实现LED恒流驱动器灰度等级可控的方法及恒流驱动器技术

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种实现LED恒流驱动器灰度等级可控的方法，这种设计具体来说是基于移位寄存器、D触发器、计数器以及比较器来实现LED驱动功能，同时具备灰度等级可控的功能。
技术介绍
LED显示屏幕是LED领域的重要组成部分，全彩LED显示屏诞生以来，一直保持高速发展态势，全彩色高亮度LED大屏幕显示屏已广泛应用于金融、证券、交通、机场、铁路、体育场、商业广告和邮电等各个领域。LED显示屏最大特点是其制造不受面积限制，可达几十甚至几百平方米以上，广泛应用于室内和室外的各种适用场合显示文字、图形、图像、动 画、视频图像等各种信息，具有较强的广告渲染力和震撼力，市场前景广阔。LED显示屏主要是由发光二极管(LED)及其驱动芯片组成的显示单元拼接而成。在LED专用驱动芯片中，为了实现显示数据的级联和传输，其内部都包含了锁存器、移位寄存器等，这样做可以在简化系统复杂程度的同时，有利于设计出面积更大、像素点更多、颜色更丰富的LED显示屏。专用的驱动芯片一般为恒流输出的移位寄存器，目前市面上普遍采用16通道恒流器件设计，主要原因是16路输出驱动芯片提升了输出引脚个数，减少了芯片数量。串联使用时每次可以串联得更多(通过级联能有效的减少输出端口的引脚数量)，便于LED显示屏驱动板(PCB)布线，特别是对于点间距较小的PCB更是有利，降低了 LED显示系统的成本。驱动芯片性能的好坏直接LED显示屏的显示质量，而一款驱动芯片兼容性的好坏直接影响其市场竞争力。目前，LED显示屏专用驱动芯片生产厂家主要有TOSHIBA (东芝)、TI (德州仪器)、SONY (索尼)、MBI (聚积科技)、SITI (点晶科技)等。下面利用市面上比较通用的台湾聚积科技公司产的MBI5026 (或者东芝公司的TB62726)为例介绍一下LED显示驱动芯片的工作原理，其内部结构图如图I所示。其本质上是一个由16个D触发器组成的16位移位寄存器，其数据是串行输入并行输出，其中的控制信号如下CLK串行输入时钟信号给移位寄存器提供移位脉冲，每一个时钟脉冲信号上升沿将引起数据移入和移出一位，数据输入端口接收到的数据必须与时钟信号协调才能正常传送数据。在整个驱动模块中时钟信号是频率最高的信号，时钟信号频率的高低直接影响移位数据的多少，在任何情况下，当时钟信号有异常时，会使整板显示杂乱无章。由于芯片的最大工作频率是有限制的，而且级联使用时会降低其可用的最大工作频率，所以时钟频率是数据传送量大小与刷新率的衡量指标；SDI串行数据信号提供显示图象所需要的数据，必须与时钟信号协调工作才能使LED屏正常显示；EN使能信号整屏亮度控制信号，也用于显示屏消隐，当EN位低电平时0UT0-0UT15输出锁存器锁存的数据，当EN为高电平时0UT0-0UT15关闭(均为高电平)。调整EN信号的占空比就可以控制亮度的变化，并且通过调节EN使能信号的占空比来体现对应数据信号的权重，是形成高灰度等级控制的一种控制方式；LE锁存信号将移位寄存器内的数据送到锁存器，EN信号控制被锁存数据的输出点亮LED进行显示。LE为高电平时，16个锁存器中的串行数据将会被并行的传入到锁存器。锁存信号也须要与时钟信号与使能信号协调才能显示出完整的图象；数据信号SDI根据SCLK进行移位并寄存，当移位寄存器中的数据正好是需要显示的数据时，LE置高电平让锁存器中的数据更新为移位寄存器中的数据，接下来LE置低电平保持数据，然后控制EN信号将16个锁存器的信号进行输出显示，此芯片不具备PWM功能，每次移位的数据没有权重，所以形成的灰度等级有限，如果想要将数据得到类似权重的效果来得到更高级的灰度等级，就必须对EN进行控制来实现，通过EN信号与数据信号协同，生成不同的脉宽信号对应数据相应的权重，这种方法的缺点是刷新率低，控制比较繁琐。 由此便诞生了自带PWM功能的芯片，例如MBI5042等。下面以MBI5042为例介绍一下其中存在的问题，如图2所示DIN数据协同SCLK进行移位寄存，当移位寄存器中的数据移位到需要显示的数据时，通过控制LE信号将数据并行输出至数据缓存(由16个16位移位寄存器组成)，如此重复16次，数据缓存器中得到的就是我们需要输出的16位数据。通过控制LE信号，把数据缓存中的数据传送给比较器，比较器将存储的数据与计数器产生的计数数据进行比较输出，生成对应的PWM波形输出，MBI5042是通过控制LE信号的脉冲宽度来实现一个信号对多种操作的控制，也就是不同脉宽的LE信号对应不同的操作。GCLK为16位计数器提供计数时钟，比较器通过比较其存储的数据与计数器来进行数据的PWM输出。PWM的输出方式有很多种，MBI5042中使用的是SPWM的方法。由于采用的计数与比较，则控制器不需要控制EN的占空比来时实现数据的权重，而只需提供一个固定的时钟频率GCLK就可以自动生成所需要的PWM信号，大大降低了了控制难度。