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LED 显示屏驱动设计原理及发展趋势(第 1 页)
来源:LED 环球在线 作者: 浏览:3093 人次 发布:2010-11-05

注:其他网站转载须注明出处,转载而不注明出处者,一经查实,将追究其法律责任 其他网站转载须注明出处,转载而不注明出处者,一经查实, 大屏幕一直是 LED 领域发展重要的组成部分,是大型娱乐、体育赛事、广场主题显示重要

组 成部分,全彩屏从蓝光 LED 诞生以来,一直保持高速发展态势。在装饰显示市场 LED 将起到积极 的作用,市场扩张明显。我国是全球 LED 显示屏生产大国,从 LED 芯片、驱动 IC、控制器、屏 幕制造等环节完全占据主导地位。

一、概述 大屏幕一直是 LED 领域发展重要的组成部分,是大型娱乐、体育赛事、广场主题显示 重要组成部分, 全彩屏从蓝光 LED 诞生以来, 一直保持高速发展态势。 在装饰显示市场 LED 将起到积极的作用,市场扩张明显。我国是全球 LED 显示屏生产大国,从 LED 芯片、驱动 IC、控制器、屏幕制造等环节完全占据主导地位。 16 位移位恒流 IC 的由来:双色屏主要是以显示文字为主,单片机扫描比较方便,由 于 LED 数量的增加,为了节省 O/I 资源,采用 74HC595 移位扫描。为了更适合 LED 的 应用在此基础上整合了恒流电流设定功能, 增加了电流驱动能力, 更符合需求及成本需要又 封装出 16 位器件,被目前全彩屏广泛采用。 电流驱动能力不断降低,早前 TLC5940 高达 120mA 单路驱动电流能力,后来 TB62726、ST2221、MBI5026 电流驱动能力都降低到 80-90mA.目前基本上是采用 45mA 电流驱动能力, 比如 MBI5024 和 CYT62726.电流驱动能力降低, 主要原因是 LED 器件发光强度越来越高,为了提升图像质量,静态屏幕设计越来越多采用,对驱动电流能力 需求降低。从 IC 成本角度可以缩减芯片尺寸,从而降低成本,为此设计出 25mA 静态屏幕 驱动芯片 CYT62727。 目前全球有 80%的 LED 屏幕采购生产来至中国大陆, 普遍采用 16 通道恒流器件设计, 短期内还会继续延续,至少未来 5 年内不会消失,主要是配套控制技术成熟,产品已经系 列化,除非系统控制技术和芯片驱动设计有巨大的飞跃,成本进一步的降低,否则现状不会 改变。近年来,不少公司不断推出新架构,都未来得到市场认可。最大的问题是通过控制技 术,假如改变 LED 的颜色一致性,新的技术没有大的突破之前,对应用者吸引不大,购买 意愿不强。 近几年,大陆芯片设计公司一定会替代性的占领 LED 显示屏市场,像士兰明芯稳居主 流显示屏 LED 芯片供应商,原因有出色的品质保证外,良好的直销模式是赢得市场法宝。 未来驱动 IC 也需要直销模式。显示屏企业大多是大陆本土企业,和台系 IC 在分销账期、

