[发明专利]实现LED恒流驱动器灰度等级可控的方法及恒流驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及一种实现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。

背景技术

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1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OUT0-OUT15输出锁存器锁存的数据，当EN为高电平时OUT0-OUT15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。