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作者：林信宏 臺灣聚積科技股份有限公司 技術(shù)市場(chǎng)部 產(chǎn)品企劃工程師 時(shí)間：2009-10-12 提升LED顯示屏畫(huà)質(zhì) LED顯示屏的灰階度 灰階度就是顯示屏上每一顆LED亮度的分辨率，舉例來(lái)說(shuō)，4bit灰階度表示LED有16階的亮度變化。而LED驅動(dòng)芯片的灰階度控制，實(shí)行方式如圖1所示。LED亮度的灰階度是由驅動(dòng)芯片上的OE寬度與SDI來(lái)控制，以圖1中的第一個(gè)LED要顯示的灰階度5為例，SDI必須在OE寬度為1和4打開(kāi)輸出開(kāi)關(guān)，以得到整體的LED顯示灰階度為5。而灰階度為9、4與11則以此類(lèi)推，以不同的SDI和OE寬度的排列組合得到不同的LED灰階度，也就會(huì )顯示出不同的LED亮度變化。除此之外，OE的單位寬度愈短，完成一個(gè)灰階度變化的周期也就愈短，也就是單位時(shí)間內，所能得到的刷新率也就愈高。 
最短O(píng)E脈寬與高刷新率的關(guān)系 驅動(dòng)芯片中OE的最短脈沖寬度及反應時(shí)間(tr/tf)決定了灰階度的高低，所謂最短O(píng)E脈寬就是在能夠維持所有信道輸出電流線(xiàn)性度的條件下，OE可打開(kāi)的有效寬度。愈小的OE脈寬，就能產(chǎn)出愈高的輸出色階，也就是擁有愈快速的輸出電流響應，刷新率及輸出灰階度也就愈高。其中刷新率與輸出灰階度與OE最短脈沖寬度、系統數據傳輸速度、串接芯片個(gè)數與芯片輸出信道數有關(guān)，如圖2如示，列出參考公式如下:
Frefresh : 刷新率(Hz)
根據上列參考公式，如果單一控制器有8個(gè)輸出口，帶截面積為64×64單色屏，所需要的串接芯片個(gè)數NIC=32，輸出灰階度設為12位(4,096級)，如果采用具備16個(gè)輸出信道、數據傳輸速度為20MHz和OE最短脈沖寬度為300ns的驅動(dòng)芯片，代入計算可得到刷新率有723Hz，但如果輸出灰階度想提高為14位(4,096級)，刷新率則是下降至196Hz，如果輸出灰階度想提高到16位(65,536級)，刷新率則僅有50Hz，而一般系統輸入的畫(huà)面更新率至少60Hz，因此如此低的刷新率已無(wú)法供應一般顯示屏系統的需求。 在上述情況中，如果想提高輸出灰階度，同時(shí)又想提高刷新率，可以選擇較小OE脈沖寬度的驅動(dòng)芯片。如果采用OE最短脈沖寬度為50ns的芯片，即使數據傳輸速度為10MHz，輸出灰階度提高為16位(65,536級)，刷新率仍可輸出287Hz，在輸出灰階度設為14位(4,096級)時(shí)，刷新率可提升到1001Hz，在輸出灰階度設回為12位(4,096級)時(shí)，刷新率更可大幅提高到1,953Hz。所以愈小的OE脈沖寬度，可提升輸出的色階和畫(huà)面的刷新率，高輸出色階則提供了更豐富多彩的LED顯示屏圖像，而高刷新率提供了LED顯示屏流暢無(wú)閃爍的畫(huà)面播放。 最短O(píng)E脈寬對輸出電流突波的影響
OE脈沖寬度的大小是影響輸出電流突波的關(guān)鍵因素，如圖3所示，OE脈沖寬度大于500ns時(shí)，輸出電流的上升時(shí)間為37.99ns，并無(wú)產(chǎn)生任何突波。不過(guò)如果想要得到較高輸出的色階和較快的畫(huà)面刷新率必須降低OE脈沖寬度，但較小的OE脈沖寬度需要較快的上升/下降時(shí)間(tr/tf)來(lái)維持脈沖寬度的完整性，但較快的tr/tf會(huì )使得一般LED驅動(dòng)芯片的輸出電流產(chǎn)生突波，如圖4所示，OE脈沖寬度小于100ns時(shí)，輸出電流的上升時(shí)間為8.2ns，由法拉第定律知VL=L(dI/dt)，可明顯地可以看出輸出電流在關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生嚴重的突波現象，而輸出電流的突波不僅可能擊穿驅動(dòng)芯片的輸出信道，造成芯片的損壞，也使得整個(gè)LED顯示屏電磁波干擾的現象變得嚴重，顯示屏畫(huà)面會(huì )產(chǎn)生抖動(dòng)甚至是系統的毀損。
