多行扫高刷新率的全彩LED驱动芯片及驱动方法技术

本发明专利技术公开了一种多行扫高刷新率的全彩LED驱动芯片及驱动方法，属于全彩LED驱动芯片设计领域，包括：同步控制器、移位寄存器、状态寄存器、SRAM缓冲器、灰度时钟生成模块、驱动模块、预充电电路以及模拟输出模块；灰度时钟生成模块用于根据指令信息，对数据时钟信号DCLK进行倍频/分频处理，以生成用于控制灰度等级的灰度时钟信号GCLK；驱动模块用于对灰度时钟信号GCLK计数以得到各行像素数据所对应的灰度计数，并在每次扫描过程中利用连续N行像素数据及对应的灰度计数生成各行像素数据所对应的PWM信号的输出波形，从而实现多行扫描；模拟输出模块用于接收PWM信号并配合预充电电路产生恒流驱动LED灯珠。本发明专利技术能够提高刷新率，并支持更多的扫描行数。

Multi-line Sweep High Refresh Rate Full-color LED Driver Chip and Driving Method

【技术实现步骤摘要】
多行扫高刷新率的全彩LED驱动芯片及驱动方法
本专利技术属于全彩LED驱动芯片设计领域，更具体地，涉及一种多行扫高刷新率的全彩LED驱动芯片及驱动方法。
技术介绍
LED即发光二极管(LightEmittingDiode)诞生于上世纪60年代，经过五十多年的发展，LED的功耗越来越低，有效亮度越来越高，同时兼具寿命长、高速响应、低成本、绿色环保等特性，在传统照明显示，航天航空及消费类产品等领域的应用愈加广泛。得益于LED好的空间延展性、一致性、拼接无痕等优点，LED屏在内外大屏显示领域表现优越，并且随着LED灯珠尺寸的不断减小，LED屏的像素密度随之不断增加，可以预见LED屏必将成为内外大屏显示领域的主流产品。随着高清视频技术的发展，市场对LED屏的灰度等级、视觉刷新率、像素密度有更高的要求，在这种趋势下，LED显示控制芯片也向着高灰度等级控制、高视觉刷新率、高行扫的方向发展。传统的通用LED显示控制芯片采用外置PWM的方式，按位进行二进制脉冲宽度调制，其灰度完整显示时间与灰度等级成指数关系。并且实际应用为保证所有信道输出的电流具有良好的线性度，其最小OE宽度(即最低权值位对应的PWM输出时间)不能无限缩小。在一帧时间的显示过程中，满足高灰度显示的条件下，即便采用高低权值位打散显示与门控使能的方式进行处理，其视觉刷新率也不超过几百赫兹。专用LED显示控制芯片采用内建PWM脉冲宽度处理，通过内置SRAM完成像素灰度数据读写的乒乓操作，采用流水线设计与分布式脉冲宽度处理(SPWM)进行灰度等级、视觉刷新率、行扫描能力的提升。为了保证LED具有良好的行灰度等级，SPWM进行子周期划分时，单个子周期内的灰度时钟(GCLK)个数不能太少，并且由于LED屏PCB走线频率限制，其一帧时间内总的GCLK个数有限，而传统的LED驱动芯片中，灰度时钟信号通过引脚由片外信号提供，由此在满足高灰度显示的条件下，其视觉刷新率与行扫描能力互相制约，实际应用中无法同时实现高的视觉刷新率与多行扫描。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种多行扫高刷新率的全彩LED驱动芯片及驱动方法，其目的在于，提高刷新率，并支持更多的扫描行数。为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种多行扫高刷新率的全彩LED驱动芯片，包括：同步控制器、移位寄存器、状态寄存器、SRAM缓冲器、灰度时钟生成模块、驱动模块、预充电电路以及模拟输出模块；同步控制器，其第一输入端用于接收锁存信号LE，锁存信号LE用于指示输入数据的类型；同步控制器用于通过其第一输出端将锁存信号LE传输到移位寄存器和状态寄存器；移位寄存器，其第一输入端用于接收串行输入数据SDI，其第二输入端用于接收数据时钟信号DCLK，其第三输入端连接至同步控制器的第一输出端，数据时钟信号DCLK作为发送指令数据及像素数据的时钟信号；移位寄存器用于根据锁存信号LE从串行输入数据SDI中识别出指令数据和像素数据并分别传输至状态寄存器和SDRAM缓冲器；灰度时钟生成模块，其第一输入端用于接收数据时钟信号DCLK，其第二输入端与状态寄存器相连，灰度时钟生成模块用于根据指令信息，对数据时钟信号DCLK进行倍频/分频处理，以生成灰度时钟信号GCLK，灰度时钟信号用于控制灰度等级；驱动模块，其第一输入端连接至灰度时钟生成模块的输出端，其第二输入端与SRAM缓冲器相连，驱动模块用于对灰度时钟信号GCLK计数以得到各行像素数据所对应的灰度计数，并在每次扫描过程中利用连续N行像素数据及对应的灰度计数生成各行像素数据所对应的PWM信号的输出波形，从而实现多行扫描；同步控制器还用于生成换行/换帧信号，换行/换帧信号用于指示对下一行或下一帧像素进行显示；预充电电路的输入端连接至同步控制器的第二输出端；模拟输出模块的第一输入端连接至驱动模块的输出端，模拟输出模块的第二输入端与预充电电路相连；预充电电路用于在换行/换帧信号的指示下，对用于驱动待显示像素行的PWM信号进行预充电，从而产生多通道驱动电流，以实现对LED灯珠的恒流驱动。