交货速度和信任度上还需要进一步的改善。 在驱动应用技术上,色彩的矫正技术亟待解决的瓶颈,显示屏衰减一致性问题突出,波 长矫正和亮度矫正是下一个重点突破目标, 首先是解决亮度一致性问题, 再而是波长的一致 性矫正。这是世界性难题,也是当前亟待解决的技术难题。 控制技术发展已经走到世界的前列, 但是在新方式控制理念上停滞不前, 原因是控制器 厂家和 IC 设计厂家配合不畅,各自相对独立,驱动技术和控制技术不能很好的衔接,采用 16 通道兼容性设计发展成熟度高,新的控制技术推出很少,更谈不上技术的革新。16 通道 恒流器件在 LED 屏幕上采用长达十几年之久,到目前也只不过是减低电流,应对竞争激烈 的价格而已,并没有技术上的突破。先后多家公司推出了系列 IC,并没有得到很好的应用, 是控制技术的缺失造成的。在电脑技术飞速发展的今天,可以替代简化控制器的规模,但是 技术的移植也需要 IC 设计厂家的支持, 市场缺失控制技术和芯片驱动整合性的方案提供商。 2009 年 LED 显示行业国内市场规模超过 300 多亿,年产值过亿的企业有 30 多家, 过千万 100 多家,大小有上千家企业从事显示制造行业。LED 显示屏继续保持 15%增长 速度,技术日渐成熟。我国大型赛事工程不断,带动 LED 增长强劲。比如:奥运、世博、 亚运会、上海迪斯尼、地铁、高铁等工程赛事。 二、屏幕原理设计 文字显示屏,只要内容显示清楚,有足够的的亮度,基本上都会满足客户需要了。但是 对于图像显示屏的显示质量进行评价, 问题就复杂得多。 一般是主观方式来评价显示屏图像 显示质量。所谓主观方式评价,就是人为的方式评判,通过观察图像显示质量做出评判。这 样。评价结果不仅与图像本身显示质量有关,而且与观察者的主观因素也有关系,很难说是 公正和确切性的标准。 尽管如此目前还是没有很好的办法, 在没有客观的测量方式出现之前, 主观方式仍然是最有效、实用的方法。 ㈠ 最大显示色彩数 显示器的每个像素的颜色都是由 RGB(红、绿、蓝)三种基色组成。低端的液晶显示 板,各个基色只能表现 6 位色,即 26=64 种颜色。通过简单的计算,我们可以知道每个独 立像素可以表现的最大颜色数是 64×64×64=2.62K 种颜色;高端液晶显示板利用 FRC 技术则使得每个基色则可以表现 8 位色,即 28=256 种颜色,则像素能表现的最大颜色数 为 256×256×256=16KK 种颜色。这种显示板显示的画面色彩更丰富,层次感也好。目 前市面上的液晶显示器此两种显示板都有采用,大家可以留心一下。 表面的照度单位勒克司; 将此数值与屏体有效显示面积相乘, 得到整个屏体的在最佳视 角上的发光强度, 假设屏体中每个像素的发光强度在相应空间内恒定, 则此数值可被认为也 是整个屏体的光通量。 一般室外 LED 显示屏须达到 4000cd/平方米以上的亮度才可在日光

下有比较理想的显示效果。普通室内 LED,最大亮度在 700~2000cd/平方米左右。 单个 LED 的发光强度以 cd 为单位,同时配有视角参数,发光强度与 LED 的色彩没有 关系。单管的发光强度从几个 mcd 到五千 mcd 不等。LED 生产厂商所给出的发光强度指 LED 在 20mA 电流下点亮,最佳视角上及中心位置上发光强度最大的点。封装 LED 时顶 部透镜的形状和 LED 芯片距顶部透镜的位置决定了 LED 视角和光强分布。 一般来说相同的 LED 视角越大,最大发光强度越小,但在整个立体半球面上累计的光通量不变。 当多个 LED 较紧密规则排放,其发光球面相互叠加,导致整个发光平面发光强度分布 比较均匀。在计算显示屏发光强度时,需根据 LED 视角和 LED 的排放密度,将厂商提供的 最大点发光强度值乘以 30%~90%不等,作为单管平均发光强度。 一般 LED 的发光寿命很长,生产厂家一般都标明为 100,000 小时以上,这是在设定 的最佳的条件下,实际还应注意 LED 的亮度衰减周期,亮度衰减周期与 LED 生产的材料工 艺及生产厂商有很大关系,一般在经济条件许可的情况下应选用亮度衰减较缓慢的品牌。 实际使用中,光强计算常常采用比较容易测绘的数据单位或变向使用。对于 LED 显示 屏这种主动发光体一般采用 cd/平方米作为发光强度单位,并配合观察角度为辅助参数,其 等效于屏体。 屏幕多采用直插型椭圆形 LED,国内的封装技术大多可以满足屏幕设计需要。 LED 芯片 多采用有 Cree 或用士兰明芯、厦门三安等国内 LED 发光芯片封装。
大屏幕一直是 LED 领域发展重要的组成部分,是大型娱乐、体育赛事、广场主题显示重要组成部 分,全彩屏从蓝光 LED 诞生以来,一直保持高速发展态势。在装饰显示市场 LED 将起到积极的作 用,市场扩张明显。我国是全球 LED 显示屏生产大国,从 LED 芯片、驱动 IC、控制器、屏幕制 造等环节完全占据主导地位。

㈡ 驱动芯片时序

CYT62726 内部是 16 位移位寄存器,多颗 CYT62726 串行数据移位,每个时钟周期 CLK 移送 1 位数据 SDI,串行数据输入驱动器开/关控制。施密特缓冲输入。当其中数据“1” 被写入到 SDI 的开关控制移位寄存器/时 CLK 的上升沿。

灰度控制模块仿真波形图

CLK 串行数据移位时钟。 施密特缓冲输入, 所有的数据/关控制的转变移位是由 1 位的 最高位同步的 CLK 的上升沿,单路数据移位到 SD 在同一时间。 CLK 的上升沿输入获准 后,持续 100ns 的上升沿。 LE 边沿触发锁存器。施密特缓冲输入。当前对应移位寄存器中数据,在此上升沿数据 被锁存。

