舉金融證券、體育、交通訊息、廣告?zhèn)鬟f等都可以看到它的足跡，也因?yàn)樽罱鼛啄闘ED成本下降及亮度的提升再加上LED顯示屏更具有耗電少、壽命長(zhǎng)、視角大及響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)；而且可以根據(jù)不同地點(diǎn)及需求訂制相對(duì)應(yīng)的尺寸，在市場(chǎng)上快速崛起成新一代的傳播媒體寵兒，其條件更是其他大型顯示設(shè)備無(wú)法比擬的。本文將進(jìn)一步一一說(shuō)明如何不變更電路設(shè)計(jì)，利用驅(qū)動(dòng)芯片的快速響應(yīng)優(yōu)勢(shì)來(lái)實(shí)現(xiàn)高畫(huà)質(zhì)的LED顯示屏。
整體速度的提升-更高的刷新頻率與換幀頻率
LED是經(jīng)由流過(guò)的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)的，而通過(guò)的脈沖寬度可以控制LED的亮度及灰度，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)若不考慮系統(tǒng)端的設(shè)計(jì)，刷新頻率(refreshrate)是經(jīng)由尋址時(shí)間(Tacc)及流過(guò)LED的電流速度所決定的；而換幀頻率(framerate)的提高除了系統(tǒng)的的支持外更需要更快的尋址時(shí)間，而尋址時(shí)間與傳輸?shù)念l率(DCLK)與尋址數(shù)有強(qiáng)烈的正相關(guān)。
例如：有一全彩戶外顯示屏其尋址數(shù)為768，若是使用不同的頻率則整體的尋址時(shí)間也會(huì)不同
工作頻率為10Mhz->768X0.1us=76.8us
工作頻率為30Mhz->768X0.033us=25.6us兩者的尋址時(shí)間相差3倍
而電流流過(guò)LED的速度決定LED顯示屏的刷新頻率，舉例說(shuō)明若一LED顯示屏其尋址數(shù)皆為768、工作頻率為30Mhz、灰階調(diào)整為8位(bits)、亮度調(diào)整皆為2位(bits)、每子場(chǎng)的間隔時(shí)間為4us；傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)芯片其顯示的脈沖寬度為250ns，而SnapDriveTM驅(qū)動(dòng)芯片的脈沖寬度為50ns，兩者可以達(dá)到的刷新頻率有明顯的差異
A.傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)芯片(脈沖寬度為250ns)
權(quán)重安排為1/64,1/32,1/16,1/8,1/4,1/2,1,2,4,8,16,32
Tfr=25.6usx[6+63]+5x4us=1786.4us
Fr=559.7Hz
B.SnapDriveTM驅(qū)動(dòng)芯片(脈沖寬度為50ns)
權(quán)重安排為1/512,1/256,1/128,1/64,1/32,1/16,1/8,1/4,1/2,1,2,4
Tfr=25.6usx[9+7]+8x4us=441.6us
Fr=2264.5Hz
顯示灰階度提升
目前市場(chǎng)上一般通用的傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)芯片其OE響應(yīng)時(shí)間約為250ns，若以上述的例子來(lái)看其最高的灰階為8位；亦即R,G,B各有256個(gè)灰階度。其色彩為256X256X256=166777216約1千六百萬(wàn)色。若想將灰階度提高至14位亦即16384X16384X16384=4.39千億色；兩者之間的刷新頻率亦會(huì)得到明顯的差異
A.傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)芯片(脈沖寬度為250ns)
權(quán)重安排為1/64,1/32,1/16,1/8,1/4,1/2,1,2,4,8,16,32,64,128,256,512,1024,2048
Tfr=25.6usx[6+4095]+5x4us=105005.6us
