LED显示屏刷新率介绍.pdf

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提升高端LED显示屏刷新率的方法介绍
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
排列组合得到不同的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,所谓最短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、串接芯片个数与芯片输
出信道数有关,如图2如示,列出参考公式如下:
Frefresh:刷新率(Hz)
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,
,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
行。所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
输出通道不在同一瞬间开启与关闭来降低电源
在线的瞬间电流。如图5所示,左侧的4个输出
通道OUT0~OUT3在同一瞬间同时开启,结果
造成一个很大的突波电流,反观右侧的4个通道
分别错开输出,电源在线的瞬间电流被平均分
散,降低了尖峰电流,也改善了输出电流的突波
和电磁波干扰的问题,而图6为聚积LED驱动
芯片的实际测量错开输出通道间的开关时间波
型图,输出通道依次先后开启,相邻两通道大约
有15ns的延迟时间。
图5错开输出通道间的开关时间
高端显示屏的需求
要达到高档显示屏的需求,除了要有高的刷
新率,使LED显示屏能流畅无闪烁地播放画面,
也需要具备高输出色阶的能力,来达到更丰富多
彩的LED显示屏图像。上述两者需求可以通过
选择具有较短OE脉冲宽度的LED驱动器来提
高刷新率及输出色阶,但使用外部的灰阶度控制
还是会受到系统传输速度和频宽限制的影响,而
降低刷新率与输出色阶。另一种选择则是通过内
建PWM控制的LED驱动芯片,则可以较小的
数据传输量来提高传输速度,达到提升刷新率与
输出色阶的效果。具有较短OE脉冲宽度的LED
驱动器,可参考聚积科技的MBI5036,而内建
PWM控制的LED驱动芯片,则可参考聚积科技
的MBI5042。(光电新闻网林信宏)