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                        提升高端LED显示屏刷新率的方法介绍

                        [09-15 23:17:43]   来源:http://www.mkld.icu  信息显示与光电技术   阅读:9830

                         

                        概要:在能够维持所有信道输出电流线性度的条件下,OE可打开的有效宽度。愈小的OE脉宽,就能产出愈高的输出色阶,也就是拥有愈快速的输出电流响应,刷新率及输出灰阶度也就愈高。其中刷新率与输出灰阶度与OE最短脉冲宽度、系统数据传输速度、串?#26377;?#29255;个数与芯片输出信道数有关,如图2如示,列出参考公式如下:Frefresh : 刷新率(Hz)根据上列参考公式,如果单一控制器有8个输出口,带截面积为64×64单色屏,所需要的串?#26377;?#29255;个数NIC=32,输出灰阶度设为12位(4,096级),如果采用具备16个输出信道、数据传输速度为20MHz和OE最短脉冲宽度为300ns的驱动芯片,代入计算可得到刷新率有723Hz,但如果输出灰阶度想提高为14位(4,096级),刷新率则是下降至196Hz,如果输出灰阶度想提高到16位(65,536级),刷新率则仅有50Hz,而一般系统输入的画面更新率至少60Hz,因此如此低的刷新率已无法供应一般显示屏系统的需求。在上述情况中,如果想提高输出灰阶度,同时又想提高刷新率,可以选择较小OE脉冲宽度的驱动芯片。如果采用OE最短脉冲宽度为50ns的芯片,即使数据传输速度为10MHz,输出灰阶度提高为16位(65,536级),刷新率仍可输出287Hz,在输出灰阶度设为14位(4,096

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                          LED显示屏的灰阶度

                          灰阶度就是显示屏上每一颗LED亮度的分辨率,举例来说,4bit灰阶度表示LED有16阶的亮度变化。而LED驱动芯片的灰阶度控制,实行方式如图1所示。LED亮度的灰阶度是由驱动芯片上的OE宽度与SDI来控制,以图1中的第一个LED要显示的灰阶度5为例,SDI必须在OE宽度为1和4打开输出开关,以得到整体的LED显示灰阶度为5。而灰阶度为9、4与11则以此类推,以不同的SDI和OE宽度的排列组?#31995;?#21040;不同的LED灰阶度,也就会显示出不同的LED亮度变化。除此之外,OE的单位宽度愈短,完成一个灰阶度变化的周期也就愈短,也就是单位时间内,所能得到的刷新率也就愈高。


                          最短OE脉宽与高刷新率的关系

                          驱动芯片中OE的最短脉冲宽度及反应时间(tr/tf)决定了灰阶度的高低,所?#38454;?#30701;OE脉宽就是在能够维持所有信道输出电流线性度的条件下,OE可打开的有效宽度。愈小的OE脉宽,就能产出愈高的输出色阶,也就是拥有愈快速的输出电流响应,刷新率及输出灰阶度也就愈高。其中刷新率与输出灰阶度与OE最短脉冲宽度、系统数据传输速度、串?#26377;?#29255;个数与芯片输出信道数有关,如图2如示,列出参考公式如下:


                          Frefresh : 刷新率(Hz)

                          根据上列参考公式,如果单一控制器有8个输出口,带截面积为64×64单色屏,所需要的串?#26377;?#29255;个数NIC=32,输出灰阶度设为12位(4,096级),如果采用具备16个输出信道、数据传输速度为20MHz和OE最短脉冲宽度为300ns的驱动芯片,代入计算可得到刷新率有723Hz,但如果输出灰阶度想提高为14位(4,096级),刷新率则是下降至196Hz,如果输出灰阶度想提高到16位(65,536级),刷新率则仅有50Hz,而一般系统输入的画面更新率至少60Hz,因此如此低的刷新率已无法供应一般显示屏系统的需求。


                          在上述情况中,如果想提高输出灰阶度,同时又想提高刷新率,可以选择较小OE脉冲宽度的驱动芯片。如果采用OE最短脉冲宽度为50ns的芯片,即使数据传输速度为10MHz,输出灰阶度提高为16位(65,536级),刷新率仍可输出287Hz,在输出灰阶度设为14位(4,096级)时,刷新率可提升到1001Hz,在输出灰阶度设回为12位(4,096级)时,刷新率更可大幅提高到1,953Hz。所以愈小的OE脉冲宽度,可提升输出的色阶和画面的刷新率,高输出色阶则提供了更丰富多彩的LED显示屏图像,而高刷新率提供了LED显示屏流畅无?#20102;?#30340;画面播放。

                          最短OE脉宽对输出电流突波的影响


                          图3 较大0E脉冲宽度的输出电流波形

                          OE脉冲宽度的大小是影响输出电流突波的关键因素,如图3所示,OE脉冲宽度大于500ns时,输出电流的上升时间为37.99ns,并无产生任何突波。不过如果想要得到较高输出的色阶和较快的画面刷新率必须降低OE脉冲宽度,但较小的OE脉冲宽度需要较快的上升/下降时间(tr/tf)来维持脉冲宽度的完整性,但较快的tr/tf会使得一般LED驱动芯片的输出电流产生突波,如图4所示,OE脉冲宽度小于100ns时,输出电流的上升时间为8.2ns,由法拉第定律知VL=L(dI/dt),可明显地可以看出输出电流在关闭时产生严重的突波现象,而输出电流的突波不仅可能击穿驱动芯片的输出信道,造成芯片的损坏,也使得整个LED显示屏电磁波干扰的现象变得严重,显示屏画面会产生抖动甚至是系统的毁损。


                          图4  较小OE脉冲宽度产生严重突波

                          电流突波的改善

                          想要改善上述LED驱动芯片输出电流的突波,可以通过降低输出信道的开关速度,以及错开输出通道间的开关时间这两种设计方式来进?#23567;?#25152;谓输出信道的开关速度,也就是控制输出通道的Slew-rate,输出电流的上升/下降时间(tr/tf)愈长,输出电流上升/下降的波形就愈平缓,也就愈能抑制电流突波的现象,降低电磁波干扰。但tr/tf过大会产生扭曲的波形,影响输出电流的反应速度,所以LED驱动芯片必须有能力在输出信道的开关速度tr/tf和电流突波之间取得一个最佳的平衡。

                          另外,错开输出通道间的开关时间也可以改善LED驱动芯片的输出电流突波,也就是藉由输出通道不在同一?#24067;?#24320;启与关闭来降低电源在线的?#24067;?#30005;流。如图5所示,左侧的4个输出通道OUT0~OUT3在同一?#24067;?#21516;时开启,结果造成一个很大的突波电流,反观?#20063;?#30340;4个通道分别错开输出,电源在线的?#24067;?#30005;流被平均分散,降低了尖峰电流,也改?#23631;?#36755;出电流的突波和电磁波干扰的问题,而图6为聚积LED驱动芯片的?#23548;?#27979;?#30475;?#24320;输出通道间的开关时间波型图,输出通道?#26469;?#20808;后开启,相邻两通道大约有15ns的延迟时间。

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