移位锁存仿真波形图

OE 所有输出空白。施密特缓冲输入。当 OE 是低电平时,所有恒流输出(OUT0?15) 被执行。当 OE= 1,所有恒流输出控制的开关在数据控制数据/锁存状态。OE 决定执行数据 长度时间。 这种时序传输方式是,沿用 74HC595 通用逻辑数据传输方式,在 LED 屏幕上已经使 用了十多年历史,显得古老而落伍。LED 屏幕亟待新的数据传输格式,简化的、高效的传 输方式,从而减低设计复杂度,降低设计成本和提高屏幕可靠性。

数据和时钟需要协调一致,可是在线路设计中,数据采用串行传输,而时钟则是并行传 输,势必数据延时会造成输出错位。这是 4 线传输格式最大的缺点,数据和时钟不能很好 的同步,级联性较差,控制器成本高。落伍的数据传输格式,控制器产生灰度等级,屏幕刷 新率低,传输数据量大,是 LED 屏幕目前发展瓶颈。 ㈢ 驱动芯片方框图 CYT62726 内部线路相对比较简单,电阻通过电流镜比例调节输出电流值,芯片是统 一设定 16 通道电流值的,所以在屏幕设计时通常是单颗 IC 驱动单一颜色,3 片 IC 组成 16 个像素。这样可以通过 LED 分选获得亮度一致性,3 颗 IC 设定不同的驱动电流值,组 成合适的 16 像素白平衡。芯片恒流误差显得很重要,电流误差参数也同时影响 LED 白平 衡水平。

移位寄存器(D 触发器)负责数据(SDI)的队列,按照时钟(CLK)时间,移动数据 队列。正确的数据被锁存讯号(LE/)存储,这里可能就是二进制的 1 或 0,执行的灰度长度 由使能(OE)讯号决定,灰度等级的表现是使能的倍数,使能数据宽度决定最小灰度等级。 三、LED 屏线路设计 ㈠ 驱动周边器件选择 在屏幕设计大约在 3-6 片 CYT62726 分布的 PCB 范围内,设置 1000uF 左右容量电 容器,在选择滤波电容时,应用采用低 ESR(等效串联电阻)电容器,以最大限度的减小 输出波纹, 这是与其它电介质相比, 这些材料能在较宽的电压和温度范围内维持其容量不变。 在电源和地之间连接着去耦电容, 它有三个方面的作用: 一是作为本集成电路的蓄能电 容;二是滤除该器件产生的高频噪声,切断其通过供电回路进行传播的通路;三是防止电源 携带的噪声对电路构成干扰。 对于设计 LED 点彩产品,灯点内部增设滤波电容非常重要,主要在于越是色彩的变化 丰富供电波动更会增加, 滤波电容在这里显得比设计在任何产品中都要重要。 对于大多数高 的电流设计,推荐采用一个 470 至 1000uF 容值。这里设计不能没有这颗电容。

见下图,通常我们设计线路时,会在 IC 输入设计去耦电容:一方面是本集成电路的蓄能电 容,另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容值是 0.1uF.这个电容 的分布电感的典型值是 5uH,0.1uF 的去耦电容有 5uH 的分布电感,它的并行共振频率大 约在 7MHz 左右,对于 10MHz 以下的噪声有较好的去耦效果。去耦电容的选用并不严格, 可按 C=1/F,即 10MHz 取 0.1uF。 对于大多数高的电路设计,在输入采用一个 0.01 至 0.1uF 电容就足够了。这里设计 不能没有这颗电容。

在 VCC 电源供电中建议串接一只 10? 电阻(一般设计并没有这颗电阻),LED 屏幕 工作时内容波动比较大,会超过 10V 以上。建议 VCC 还是需要电阻减少冲击,主要是减小 电压波动带来的波峰,特别是 LED 显示,Vp-p 会高出数倍。IC 电源输入端也是最易受到 冲击地方,电阻的存在同时也会提高电容滤波效果,这里也可以考虑增加一颗 4.7uF 的电 容提高电压的稳定性。16 位恒流器件 VCC 耐压并不高,和输出恒流端口耐压是不一样的, 在这里增加一颗电阻非常重要,后面还会介绍结合 PCB 设计,分开供电的方式避免波峰值 冲击。 在设计产品时需要确定输出电流值,CYT62726 第 23 管脚是为方便设置电流而设计, 外设电阻选择按前章节公式计算,也可以按下表选取,参考设计 910? 大概在 20mA 电流 值。PCB 板级设计电阻要紧贴近 IC 管脚 23 与 1 之间,减小这两个管脚 PCB 板级电阻会 提高参考恒流精度。