本专利技术所提供的多行扫高刷新率的全彩LED驱动芯片，在芯片内部根据数据时钟信号DCLK进行分频/倍频产生灰度时钟信号GCLK，相比于传统的LED驱动芯片中通过引脚由片外提供灰度时钟信号，本专利技术中灰度时钟信号GCLK可以达到更高的频率，同时其频率自动跟踪DCLK，抗干扰能力大大提升，有效的提高了刷新率及能够支持的扫描行数。进一步地，灰度时钟生成模块包括：锁相环、倍频单元、第一分频单元以及第二分频单元；锁相环的第一输入端作为灰度时钟生成模块的第一输入端，锁相环的第二输入端连接至倍频单元的输出端；倍频单元的第一输入端作为灰度时钟生成模块的第二输入端，倍频单元的第二输入端连接至锁相环的输出端，倍频单元用于按照系数P对数据时钟信号DCLK进行倍频，以得到倍频信号并通过锁相环输出倍频信号；第一分频单元的输入端连接至锁相环的输出端，第一分频单元用于按照系数M1对倍频信号进行分频，以得到分频信号；第二分频单元的输入端连接至第一分频单元的输出端，第二分频单元用于按照系数M2对分频信号进行分频，从而得到满足的灰度时钟信号GCLK；其中，P为可动态配置的倍频系数，M1和M2为可动态配置的分频系数，fDCLK和fGCLK分别为数据时钟信号DCLK和灰度时钟信号GCLK的频率。本专利技术由一个锁相环和三个分频/倍频单元组成的灰度时钟生成模块，通过对数字时钟信号DCLK进行分频/倍频生成灰度时钟信号GCLK，其中，倍频系数P、分频系数M1和M2均可动态配置，既保证了所生成的灰度时钟信号GCLK能够达到较高的频率，也能够保证较好的亮度有效率，并保证显示时间与帧间隔时间相匹配；同时，分两次完成分频操作，也降低了对用于存储分频系数的寄存器的存储要求。进一步地，像素数据中集成了R、G、B三基色数据，并且在处理像素数据的过程中，对其中的R、G、B三基色数据同步处理。传统的LED驱动芯片只负责驱动一种基色的灯珠，为了实现对三基色的驱动，每颗灯珠需要三个芯片独立驱动，占据了较大的PCB面积；本专利技术通过在一颗驱动芯片中集成R、G、B三基色，能够有减小所需占据的PCB面积，并提高输出通道的数量，为LED显示屏实现更小的灯珠间距提供了可能。进一步地，同步控制器的第二输入端用于接收换行信号ROW，换行信号ROW具有不同的高电平宽度，同步控制器用于根据换行信号ROW的高电平宽度生成对应的换行/换帧信号。传统的LED驱动芯片根据场同步信号Vsync进行换帧，在场同步信号Vsync到来时，往往需要等待一段时间才能开始显示下一帧，因此存在较大的帧间隔，刷新率较低；本专利技术通过引脚引入换行信号ROW，并根据换行信号ROW生成换行/换帧信号，以指示对下一帧或下一行扫描的开始，即使场同步信号Vsync到来，仍然可以继续显示，由此使得换帧与场同步信号Vsync无关，从而能够在换帧时避免较长的等待时间，实现了一种帧间隔去除技术，提高了刷新率。进一步地，本专利技术所提供的多行扫高刷新率的全彩LED驱动芯片，还包括：错误状态侦测模块，其输入端与模拟输出模块的各输出通道相连，用于侦测LED灯珠的开路/短路状态，并将坏点的像素数据替换为0，以消除坏点十字架现象；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多行扫高刷新率的全彩LED驱动芯片，其特征在于，包括：同步控制器、移位寄存器、状态寄存器、SRAM缓冲器、灰度时钟生成模块、驱动模块、预充电电路以及模拟输出模块；所述同步控制器，其第一输入端用于接收锁存信号LE，所述锁存信号LE用于指示输入数据的类型；所述同步控制器用于通过其第一输出端将所述锁存信号LE传输到所述移位寄存器和所述状态寄存器；所述移位寄存器，其第一输入端用于接收串行输入数据SDI，其第二输入端用于接收数据时钟信号DCLK，其第三输入端连接至所述同步控制器的第一输出端，所述数据时钟信号DCLK作为发送指令数据及像素数据的时钟信号；所述移位寄存器用于根据所述锁存信号LE从所述串行输入数据SDI中识别出指令数据和像素数据并分别传输至所述状态寄存器和所述SDRAM缓冲器；所述灰度时钟生成模块，其第一输入端用于接收所述数据时钟信号DCLK，其第二输入端与所述状态寄存器相连，所述灰度时钟生成模块用于根据指令信息，对所述数据时钟信号DCLK进行倍频/分频处理，以生成灰度时钟信号GCLK，所述灰度时钟信号用于控制灰度等级；所述驱动模块，其第一输入端连接至所述灰度时钟生成模块的输出端，其第二输入端与所述SRAM缓冲器相连，所述驱动模块用于对所述灰度时钟信号GCLK计数以得到各行像素数据所对应的灰度计数，并在每次扫描过程中利用连续N行像素数据及对应的灰度计数生成各行像素数据所对应的PWM信号的输出波形，从而实现多行扫描；所述同步控制器还用于生成换行/换帧信号，所述换行/换帧信号用于指示对下一行或下一帧像素进行显示；所述预充电电路的输入端连接至所述同步控制器的第二输出端；所述模拟输出模块的第一输入端连接至所述驱动模块的输出端，所述模拟输出模块的第二输入端与所述预充电电路相连；所述预充电电路用于在所述换行/换帧信号的指示下，对待显示像素行的PWM信号进行预充电，从而产生多通道驱动电流，以实现对LED灯珠的恒流驱动。...

