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LED调光技术提高视频播放画面质量

主题:pwm 调光 低亮度闪烁 下载地址:论文doc下载 原创作者:原创作者未知 评分:9.0分 更新时间: 2024-01-21

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调光亮度论文范文

pwm 调光 低亮度闪烁论文

目录

  1. pwm 调光 低亮度闪烁:0-100亮度调光

电源管理应用主管Michael Day

视频广告牌和超大屏幕等均要求大量的小型子系统,其中包括电源、视频编码器及解器码、线路驱动器、数字信号处理器(DSP)等,这些子系统密切协作以产生视频图像.对观众来说,最终结果是要拥有令人惊奇的高清晰度图像质量的超大屏幕全彩论文范文.虽然观众对某个视频回放发出的欢呼声让整个体育场为之震动,但他们一点也不了解该视频系统中由LED驱动器实现的诸多功能.如果我们仔细观察一下显示屏,就会看到数以百计的单个视频面板.再靠近一点,就会发现每个面板都包含16×16像素,每个像素由三个LED组成:红色、绿色和蓝色.每个LED的阳极都电气连接到一个LED驱动器的输出.最终,这些数以万计的LED驱动器会控制通过几十万个LED的正向电流来生成视频图像.

电气设计人员面临的挑战是了解使用LED驱动器控制LED电流的最佳方法.大多数高端LED驱动器都为设计人员提供了多种控制其系统中LED电流的方法.这些驱动器拥有一些帮助调低LED亮度的特性,例如:点校正(DC)、脉宽调制(PWM)调光和全局亮度控制(BC)等.尽管这些特性均提供同一种基本功能即调节LED亮度,但它们的使用却不同.理解如何正确地利用这些特性是拥有最佳品质视频的关键.

模拟与PWM亮度调节的对比

在了解LED驱动器的诸多高级特性以前,首先必须了解降低LED亮度的两种方法:模拟调光方法和脉宽调制(PWM)调光方法.模拟调光方法是指改变流经LED的正向电流.利用一半的电流驱动LED可降低一半的亮度.尽管并不是绝对的1:1,但是LED亮度会随着正向电流的变化而高度线性地变化.

PWM调光方法是指通过开关电流来改变电流的脉宽而不是改变振幅.LED亮度受控于LED开启时间百分比,也即占空比.人眼的频率响应极限约为60Hz及以下.因此,以60 Hz以上的频率开关LED,可让人眼只看到平均LED亮度.大多数显示器都以100 Hz或更高频率来实施PWM调光方法.就固定的PWM调光频率而言,更低的占空因数带来更低的LED亮度.图l显示了将一个20 mA LED调光至25%亮度时,模拟调光和PWM调光之间的对比情况.两个LED均获得了相同的亮度.

点校正

LED生产加工容差较难控制.对高质量显示较为重要的两个主要LED特性是发光强度和光谱纯度.不幸的是,每个LED的这两个特性都有可能差别很大,即使这些LED都来自同一家制造企业.在理想情况下,当处理器命令LED驱动器以相同电流开启所有红色LED时,它们便以相同亮度开启.实际上,相同电流的LED存在极大的亮度差异.相同正向电流条件下,一个典型可购得的LED部件型号具有2:1的亮度差异.

如果不对这种差异进行补偿,则LED面板的像素间亮度匹配就会非常低.点校正(DC)提供了一款优异的解决方案来对这些发光强度差异进行补偿.术语DC是指校正或者标准化某个LED显示器中每个像素(点)的强度,这是通过调节流经每个单独LED的模拟电流来实现的,必须在面板生产出来以后在工厂中进行初始DC.测试设备测量LED的发光强度,然后生成可编程到IC中的DC系数,从而达到调节LED亮度的目的.

一个典型的LED驱动器(如TLC5946)利用单个电阻Rset设置每个输出的最大LED电流.点校正使用模拟调光方法来调节电流至该最大电流的某个百分比.DC校正位数越大,最终LED亮度匹配也就越紧密.一个6位DC具有64离散电流水平,从OmA到Rset电阻定义的最大电流,这样便可提供1.59%步长的正向电流.一个7位DC具有0.79%步长的正向电流.图2显示了一个成品面板点校正前后的亮度水平.

点校正以前,所有LED均具有相同的正向电流,这样会导致2:1的亮度差异.实施点校正以后,LED驱动器以不同的电流来驱动每个LED,使所有LED的亮度均相同.设计中必须对DC进行精心设计以使亮度水平降低到比面板中最暗LED更低的一个值,这一点非常重要.在生产环境中,把许多面板组合到一起来生产出更大尺寸的显示器,这时所有LED的亮度水平必须被设定为系统最暗LED的值或者更小.LED的产品说明书中应提供最小规定亮度范围.