CYT62726 是兼容性 16 位恒流器件,在串行 16 位数据设计中,采用多片级联方式, CLK、LE、OE 是并行传送结构,在数据传递中需要增加 74HC245 来提高驱动能力,一般 建议 3-6 片 CYT62726 设置 1 片 74HC245.SD 数据是串行传递方式, 按照设计设计可以 采用经过 74HC245,也可以不经过 74HC245,因为数据串行传送有足够的驱动能力。 ㈡ 静态 LED 显示屏设计参考 静态驱动方式是有利于 LED 寿命的设计,随着驱动 IC 成本不断降低,越来越多的采 用静态设计方式,静态是针对扫描屏设计方式而言的,CYT62726 输出端口只单独连接 1 颗或 1 串 LED,数据传送针对单个像素点驱动,IC 使用数量最多的一种设计。静态设计比 较能发挥 LED 性能,驱动电流值是 LED 正常工作值,有利于 LED 最佳使用寿命。 在静态屏幕设计中,多片 CYT62726 级联方式,CLK、LE、OE 是并行传送结构,在 数据传递中需要增加 74HC245 来提高驱动能力,一般建议 3-6 片 CYT62726 设置 1 片 74HC245.SD 数据是串行传递方式, 按照设计设计可以采用经过 74HC245,也可以不经过 74HC245,因为数据串行传送有足够的驱动能力。

㈢ 1/4 扫描应用参考设计

1/4 扫描设计方式也是 LED 屏幕采用较多的设计方式之一。 主要是不需要太高 LED 亮 度的产品设计, 比如室内屏; 不需要太高灰阶等级的屏幕, 比如多用于数字图形显示的地方。

1/4 扫描设计数据、 时钟、 锁存、 使能传送方式是和静态设计一样的, 为了提高刷新率, 传送数据量会增加数倍。 1/4 扫描需要增加 B0-B3 扫描选通线, 在每帧单位时间内, B0-B3 会按次序选通一次, 在单位时间 1S 钟内 B0-B3 分别占用(1/4)S 时间。 每当 B0-B3 被选通,其中被选通点亮的 LED 数据被移位到该像素,并锁存和使能(执 行显示)。 CYT62726 的 16 个端口驱动其中 B0-B3 选通线中共 4 颗 LED,相对应 4 个单一颜色 像素点,IC 驱动电流是 4 颗 LED 电流的总和。 CYT62726 的 16 个端口电流是统一设定的,为了保持白平衡 R'G'B 分别采用 3 颗 CYT62726 设计。选通讯号是由控制器送出的,驱动 PMOS 打开和关闭 B0-B3 选通线, PMOS 驱动能力与选通线 B0-B3 连接 LED 数量有关系,是整个选通线上 LED 电流总和, 通常选择 4953,但是要注意 MOS 驱动能力。 在 1/4 扫描设计中,CYT62726 是多片级联方式,CLK、LE、OE 是并行传送结构, 在数据传递中需要增加 74HC245 来提高驱动能力,一般建议 3-6 片 CYT62726 设置 1 片 74HC245.SD 数据是串行传递方式,按照设计设计可以采用经过 74HC245,也可以不 经过 74HC245,因为数据串行传送有足够的驱动能力。 在 1/4 扫描设计中,一般驱动电流较大,单颗红色 LED 时,需要串接电阻分压,分担 芯片热量。最好的办法是两颗红色 LED 串接,提高亮度降低驱动电流,但是需要和设计面 板显示结构相结合。