Fr=9.5Hz
B.SnapDriveTM驅(qū)動(dòng)芯片(脈沖寬度為25ns)
權(quán)重安排為1/1024,1/512,1/256,1/128,1/64,1/32,1/16,1/8,1/4,1/2,1,2,4,8,16,32,64,128
Tfr=25.6usx[10+255]+9x4us=6820us
Fr=146.6Hz
以下為臺(tái)灣迅杰科技推出包含SnapDriveTM技術(shù)之驅(qū)動(dòng)芯片測(cè)試條件及結(jié)果，藉圖1及圖3可以明顯看出其驅(qū)動(dòng)芯片在極小的OE脈沖寬度下其輸出電流仍為線性輸出，而傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)芯片則無(wú)法提供線性的輸出。
測(cè)試條件：Vcc=5V,Iout=38.3mA,RL=47Ω,CL=13pF
失真率的降低
針對(duì)不同的輸出電流斜率的驅(qū)動(dòng)芯片，利用仿真軟件(HSPICE2007)我們?cè)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/失真率">失真率方面我們得到不同的結(jié)果
Vcc=5V,Iout=38.3mA,RL=47Ω,CL=13pF
失真率
仿真條件：傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)芯片：Ton:160ns,Tof:70ns
SnapDriveTM驅(qū)動(dòng)芯片：Ton:15ns,Tof:15ns
Vin:5V,Iout=20mA,LED等效電路RL:52Ω,CL:10pf
OE脈沖寬度為：250ns
表2：失真率比較表
解決LED熱的問(wèn)題及增加LED的壽命
如圖5所示為50%Dutycycle的電流輸出示意圖，若在同一個(gè)時(shí)間內(nèi)將出電流的脈沖平均打散，不但不影響輸出電流及LED的亮度也可以避免LED長(zhǎng)時(shí)間的點(diǎn)亮造成LED過(guò)熱及壽命提早衰減的現(xiàn)象。
快速響應(yīng)電路設(shè)計(jì)
使用快速響應(yīng)的驅(qū)動(dòng)芯片雖然可以提高LED顯示屏之灰階度及刷新頻率；不過(guò)根據(jù)電感效應(yīng)的公式ΔV=L•di/dt因時(shí)間t變??；相對(duì)而言瞬間的電壓變大所以容易產(chǎn)生突波。筆者在此列上幾個(gè)電路設(shè)計(jì)上的改善方式供讀者參考：
ΔV：電壓的變化量
L：電路上寄生之電感
di：對(duì)電流的微分
dt：對(duì)時(shí)間的微分
在電路設(shè)計(jì)上有幾點(diǎn)需要特別注意：
1.PCB最好是4層板以上，將電源及地獨(dú)立一層；走線部份越短越好。
2.VLED及VCC對(duì)地端加上一個(gè)大的穩(wěn)壓電容，建議CP1及CP2為1000~1500uF。
3.VLED與VCC分開(kāi)為不同電源。
4.可在頻率輸入端(Clock)加上RC電路，將其峰值降低，降低對(duì)電磁干擾的影響；建議Rt22Ω、Ct33pF。
掃描屏上；建議在MOS的Gate端與74HC138之間串一個(gè)電阻，以避免VLED端的電感效應(yīng)及MOS端寄生電容所產(chǎn)生的突波，造成74HC138燒毀；建議Rg100Ω、Cg47pF(電容部份可選擇不加)。
結(jié)論
藉由快速響應(yīng)(SnapDriveTM)的驅(qū)動(dòng)芯片不但可以提升整屏的灰階顯示及刷新頻率、降低電流輸出失真率，也由于傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)芯片由于電流的爬升及下降時(shí)間較長(zhǎng)，在未達(dá)到設(shè)定電流時(shí)其非線性輸出會(huì)影響LED的發(fā)光特性(波長(zhǎng))，容易造成顯示屏色彩失真的現(xiàn)象。但由于傳輸及工作頻率的提高對(duì)設(shè)計(jì)者而言除了在電路設(shè)計(jì)上要更加小心外，挑選高質(zhì)量、高信賴(lài)度的驅(qū)動(dòng)芯片更是不二法門(mén)。
評(píng)論