综合以上因素可以得知，目前市面上可应用的LED恒流驱动器存在的缺陷主要有以下几个方面I.不自带PWM功能的LED驱动器，数据信号本身不具有权重，如果不配合EN使用，则只能将数据信号本身转化为占空比信号来进行灰度显示，此种模式受到芯片本身最高时钟频率的限制，显示的灰度等级相当有限，此种方案基本已经被淘汰；2.当不自带PWM的LED驱动器，使用使能EN信号表示数据权重时；此时需要数据信号SDI与EN信号两个信号共同来完成灰度等级的显示，使控制信号必须严格对应，对电路要求精度高，并且控制繁琐；3.自带PWM功能的LED驱动器，数据信号本身具有权重，但由于存储数据信号的是移位寄存器，且必须将16位的移位寄存器存满数据才能进行显示输出。无论需要多少位灰度等级的数据，都需要将16位的移位寄存器填满才能进行有效显示，但恰恰此时为填满移位寄存器所用的数据为无用的冗余数据，大大降低了数据利用率，由此也导致时钟频率的利用率降低。由于MBI5042中数据缓存器实际是串进并出的移位寄存器，当我们使用16位灰度等级(216级灰度)时我们充分利用了数据缓存器以及对应的SCLK。灰度等级越高，数据量越大，对控制器的要求也越高，但是市面上一般的屏幕几乎用不到16位灰度等级。当使用者只需要8位灰度(28级灰度)时，应该只需要8位数据来实现对应的灰度等级。但是由于数据缓存器是串进并出的移位寄存器，数据是串行输入的，而且缓存器里面数据的权重是固定不变的，所以我们必须将16位数据缓存器填满才能进行输出(也就是把没有使用到的八位数据填充O)。由于必须将16位缓存器填满，所以我们必须使用多的SCLK的上升沿将很多冗余的数据输入到数据缓存。因此当需要低于16位灰度时，使用者依然需要将这个16位移位寄存器填充满才能达到所要的结果，这就导致了需要用额外的时钟频率来填充一些冗余的数据。由于需要多余的时钟来移位不需要的数据，这样不但使输入数据有大量冗余，而且将这些数据进行移位的时钟频率与移16位时的时钟频率相同，时钟频率利用率也因此降低。由于时钟频率的利用率低这样直接导致了有用数据传输量低，所以如果以相同的有用数据量来进行比较，就需要更多的时钟频率来完成这些数据的输入。由于芯片所能承受的最高时钟频率是有限的(一般情况下驱动器是级联工作的，工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.实现LED恒流驱动器灰度等级可控的方法，该恒流驱动器的数据传输是通过控制器和状态缓存器控制进入n位的移位寄存器的数据，当n位移位寄存器由n个数据填满后，控制器控制移位寄存器将其中寄存的n个数据并行传输进n位Xn的数据缓存区，至此完成一次数据的传输，每个数据缓存器存储一位数据，本方法的特征在于根据所需要的灰度等级，控制数据缓存器所能存储数据的位数，当需要m位灰度等级时(m〈n)，使m个数据缓存器中存储数据，通过清零使其余的(n-m)个数据存储器存储的数据为零，从而得到所要灰度等级的数据类型，所有的n个数据缓存器将数据并行传输至计数比较模块，生成为相应的占空比信号驱动输出。2.根据权利要求I所述的实现LED恒流驱动器灰度等级可控的方法，其特征在于所述清零是通过在缓存器外围增加选择复位模块，采用n个带有复位端的D触发器作为组成数据缓存区的数据缓存器，通过X根地址线对应(Y0，Y1，…，Yn)共n路输出端，其中2x=n，且YO至Yn权重依次降低，通过控制(AO、Al、…，Ax)共x路地址线的地址输入，经选择复位模块得到相应的(Y0，Yl,…，Yn)共n路输出并将这n路输出与组成缓存器的D触发器的复位端相连，D触发器的复位端采用低有效，当Y为零时，将使该位对应的D触发器一直处于复位状态，对应的该触发器输出则一直为零，从而使需要的高权重位保持正常，而不需要的低权重位一直保持复位清零。3.根据权利要求I所述的实现LED恒流驱动器灰度等级可控的方法，其特征在于所述清零是在保持原有组成数据缓存区的数据缓存器不变的情况下，在缓存器外围增加选择复位模块，通过控制(A0、Al、…，Ax)共X路地址线的地址输入，经选择复位模块得到相应的(Y0，Y1，-,Yn)共n路输出，其中2x=n，且YO至Yn权重依次降低，将n路Y输出与n个数据缓存器的输出端以一一配对的方式作为n/2个二输入与门的输入，将与门的输出结果输入到计数比较模块，当Y值为零时将使该位与对应的数据缓存器输出相与后的数据一直为零，对应到计数比较模块的数据则一直为零，从而使输入到计数比较模块内的数据为选择清零操作后的数据。4.根据权利要求I所述的实现LED恒流驱动器灰度等级可控的方法，其特征在于所述清零是采用n个带有复位端的D触发器作为组成数据缓存区的数据缓存器，将n位数据缓存器的n个D触发器复位端与复位信号R相连，复位信号R是与CLK协同工作的周期性变化的公共复位信号，需要的灰...

【专利技术属性】
技术研发人员：王巍，杨铿，黄展，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：