利用驅(qū)動芯片快速響應(yīng)的優(yōu)勢實現(xiàn)高畫質(zhì)LED顯示屏
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現(xiàn)今LED顯示屏運用越來越廣，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?，也因為最近幾年LED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、視角大及響應(yīng)速度快等優(yōu)勢；而且可以根據(jù)不同地點及需求訂制相對應(yīng)的尺寸，在市場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)備無法比擬的。本文將進一步一一說明如何不變更電路設(shè)計，利用驅(qū)動芯片的快速響應(yīng)優(yōu)勢來實現(xiàn)高畫質(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)由流過的電流來驅(qū)動的，而通過的脈沖寬度可以控制LED的亮度及灰度，簡單來說若不考慮系統(tǒng)端的設(shè)計，刷新頻率(refreshrate)是經(jīng)由尋址時間(Tacc)及流過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間，而尋址時間與傳輸?shù)臅r脈(DCLK)與尋址數(shù)有強烈的正相關(guān)。
例如：有一全彩戶外顯示屏其尋址數(shù)為768，若是使用不同的時脈則整體的尋址時間也會不同
工作時脈為10Mhz -> 768X0.1us = 76.8us
工作時脈為30Mhz-> 768X0.033us = 25.6us
而電流流過LED的速度決定LED顯示屏的刷新頻率，舉例說明若一LED顯示屏其尋址數(shù)皆為768、工作時脈為30Mhz、灰階調(diào)整為8位元(bits)、亮度調(diào)整皆為2位元(bits)、每子場的間隔時間為4us；傳統(tǒng)驅(qū)動芯片其顯示的脈沖寬度為250ns，而SnapDrive驅(qū)動芯片的脈沖寬度為50ns，兩者可以達到的刷新頻率有明顯的差異
A.傳統(tǒng)驅(qū)動芯片(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.SnapDrive驅(qū)動芯片(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
目前市場上一般通用的傳統(tǒng)驅(qū)動芯片其OE響應(yīng)時間約為250ns，若以上述的例子來看其最高的灰階為8位元；亦即R,G,B各有256個灰階度。其色彩為256X256X256 = 166777216約1千六百萬色。若想將灰階度提高至14位元亦即16384X16384X16384=4.39千億色；兩者之間的刷新頻率亦會得到明顯的差異
A.傳統(tǒng)驅(qū)動芯片(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 = 9.5 Hz
B.SnapDrive驅(qū)動芯片(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
表1為傳統(tǒng)驅(qū)動芯片及SnapDriveTM驅(qū)動芯片綜合表現(xiàn)
以下為臺灣迅杰科技推出包含SnapDriveTM技術(shù)之驅(qū)動芯片測試條件及結(jié)果，藉圖1及圖3可以明顯看出其驅(qū)動芯片在極小的OE脈沖寬度下其輸出電流仍為線性輸出，而傳統(tǒng)驅(qū)動芯片則無法提供線性的輸出。
測試條件：
Vcc=5V ,Iout=38.3mA,RL=47Ω,CL=13pF
失真率的降低
針對不同的輸出電流斜率的驅(qū)動芯片，利用仿真軟體(HSPICE2007)我們在失真率方面我們得到不同的結(jié)果失真率
表2：失真率比較表
仿真條件：傳統(tǒng)驅(qū)動芯片： Ton:160ns, Tof:70ns
SnapDriveTM驅(qū)動芯片：Ton:15ns, Tof:15ns
Vin :5V , Iout=20mA , LED等效電路RL:52Ω,CL:10pf
OE 脈沖寬度為：250ns
解決LED 熱的問題及增加LED的壽命
如圖5所示為50% Dutycycle的電流輸出示意圖，若在同一個時間內(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長時間的點亮造成LED過熱及壽命提早衰減的現(xiàn)象。
快速響應(yīng)電路設(shè)計
使用快速響應(yīng)的驅(qū)動芯片雖然可以提高LED顯示屏之灰階度及刷新頻率；不過根據(jù)電感效應(yīng)的公式 ΔV= L ?di/dt因時間t變��；相對而言瞬間的電壓變大所以容易產(chǎn)生突波。筆者在此列上幾個電路設(shè)計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：對電流的微分
dt：對時間的微分
在電路設(shè)計上有幾點需要特別注意：
1.PCB最好是4層板以上，將電源及地獨立一層；走線部份越短越好。
2.VLED及VCC對地端加上一個大的穩(wěn)壓電容，建議CP1及CP2為1000~1500uF。
3.VLED與VCC分開為不同電源。
4.可在時脈輸入端(Clock)加上RC電路，將其峰值降低，降低對電磁干擾的影響；建議Rt<22Ω、Ct<33pF。
掃描屏上；建議在MOS的Gate端與74HC138之間串一個電阻，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Rg<100Ω、Cg<47pF(電容部份可選擇不加)。
結(jié)論
藉由快速響應(yīng)(SnapDriveTM)的驅(qū)動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)動芯片由于電流的爬升及下降時間較長，在未達到設(shè)定電流時其非線性輸出會影響LED的發(fā)光特性(波長)，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設(shè)計者而言除了在電路設(shè)計上要更加小心外，挑選高品質(zhì)、高信賴度的驅(qū)動芯片更是不二法門。
圖1：OE脈沖寬度與輸出電流之曲線
圖4：輸出電流失真率
圖5：輸出電流示意圖
圖6：驅(qū)動芯片串聯(lián)電路
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