電流突波的改善 想要改善上述LED驅動(dòng)芯片輸出電流的突波，可以通過(guò)降低輸出信道的開(kāi)關(guān)速度，以及錯開(kāi)輸出通道間的開(kāi)關(guān)時(shí)間這兩種設計方式來(lái)進(jìn)行。所謂輸出信道的開(kāi)關(guān)速度，也就是控制輸出通道的Slew-rate，輸出電流的上升/下降時(shí)間(tr/tf)愈長(cháng)，輸出電流上升/下降的波形就愈平緩，也就愈能抑制電流突波的現象，降低電磁波干擾。但tr/tf過(guò)大會(huì )產(chǎn)生扭曲的波形，影響輸出電流的反應速度，所以L(fǎng)ED驅動(dòng)芯片必須有能力在輸出信道的開(kāi)關(guān)速度tr/tf和電流突波之間取得一個(gè)最佳的平衡。 另外，錯開(kāi)輸出通道間的開(kāi)關(guān)時(shí)間也可以改善LED驅動(dòng)芯片的輸出電流突波，也就是藉由輸出通道不在同一瞬間開(kāi)啟與關(guān)閉來(lái)降低電源在線(xiàn)的瞬間電流。如圖5所示，左側的4個(gè)輸出通道OUT0~OUT3在同一瞬間同時(shí)開(kāi)啟，結果造成一個(gè)很大的突波電流，反觀(guān)右側的4個(gè)通道分別錯開(kāi)輸出，電源在線(xiàn)的瞬間電流被平均分散，降低了尖峰電流，也改善了輸出電流的突波和電磁波干擾的問(wèn)題，而圖6為聚積LED驅動(dòng)芯片的實(shí)際測量錯開(kāi)輸出通道間的開(kāi)關(guān)時(shí)間波型圖，輸出通道依次先后開(kāi)啟，相鄰兩通道大約有15ns的延遲時(shí)間。
高端顯示屏的需求 要達到高檔顯示屏的需求，除了要有高的刷新率，使LED顯示屏能流暢無(wú)閃爍地播放畫(huà)面，也需要具備高輸出色階的能力，來(lái)達到更豐富多彩的LED顯示屏圖像。上述兩者需求可以通過(guò)選擇具有較短O(píng)E脈沖寬度的LED驅動(dòng)器來(lái)提高刷新率及輸出色階，但使用外部的灰階度控制還是會(huì )受到系統傳輸速度和頻寬限制的影響，而降低刷新率與輸出色階。另一種選擇則是通過(guò)內建PWM控制的LED驅動(dòng)芯片，則可以較小的數據傳輸量來(lái)提高傳輸速度，達到提升刷新率與輸出色階的效果。具有較短O(píng)E脈沖寬度的LED驅動(dòng)器，可參考聚積科技的MBI5036，而內建PWM控制的LED驅動(dòng)芯片，則可參考聚積科技的MBI5042。
參考文獻： [1] 聚積科技MBI5036 Preliminary Datasheet V2.00 [2] 聚積科技MBI5042 Preliminary Datasheet V1.00 [3] 聚積科技MBI5040 Preliminary Datasheet [4]LED屏幕驅動(dòng)技術(shù)中的奧秘: 交流響應[OL]. (2009-02-11).http://www.pjtime.com/2009/2/55678821.shtml [5] LED點(diǎn)陣顯示屏的特點(diǎn)及掃描驅動(dòng)方案[OL]. (2008-02-19).http://www.pjtime.com/2008/2/79985331.shtml |