㈣ 1/8 扫描单双色屏幕参考设计 1/8 扫描设计主要是设计应用在不需要太高灰阶等级的单双色屏幕, 比如多用于数字图 形显示,车站、码头、银行汇率牌,条形字符屏幕。1/8 扫描相对于静态显示 CYT62726 使用量减少了 8 倍,降低设计成本是采用扫描设计方式的主要原因。 1/8 扫描设计数据、时钟、锁存、使能传送方式是和静态设计是一样的,为了提高刷新 率,传送数据量会增加数倍。显示灰阶度降低可以降低数据传送量,这能是采用扫描方式设 计的原因之一。 1/8 扫描需要增加 A0-A2 扫描选通线,A0-A2 译码讯号是控制器送出的,在 1/8 扫 描要增加 74HC138 译码,74HV138 是 3/8 译码器,在每帧单位时间内,B0-B7 会按次 序选通一次,在单位时间 1S 钟内 B0-B7 分别占用(1/8)S 时间。 每当 B0-B7 被选通,其中被选通点亮的 LED 数据被移位到该像素,并锁存和使能(执 行显示)。 CYT62726 的 16 个端口驱动其中 B0-B7 选通线中共 8 颗 LED,相对应 8 个单一颜色 像素点,IC 驱动电流是 8 颗 LED 电流的总和。 74HC138 选通讯号驱动 PMOS 打开和关闭 B0-B7 选通线,PMOS 驱动能力与选通 线 B0-B7 连接 LED 数量有关系,是整个选通线上 LED 电流总和,通常选择 4953,但是要 注意实际驱动能力。原理图限于篇幅后面被省略,B0-B7 选通线还可以向后级延伸。 在 1/8 扫描设计中,CYT62726 是多片级联方式,CLK、LE、OE 是并行传送结构, 在数据传递中需要增加 74HC245 来提高驱动能力,一般建议 3-6 片 CYT62726 设置 1 片 74HC245,原理图限于篇幅后面被省略,CYT62726 级联数量还可以向后级延伸设计。 SD 数据是串行传递方式, 有足够的驱动能力,现有的屏幕设计多是经过 74HC245,也可以 不经过 74HC245,这样可以减少 SD 数据延时时间。 因 1/8 扫描总的驱动电流较大,在 5V 电源设计情况下,红色 LED 正向电压较低,需 要增加电阻分担 CYT62726 功耗。若同时串接 2 颗红色 LED 就不需要设置电阻。蓝、绿 色也不需要增加电阻。其它设计方式请注意功耗问题,因实际情况而定。

㈥ 恒流输出精度及计算 16 通道恒流是该芯片重要参数之一,它有几个关键指标组成:恒流最低压差;片间恒 流误差;VCC 电压调整率;负载调整率;温度漂移。

1) 输出恒流压差希望越低越好,通常维持在 0.6-1V 之间,最好是低于 0.6V.从上图 测试曲线可以看出,随着输出电流的增加,压差也会增加。在有一种设计中很关键,例如 2R 屏设计中:

很多的屏幕是 2R''''''''''''''''1G''''''''''''''''1B 设计的,2 颗红色 LED 需要 4V 电压才能 正常点亮,假设驱动 IC 需要 1V 压差,那最低建立恒流电压是 5V,在 5V 电源供电情况下, 远离电源端子地方有可能达不到 5V 最基本电压值。屏幕出现偏色,输出电流调整不到理想 值,问题就是出在这里。 由此可以看出恒流压差维持到 0.6V 是最合理的,部分 IC 为了降低成本,大幅度减小 尺寸,是造成压差高的主要原因。16 通道恒流 IC 是线性恒流方式,压差的形成是 IC 最主 要的热源之一,较低的压差利于芯片散热。

2) 片间恒流误差±3%;片间误差是恒流输出重要的参数之一,我们通常看到标注片 内通道±1.5%,片间通道±3%恒流误差,实际片内误差可以不予考虑,因为我们不会单独 使用 1 颗芯片,在 LED 屏幕设计主要考虑片间误差。 3) 受 VCC 电压变化恒流精度影响±0.07%/V;VCC 电压变化是会影响到输出电流精 度的,在 PCB 设计走线要考虑 LED 供电和 IC 供电分开,提高滤波效果,能达到很好的效 果。 4) 负载调整率,负载端电压影响的电流输出特性,维持在±0.01%/V;负载电压不同 或波动,会影响恒流精度,虽然是很小。解决的办法是尽量加宽 PCB 供电走线。 按照下面表格选取合适的宽度和铜厚:

5) 温度恒流漂移 0.0005%/℃。 环境温度和芯片发热也会影响到输出恒流精度, 30℃ 上升到 70℃大概会有 2%误差,也相当重要。 ㈦ 输出电流计算

通常会给出一张表格,标注随电流输出的电阻设定曲线,在 IC 内部是一个电流镜与实 际输出电流成一定的比例,因各家设计而有所不同,设计大多类似。表格只是指示输出电流 曲线,并不能准确的确定具体电阻阻值,最好是套用下面公式可以计算输出电流值:

Vref 为 23 管脚输出电压,Vref 维持在 1.2V 左右。例如:输出电流设定在 20mA, 电阻值在 910 左右,即:

大概电流在 20mA 左右, 公式计算误差电流维持在±5%以内。 严谨的电路设计需要精 确测量,经确认后的电流,保持±1%电阻值误差,批量中电流精度维持在±3%以内。 四、芯片测试 ㈠ 驱动 IC 耐压需求 屏幕驱动芯片耐压是很重要的, 一般屏幕虽说供电只有 5V,可是显示内容变化剧烈,因 此而产生的电压峰峰值(Vp-p)远比我们想象的要高。开关电源本身就有峰值电压,与选

