脉冲激光 LCD LED [一种ＬＥＤ全彩显示的脉冲打散新算法]

　　摘要：在LED全彩大屏幕显示中，为了增强灰度均匀性，降低闪烁感，通常采用脉冲打散的PWM驱动方式。然而这往往会使系统的工作频率成倍提高。本文提出了一种脉冲打散的新算法，能够在保证较低工作频率的同时提高脉冲打散的均匀性，增强灰度表现力。
　　关键词：LED全彩显示；灰度；脉冲打散
　　中图分类号：TN312+.8文献标识码：A
　　
　　A New Method of Pulse Scatter for LED Full Color Display
　　CHENG Yu, ZHU Liang－xue
　　(Electronic Engineering Inst., Hefei 230037, China)
　　Abstract: In the LED full-color display, in order to enhance the uniformity of the gray and reduce flickers, people commonly use the PWM which is scrambled. However, it will double their working frequency. This paper suggests a new pulse scatter algorithm, to improve the uniformity of the gray at a low working frequency.
　　Keywords:LED full-color display；grayscale；pulse scatter
　　
　　引言
　　
　　 随着LED制造水平的提高，LED显示系统逐渐在生产和生活中大量使用。全彩的LED大屏幕更是以生动逼真的显示效果在城市的高楼、广场和体育场馆中向人们展示现代科技的魅力。但是，LED全彩色大屏幕还有许多技术和工程问题需要进一步解决。例如，克服LED器件参数的离散性问题，如何解决大功率直流电源的效率问题，以及如何以较低的工作频率实现较高的灰度级显示的问题等。针对这些问题，各个芯片厂家都竞相研发用于改善全彩LED屏图像质量的芯片产品，众多的16位恒流驱动芯片得到了广泛的应用。例如台湾聚积科技的MBI5026就属于这一类产品。
　　 恒流驱动方式向LED提供稳定的电流，保证了亮度不受器件压降参数离散性的影响。这类产品的解决方案通常由用户利用脉宽调制（PWM）的方法来实现灰度的表现。PWM波形在一个周期内高低电平集中输出，使得灰度的均匀性不足，色彩不够柔和且增加了闪烁感。针对这一问题，出现了脉冲打散的PWM算法，即把一个周期内的高电平打散成数个较短且均匀分布的脉冲波形，保持总的占空比不变，这样就能增加灰度的均匀性，降低屏幕的闪烁感。然而传统脉冲打散算法的最高频率会成倍提高，受器件工作频率的影响，在实现高分辨率和高灰度级LED全彩显示方面受到了一定的制约。
　　 本文首先利用台湾聚积科技的MBI5026设计了一个LED显示屏的恒流驱动电路，然后分别以普通PWM算法，传统脉冲打散算法和一种新的算法进行灰度实现，最后对各种算法进行了比较。结果证明本文的算法能够在保证灰度均匀性的同时使系统具有较低的工作频率。
　　
　　1基于MBI5026的LED驱动电路
　　
　　 MBI5026是专为LED显示面板设计的驱动IC，内部集成了移位寄存器和锁存功能，能够将串行数据转化为16位的并行数据，并且恒流输出。图1所示是MBI5026的功能方框图。
　　 SDI是串行数据的输入端，CLK是串行时钟。SDO是串行数据输出端，通过它可以使多个芯片级联起来。LE是锁存信号的输入引脚，当LE为高电平时，串行数据将被打入输出锁存器。OE是输出使能信号引脚，低电平有效，当为高电平时，输出关闭。R-EXT到地之间接电阻，用户可以通过该阻值限定输出电流，具体信息请参阅文献[3]。
　　 一般LED大屏幕采用行扫描列驱动的电路结构，即若干行共用一个列驱动，通过行动态扫描，构成完整的图案。采用MBI5026的驱动电路如图2所示。图示电路只是两行扫描，多行扫描的结构与之类似。当行选通信号为低电平的时候，开关管导通，对应的行选通，电流由电源通过LED流到恒流IC，使LED发光。每个LED的灰度靠串行信号来实现。
　　
　　2普通PWM的灰度实现
　　
　　 以常用的8位256级灰度的实现为例，普通PWM的实现方法是在时间轴上将一个行选通的显示时间分成8段，各个时间段的长度按照128∶64∶32∶16∶8∶4∶2∶1的比例分配，分别对应8位灰度数据每一位的权值。在驱动过程中，只要将灰度数据值为1的位所对应的时间段内输出电流，值为0的位所对应的时间段内关闭电流，就实现了相应的PWM占空比。例如要显示灰度数据为163的灰度，十进制163的二进制表示是10100011，则PWM的波形为图3所示。
　　
　　3传统的脉冲打散算法
　　
　　 从上图可以看出，普通PWM算法存在着明显的缺陷，每位灰度信息集中显示，使灰度的表现不均匀，造成整个显示系统的色彩表现不柔和，并产生闪烁感。由此出现了传统的脉冲打散的方法，就是先将一个行选通的时间均匀的分成若干时间段，每段再按照128∶64∶32∶16∶8∶4∶2∶1的比例分配，最终得到较为均匀的灰度效果。
　　 这种脉冲打散的方法虽然解决了灰度显示的均匀性问题，但是随之而来的是系统工作频率的升高。考虑一个400×300像素的LED大屏幕，采用4行扫描，当帧速率为30帧/s时，在未采用打散方法时，其最小脉冲宽度为每行选通时间的1/256 ，即：
　　
　　 如果采用传统脉冲打散算法，假设将整行导通时间分成16个时间段，则工作频率会变为原来的16倍，即：
　　16f=196.省略。
　　
　　“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文