LED矩阵驱动器拓扑结构的研究

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作者:Peter Rust 奥地利微电子消费及通信电子设计工程师

对显示设计工程师来说,人眼在视觉处理上有限的分辨率和惰性是一项福祉:从大于一定的距离处观看,LED矩阵显示为均匀的明亮区域;只有靠近仔细查看才可以看到单独的LED灯。时间复用也欺骗了人的眼睛,使快速变化的帧成为连续、流畅的画面。

如今,这种眼睛/大脑行为使生产各种显示配置成为现实,从为移动应用带来有趣照明效果的小型4x4 LED矩阵,到用于面板显示的100x100 LED矩阵,又例如,工业机器中的状态信息显示、大型高清晰度视频墙中使用的1920x1080 LED矩阵,还有其他包括娱乐场、音乐会或体育场馆屋顶上的应用。虽然这些应用似乎完全不同,但他们有一个共同点:每一个LED需要单独放置并根据需要点亮。

对于绝大多数面板(除了非常小的面板),这就提出了一个设计上的难题。在一个4x4的面板中,直接放置16个LED灯仍是可以实现的。然而,即使是一个中等规模的分辨率为256的点阵显示屏,使用256个通道是行不通的。因此,我们必须寻找不同的寻址方法。

传统的方法是通过在点阵中行和列来定义LED坐标。在一个256 LED点阵的例子中,这通常被组织成16x16的标准形式(见图1)。

L矩阵1
图1:由16行和16列组成的256-LED点阵

每一列(A-P)都连接了16个LED灯的阳极,每一行(1-16)连接16个LED灯的阴极。图1可看出配置所有256个LED灯只需32个通道,远远少于直接部署单个LED所需的256个通道。驱动点阵所需的引脚数量n和LED数量m因此可以表达为:

Q1   (Equation 1方程式1)

为了布置给定的LED,例如[01,A],列A需要被连接到VLED(LED电源电压),而行01需要被连接到地(需要一个串联电阻以限制电流)。在LED驱动芯片的配置中,列A可能直接连到VLED,而行01连接到一个电流阱。该方法可以减去限流电阻。

在每个控制引脚上连接16个LED的缺点在于,无法同时显示一个完整的帧(256个点)。例如,如果LED灯[01,B] 和 [02,A] 同时点亮,LED [02,B] 会自动产生压差,与平行的其他两个灯一起点亮,即使它被设定为熄灭状态。为了克服该问题,可以使用时分复用。以50Hz或更高的刷新速率,人类大脑的视觉处理会产生一个无闪烁的连续帧。因此我们可以让LED矩阵段顺次启动,同时保证其他部分处于三态。段刷新率为帧刷新率乘以段数量。