择电源有很大的关系, 但是客户允许的售价限制我们的电源选择水平, 这里告诉大家开关电 源是其中因数之一。对减小纹波,屏幕 PCB 布线也非常关键,这是个很赫手的问题,需要 有专门的 PCB 工程师。屏幕电源分布供电情况,也是重要的因数。 受上述因数影响,电压峰峰值(Vp-p)计算是复杂的,从应用角度实测,静态屏幕通 常大约在 7-9V 之间。扫描屏幕大概在 10-13V 之间,扫描屏幕电压峰峰值升高和扫描屏 幕开关速度提高有密切关系,传输速率提升,提高 LED 开关速度,同时也提升电压波动变 化率,电压峰峰值也会提高。 前面讲过最开始是采用 74HC595 设计屏幕,后来发现耐压只有 9V(5V 低压工艺) 设计的 74HC595 会因此损坏,分析认为是电压峰峰值所致,在屏幕的发展过程中不断的 提高输出端口的耐压,彻底的解决了这个问题。这些年有部门公司设计 16 通道 IC,采用了 耐压 9V 的设计,在部分屏幕使用没有问题(多是静态屏幕),可是有些公司的 LED 屏幕 上使用损坏率很高(大多是扫描屏幕或 PCB 设计差异),问题源于此。

近年来部分公司设计出网格装的屏幕, 这种长距离细线径供电方式, 电压峰峰值 (Vp-p) 尤为突出,部分波峰电压高达 15V 以上,致使多款屏幕驱动芯片在网格屏幕上,显露出耐 压不足情况。16 通道恒流驱动器还会用到屏幕以外的 LED 装饰领域,比如护栏管等,设计 供电电压在 12V 以上,这些设计电压峰峰值(Vp-p)也会高达 15V 左右,甚至更高。因 此驱动芯片输出端口耐压是非常重要的参数。 ㈡ 耐压能力测试 既然是重要的参数,那就给出简易可行的测试方式。随机抽取 CYT62726 共 3pcs 芯 片,测试芯片其中一个端口,芯片给予正常供电,是关闭状态。CYT62726 规格标准是耐 压 17V,17V 是一定能给予客户保证的耐压。

测试按照一定的步骤,从 5V 供电不断的提高到 17V,漏电在 6nA 以内,对端口串接的 LED 做直观判断,LED 看不到亮度。继续增加电压到 24V,IC 仍然可以承受,随着电压增 加端口漏电也随之增加,超过 0.5uA 时 LED 有机会看到亮度,25V 以上 IC 会损坏。

结果:经测试端口加载 17V 电压都在 10nA 以内,结果是满意的。可观察到 LED 亮度 点亮电流在 1uA,小于 0.5uA 电流可视为没有漏电。 红色数据表示到了芯片的极限, 工作已 经不能正常。 ㈢ IC 可靠性测试 驱动芯片可靠性测试是复杂的,也是很重要的,它不仅要对芯片设计做出分析,还要对 封装载体的可靠度评估, 对屏幕驱动芯片, 属于功率器件发热量很大, 可靠性测试至关重要。 下面是一般性测试结果,主要是对封装的可靠性做出评估。

五、LED 屏幕控制 ㈠ 系统 国内控制系统发展比较成熟,主要分两种方式,一种是基于以太网络方式,千兆网卡分 发数据,分控制器分配数据到 LED 显示单元板,应该是未来主流应用方式。第二种是从显 卡 DVI 读取视屏数据,压缩再通过数据卡发送出去,也是网络方式,与网络区别在于这里 是串行数据格式,终端的单元板数据分割基本都是一样。 读取 DVI 数据用的最为普遍,采用信号包复用技术同步传送显示数据和控制数据,高 效率的灰度分割算法,这里可以同时读取到帧、行频同步。主要由两部分组成:采样数据发 送卡和现场分控器。通过大规模逻辑及其他组件,实时同步采集计算机输出的显示数据,通 过高速缓存、格式转换后,由大容量传输通道传送到 LED 显示屏现场,最终转换成 LED 扫 描控制信号,在 LED 显示屏上实现高清晰的视频、图片、文本等节目内容的显示。 从电脑的 DVI 接口采集高清晰显示数据,输出差分信号。DVI 接口高速输出的显示信 号是串行灰度的数据,24 位色数据,每个颜色的权值数据为 8 位,灰度等级为 256 级。 LED 显示屏上的灰度实现,是通过控制每一个 LED 的点亮时间 PWM 来实现的,为了更高 效的实现不同的灰度,屏幕每个权值独立显示的方式,即控制整个屏幕分别显示 1~8 个权 值的亮度。整个数据格式转换过程由,通过权值分离-缓存-分区提取-数据重整等一系列过

