LED矩阵驱动器拓扑结构的研究

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该问题在一个开路LED情况下显得更加突出。在图4b中,激活有问题的LED[01,B]。通道01被配置作为开关连接行01至接地。通道03仍然保持与原先相同的状态。因此,行02和列B被拉高(显示为红色),行01和列A被拉低(图中蓝色部分)。由于在配置的LED中有一个开路,行02和列B上的电压开始上升(红色中所示)。只要其中一个达到正向电压,行03和列C就将通过LED[03,B]产生偏压(黄色中所示)。 所有[X,B]LED灯都会产生同样的情况。列B中的电压进一步上升,直到到达两倍的LED正向电压。现在,所有在[X,B]和[01,x] 的LED完全处于偏压并被点亮。

 

L矩阵7
图4a、4b:短路中的Charlieplexed点阵(4a,左)以及开路状态(4b,右)

 

过去,重影现象以及开路LED带来的潜在问题阻碍了实施charlieplexed点阵的尝试。但现在,由Charlieplexing改进而来的crossplexing技术,将有效消除前者带来的缺陷并提供较少的引脚数量,这是LED显示器的设计师们一直在寻找的解决方案。

为了实施crossplexing算法,第一个要求就是系统必须知道是否存在开路或短路。为了便于说明,让我们假设,驱动器的布置由位于阳极侧的电源和阴极侧的低电阻开关组成。每一行都需要一个电源和一个开关的组合。

当单个部署的LED发生短路时,从电流角度来看不会产生任何影响,电源仍将继续提供电流。然而,从电压角度来看,却引起了一定的变化:电流源输出的电压将不会达到LED的正向电压(因为短路的原因),而会处于接地的状态,明确指示短路的存在。因此,将确定的电压阈值与实际的阳极电压进行比较就可以检测是否存在短路。

在开路LED的例子中,阳极电压将上升至两倍的正向电压——同样地也会产生存在开路的明确指示。在这种情况下,是否达到绝对电压水平将取决于所使用LED的正向电压,而这个参数在如今市场中的LED上存在相当大的差异。所以单个电压阈值不能概括所有的LED。

根据LED的数据手册来分析所有可能的变化并计算开路阈值的最低值在理论上是可行的,但这个最低值可能对许多LED是无效的。事实上,这个值可以采用更明智的方法来计算。任何给定的PCB面板所具有的最优电压阈值正是面板上所有LED的最高正向电压。然而确定这个最优电压阈值,必须测量每一个PCB电路板并在组装时完成配置,这又是不可行且昂贵的制造步骤。

目前,类似于这种方法的技术方案可以通过奥地利微电子的AS1119得以实现,该芯片是一款新的144 LED crossplexing矩阵驱动器IC。 通过该芯片实现的开路/短路检测过程同时使用矩阵内LED的正向电压,就可以确定并自动设置开路状态下最优的阈值电压。

当然,仅仅知道开路或短路的位置无法消除重影。但是,一旦检测到开路的存在,系统就可以存储它的坐标。驱动器每次按指令布置LED时就会“掩盖”该位置并忽略指令。这个措施可以防止LED在剩余的点阵显示中发生意外操作。在大型矩阵中,单个LED的关闭完全不会影响到用户的使用感受。

对于短路,防止重影显得更为困难。如上所示,单个LED短路会引起其他多个LED的重影效果。掩盖所有这些发生故障的LED来避免重影并不能解决问题,与短路相关的通道都需要停用。这可能会导致矩阵中大量LED的故障。在一个四通道的矩阵中,停用通道01和通道02后,只剩下两个可运作的LED。这将损失整个矩阵的83%。对于16 x16的矩阵中,停用两个通道后,240个LED中将只留下182个仍处于工作状态,损失整个矩阵的24%。

每个设计师可以选择自己认为最好的方法,矩阵越大,停用两个通道所引起的影响就越小。是否可以接受这些影响,很大程度上取决于应用本身。对于较小的矩阵,停用两通道可能就无法正常运作。

结论
crossplexing方法结合诸如AS1119的智能矩阵驱动电路,使为了避免charlieplexing拓扑的主要弊端而改进的crossplexing成为可能。由于LED开路而引起的显示故障在完全不影响图像质量的情况下是可以预防的。Crossplexing提供了用较少引脚数量IC来驱动LED矩阵并大大节省PCB面积和生产成本的方法。