LED矩阵驱动器拓扑结构的研究

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这被证明是一种用于LED多路复用的完美且有效的技术,但它仍然需要一个具有高引脚数的驱动IC和大到足以容纳32个通道导线的印刷电路板。在一般情况下,集成电路和印刷电路板面积越大,材料和生产成本也越高。

显示器制造商对矩阵显示驱动器具有较少引脚数量的需求导致“Charlieplexing”算法的实施,该方法是查理•艾伦在1995年提出的一个架构,他曾作为一名工程师在模拟IC制造商Maxim任职。该想法是连接每个LED的阴极和阳极到相同的通道(见图2)。

 

L矩阵3
图2:Charlieplexed算法下的 16x16 点阵

图2显示没有LED被连接到空的对角线。在这些节点,每一行都和一列产生短路。LED的数量m和所需通道n之间的关系可以计算为:

Q2   (Equation 2 方程式2)

方程式3显示了n经变换后的表达形式。所需的通道数量n和所需的LED数量m之间的关系可以表达为:
Q3   (Equation 3 方程式3)

使用16个通道即可解决240个LED灯的寻址。在256-LED显示的例子中,需要一个额外的通道(事实上17个通道就可以布置最多272个LED)。换言之,驱动器的引脚数几乎被减少了50%。同样,时分复用是必需的。比如要激活LED[02,A],行01需要被连接到VLED,而行02则需要被连接到地。所有其他的行都处于三态。

然而,减少引脚数量并不是没有困难的。第一个问题来自charlieplexed矩阵的拓扑结构。图3显示寄生的平行路径是charlieplexed矩阵的固有特征。

 

L矩阵6
图3:charlieplexed矩阵的平行路径

事实上,每一个单个LED都与多个串行双LED灯平行。这意味着,在矩阵中的LED必须具有相似的正向电压:如果LED [02,A] 和平行路径上的LED之间的正向电压误差接近两倍,那么在平行路径上的LED可能会被无意中点亮。

在实践中,一个管理良好的显示器生产过程可以确保LED匹配达到远远小于两倍的正向电压误差。

第二个由Charlieplexing带来的问题无法轻易避免。当LED因短路或开路发生故障时,该问题就会产生。图4a显示了短路的结果。让我们假定LED[01,B]短路,LED[03,B]应该被开启。02通道被配置为电流源,从电源为行02提供电流。通道03被配置为一个开关,连接行03至地。由于[01,B]的短路,列A和行01无意中被拉高(以红色显示)。因此,列A中的每个LED在阳极都存在正压。由于行03被拉低从而点亮[03,B],行03中的每个LED在阴极都接地(以蓝色显示)。因此,由于短路的原因,LED[03,A]两端电压与LED[03,B]完全一样,也同样被点亮了。

一般来说,当有LED短路时,连接到下面通道上的LED会发生讨厌的重影现象:
•发生短路的通道(和相应的行)。(在该示例中,就是通道01)
•通过短路直接连接上面通道的通道(和相应的行)。(在该示例中,就是通道02)