程,最终得到 LED 显示屏的扫描数据。 LED 屏幕灰度灯具按 256 级灰度 (8 位) 计算, 位权值数据由高到低依次为 D7 8 (128 权值),D6(64 权值)……DO(1 权值)。设置合适的输出显示屏的串行时钟。提 高并行输出的 RGB 数据信号组,即可提高显示屏面积并满足实际高清显示效果。对于不同 的节目源、 不同的显示屏体, 需要经过不同数值的伽马校正来获得更符合人眼视觉的显示效 果(视敏函数),得到更清晰的图像。

DVI 接口送过来的同步视频信号数据量大,数据发送卡会将数据压缩,借助网络成熟 芯片发送。考虑到控制器与 LED 屏幕的实际距离,采用网线差分或光纤长距离传输。 LED 显示屏由多个显示模组组合而成,显示接口一般由以下几个信号组成:串行数据;多组红、 绿、蓝信号;并行时钟;并行锁存;并行使能;行编码信号(扫描信号)等,一般最多 16 行扫描。 LED 显示屏为实现大面积显示,屏幕面积一般较大,而显示屏的控制数据一般都是串 行传送, 控制线都非常长且容易收到干扰, 在大面积情况下可以保证稳定传输的信号频率有 限。如果增加系统的控制面积,一般方法有:1)提高显示屏控制信号的时钟频率,但这种 提高是有限的;2)降低刷新频率,刷新频率降低必将影响显示稳定度,效果很差;3)多 个控制器同时处理,增加扫描控制器必然增加成本。

控制系统设计是复杂的,在此不详细阐述,对于 LED 屏幕厂家而言,多是硬件连接。 控制系统是由专业的公司提供,比如:杰赛、灵星雨、德普达等着名的 LED 控制系统公司。 ㈡ 系统组件 系统组件这里作为参考,并非完全都是这些。通常还是满足客户的需求,定制项目内容 等。对于屏幕的类型,视距像素密度有很大的关系,这里会影响到成本,材料的选配是价格 成本的主要因数,还有保修年限等。

㈢ 工期时间 仅供参考: 依照显示屏的具体工程量, 预计室外显示屏工程的全部工期需要 45 天左右, 时间包含采购加工时间约 32 天并有交叉重叠。

安装现场的勘察(3 天):由施工技术人员到达工程安装现场,进行现场的实地勘察。 确定显示屏体的安装位置和环境;确定安装控制主机的机房位置及环境;测量控制信号、数 据信号的实际传输距离;设计传输信号线的布线位置。 系统布线 (7 天) 施工人员依照技术人员勘察之后的设计方案, : 进行通讯线缆的敷设: 清理布设路线;(含必要的挖掘、打孔等)埋设线管、穿线;安装线材连接件。 屏体框架的制作(15 天):施工人员依照结构设计人员提供的设计图纸进行框架的施 工,钢架的制作;钢架的安装;屏体外装饰材料的施工;屏体内部供电系统的引线。 屏体的安装(5 天):框架安装结束后,进行屏体的安装,箱体的安装、固定;箱体的 连接;信号线的连接;配电箱的安装;电源线的连接;控制网络的架设。 系统的调试(5 天):供电系统的检测;显示系统的检测、调试;网络系统的调试;多 媒体系统的调试。

六、LED 屏幕的未来 本篇着重描述了 LED 屏幕设计现状,为《LED 屏幕设计及发展趋势(上) 》篇部分, 发展趋势设计会在(下)篇重点阐述。为了迎合新技术面世, (下)篇会延后几月发表,在 此先阐述 LED 屏幕未来主要几个方向点。 ㈠ 控制系统发展 控制系统是 LED 屏幕重要的组成部分,也是技术核心所在。多年来我国一直占据主导 性的地位,涌现出不少优秀的控制系统企业,为我国 LED 产业奠定了坚实的基础。控制系 统占据国际市场主导地位,也与我国意识形态有关系,例如国内一直不把软体当成本、利润 计算,销售只计算控制器硬件成本,低廉的价格,赢取了市场,国际性的公司不愿意这么勤