【技术特征摘要】
1.一种多行扫高刷新率的全彩LED驱动芯片，其特征在于，包括：同步控制器、移位寄存器、状态寄存器、SRAM缓冲器、灰度时钟生成模块、驱动模块、预充电电路以及模拟输出模块；所述同步控制器，其第一输入端用于接收锁存信号LE，所述锁存信号LE用于指示输入数据的类型；所述同步控制器用于通过其第一输出端将所述锁存信号LE传输到所述移位寄存器和所述状态寄存器；所述移位寄存器，其第一输入端用于接收串行输入数据SDI，其第二输入端用于接收数据时钟信号DCLK，其第三输入端连接至所述同步控制器的第一输出端，所述数据时钟信号DCLK作为发送指令数据及像素数据的时钟信号；所述移位寄存器用于根据所述锁存信号LE从所述串行输入数据SDI中识别出指令数据和像素数据并分别传输至所述状态寄存器和所述SDRAM缓冲器；所述灰度时钟生成模块，其第一输入端用于接收所述数据时钟信号DCLK，其第二输入端与所述状态寄存器相连，所述灰度时钟生成模块用于根据指令信息，对所述数据时钟信号DCLK进行倍频/分频处理，以生成灰度时钟信号GCLK，所述灰度时钟信号用于控制灰度等级；所述驱动模块，其第一输入端连接至所述灰度时钟生成模块的输出端，其第二输入端与所述SRAM缓冲器相连，所述驱动模块用于对所述灰度时钟信号GCLK计数以得到各行像素数据所对应的灰度计数，并在每次扫描过程中利用连续N行像素数据及对应的灰度计数生成各行像素数据所对应的PWM信号的输出波形，从而实现多行扫描；所述同步控制器还用于生成换行/换帧信号，所述换行/换帧信号用于指示对下一行或下一帧像素进行显示；所述预充电电路的输入端连接至所述同步控制器的第二输出端；所述模拟输出模块的第一输入端连接至所述驱动模块的输出端，所述模拟输出模块的第二输入端与所述预充电电路相连；所述预充电电路用于在所述换行/换帧信号的指示下，对待显示像素行的PWM信号进行预充电，从而产生多通道驱动电流，以实现对LED灯珠的恒流驱动。2.如权利要求1所述的多行扫高刷新率的全彩LED驱动芯片，其特征在于，所述灰度时钟生成模块包括：锁相环、倍频单元、第一分频单元以及第二分频单元；所述锁相环的第一输入端作为所述灰度时钟生成模块的第一输入端，所述锁相环的第二输入端连接至所述倍频单元的输出端；所述倍频单元的第一输入端作为所述灰度时钟生成模块的第二输入端，所述倍频单元的第二输入端连接至所述锁相环的输出端，所述倍频单元用于按照系数P对所述数据时钟信号DCLK进行倍频，以得到倍频信号并通过所述锁相环输出所述倍频信号；所述第一分频单元的输入端连接至所述锁相环的输出端，所述第一分频单元用于按照系数M1对所述倍频信号进行分频，以得到分频信号；所述第二分频单元的输入端连接至所述第一分频单元的输出端，所述第二分频单元用于按照系数M2对所述分频信号进行分频，从而得到满足的灰度时钟信号GCLK；其中，P为可动态配置的倍频系数，M1和M2为可动态配置的分频系数，fDCLK和fGCLK分别为所述数据时钟信号DCLK和所述灰度时钟信号GCLK的频率。3.如权利要求1或2所述的多行扫高刷新率的全彩LED驱动芯片，其特征在于，所述像素数据中集成了R、G、B三基色数据，并且在处理所述像素数据的过程中，对其中的R、G、B三基色数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷鑑铭，秦腾祥，程崇源，张焱魁，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42