劳,阻碍了投资兴趣和市场准入。 存在的问题也有,利润直接影响投入热情。比如创新性不够,新技术的扩展速度缓慢。 还有在控制系统的开发时, 创新没有很好的和集成电路设计公司协作, 也是技术更新缓慢的 主要原因。 LED 屏幕企业尝试新品设计,不是很积极,想设计成熟一步到位,但是都不愿意何来 的成熟呢?特备是大公司要积极的试用新技术, 推陈出新是未来占据 LED 产业的主要动力。 现在屏幕生产看起来大家都差不多,没什么创新点,利润不断下滑。 控制系统发展方面, 软体会更多的替代硬体, 提升智能化水平, 同时降低硬件设计成本。 电脑飞速发展本应该大幅提升 LED 屏幕控制水平,但是我们固执的消费者却让他多年没有 改变,这也和控制器设计者不愿意降低控制系统售价有关系,软件化推进速度缓慢。系统软 件化是大趋势,谁能提高系统软件化速度,谁就能占据 LED 屏幕控制的核心领域。但是占 据屏幕控制核心,不等于会给你带来核心利益,未来必定要有系统提供商出现,才可以彻底 改变格局。 系统提供商是指,IC 设计公司直接向市场提供控制系统,不能把控制系统作为获利点。 例如,我们的 LED 屏幕 IC 领导者聚积公司,每年均有推出屏幕驱动 IC,可是一直能销售还 是老产品, 难道说这多芯片设计的不好吗?实际决策层应该意思到这是控制技术的缺失, 仅 就 IC 设计创新没有控制技术结合, 不能被客户顺利采用。 虽然控制技术与 IC 设计合作是一 种办法,显然控制系统设计者不愿意更多的去硬件化。IC 设计创意和控制技术的创意不在 一个团队指挥,LED 屏幕发展受到极大的限制。 高通公司在网站公布了很详细的手机设计案例, 抱怨大陆公司不能向欧美企业那样灵活 应用。高通可曾想山寨厂家根本就没有安排能读懂案例的人员。假设 MTK 只提供芯片,不 提供软件,山寨手机市场会有吗?我说的不一定对,大家可理解 LED 控制系统未来的走向。 ㈡ 驱动芯片发展 前面讲过目前普遍采用的 16 通道驱动芯片,是在 74HC595 基础上发展而来,几十年来 都没有创新,这是不正常的。落伍的传输方式,阻碍 LED 屏幕创新,屏幕市场中国有绝对 的话语权,必将诞生新的数据传输方式,革命性的改变现有数据传输格局。 随着世界经济发展,需求量提升,要求也会越来越高,特别是清晰度要大幅提升。大尺 寸显示壮观的视屏播放,已经失去了它的魅力,什么时候在广场上也有电视机那样清晰? LED 有理由设计的比 LCD(液晶)更清晰,可以看看有 LED 衍生品 OLED。 LED 与传统的显示最大的区别是没有余辉。CRT(显像管)电子枪扫描,荧光粉有余 辉。LCD 液晶屏内部形成电容,能保持一定的显示时间。R'G'B 颜色的 LED 是完全没有的, 因此驱动 IC 内置 PWM 是必须的。 集成电路设计要与 LED 屏幕市场共存,意识形态也很重要,有好的技术,还要了解大 陆公司思想,未来 IC 设计一定是大陆的企业取胜。供货渠道、交货时间、账期、支持力度,

外企还有不少的差距。从历史发展来看,东芝公司本来市占率很高,但是渠道和系统配合上 面,自我为中心,导致市场份额不断减小。点晶公司一度也有很高的占有率,当初引脚兼容 问题,和移师大陆决策没有把握好,失去了市场竞争力。 ㈢ 屏幕制造发展 屏幕制造在我国已经有了完整的产业链,分工明确。但是整合度还是不够,质量保证不 是很完善,人工制造环节太多。未来还需要大幅度整合,特别是高质量的单元板企业,在高 质量环境下批量单元模组,规模化生产,然后再交给粗放式企业组装,整体降低设计成本, 提升 LED 屏幕质量。 损坏率最高是 LED,LED 损坏主要是封装、组装过程环境得不到保证,未来控制芯片与 LED 芯片整合是方向。这不是一件小事,可能很难理解! 参考资料: CYT62725 16 通道 80(mA)LED 屏幕恒流驱动器;主要针对 1/8 扫描,更多的驱动 LED 数量,单双色屏幕、护栏管等最佳的选择。 CYT62726 16 通道 45(mA)LED 屏幕恒流驱动器;静态屏和 1/4 扫描兼容性型号。 CYT62727 16 通道 45(mA)LED 屏幕恒流驱动器;主要针对静态 LED 屏幕应用,提 高恒流精度。 CYT62728 16 通道 25(mA)LED 屏幕恒流驱动器;针对高刷新率,超大屏幕静态屏幕 应用规格,OE 宽度 150nS 宽度,有快速响应灰度等级的能力。 CYT62729 8 通道 60(mA)LED 屏幕、灯饰恒流驱动器;针对高刷新率,兼容性 8 通 道恒流,屏幕灯饰应用规格,OE 宽度 150nS 宽度,有快速响应灰度等级的能力。


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