点校正还可用于调光整个显示器的亮度.在阳光明媚的正午时分,竖立在户外的显示屏使用全亮度可能较为适合,但在晚上或者室内观看时这一亮度可能就会让人受不了.通过将所有DC值减小至其原有值的某个百分比,可以实现全面板亮度调光.使用有DC功能的IC但却没有利用这种DC特性的某个系统,可以通过将所有DC值均编程为其最大值的一半来获得50%的亮度.利用7位点校正的LED驱动器,可通过将所有DC值从127减小至63来获得50%的亮度.下列方程式设定了使用DC时某个LED的正向电流:

I—LEDx等于lmax*DCx/2^n

其中:

·Imax为由Rset设定的最大输出电流

· DCx为输出x的点校正值

· n为点校正位数

利用上述实例,Imax等于40mA,DC等于63,则所有LED电流均被设置为40 mA+ 63/127- 19.84 mA.

如果系统已经利用DC特性来获得统一的面板亮度,则DC仍然可以用于亮度调光.通过将DC值编程为原始值的一半,可以获得50%的亮度调光.作为一个使用7位DC LED驱动器的例子,如果LED要求一个108的DC值来设定其电流到获得统一面板亮度所需的正确值,则可以通过将新的DC值编程为54来获得50%的亮度调光.

使用DC调光点校正面板的缺点是它降低了亮度匹配有效位的有效数.

亮度控制

为了在允许全面板亮度调光的同时保持严格的亮度匹配,由于拥有一套单独的亮度控制(BC)寄存器,一些高端LED驱动器包括了单独的全面板亮度调光DC.同DC-样,BC也是通过模拟调光方法来实施的.两者之间的差别是,DC单独对每个LED调光,而BC则同时对许色彩显示的显示器中可能无法接受.

脉宽调制(PWM)亮度调光或灰度PWM调光,可消除调光LED相关的色彩改变.这种调光将精确LED色彩保持在低亮度水平,其为产生高质量视频的关键.无论LED的亮度水平如何,都要保持流经LED的恒定电流,这样PWM调光方法便可消除LED色彩改变.彩色显示器的每个像素都产生自三种LED:红色、绿色和蓝色.通过同时脉冲和混合红色、绿色和蓝色LED,像素便能够产生高达687亿种颜色.下列举例说明了PWM调光方法.

为了简单起见,该示例假设只有3位PWM调光.3位相当于23 等于8色度,因此可以对每个LED进行编程让其在从0到7 PWM灰度步长的任何地方保持“开启”.每个视频帧均以所有LED“关闭”作为开始.在首个PWM时钟上升沿,所有LED“开启”,但那些O灰度值编程的LED除外.IC在每个PWM时钟周期之初便增量灰度计数器.所有LED均保持开启,直到PWM灰度计数器达到LED编程PWM值以上为止.

pwm 调光 低亮度闪烁:0-100亮度调光

图4描述了这一过程,其显示了简化的3位PWM调光控制器的波形和结构图(请参见图5).将红色、绿色和蓝色LED的灰度值分别编程设定为7、4和1,屏幕上便会产生一个橙色像素.设定为灰度值4的绿色LED在首个PWM时钟周期上升沿处开启,并保持4个完整PWM时钟周期.这个3位PWM调光方法示例可以产生每个像素23+23+23等于512种颜色.将这种计算方法扩展到16位LED驱动器(例如:TLC5943),便会产生216 4 216 4 216等于 281万亿种颜色.

点校正、亮度控制和PWM调光一起正确使用时,大屏幕上的图像便能完美无暇.正是因为这一周到的设计,观众会对大屏幕上的视频重播惊叹不已,但他们并不了解为了正确匹配像素到像素亮度,让显示器亮度同周围光线环境相适应,然后混合色彩产生完美画面所付出的心血和努力.多LED调光.DC和BC寄存器的数目和结构均与IC相关.

例如,一款专为驱动3组LED(每组8个)而设计的24通道LED驱动器TLC5951便包括了24个DC寄存器(每个LED-个寄存器).它包含3个BC寄存器,每组LED-个BC寄存器.这与专为驱动16个同色LED而设计的16输出LED驱动器TLC5943不同,TLC5943包括了16个内部DC寄存器.它具有一个同时调光16个输出的单BC寄存器.将DC和BC功能分离开可在继续允许全面板亮度调光的同时获得对LED亮度匹配的精确控制.同时在包括DC和BC的IC中,LED电流由两个寄存器值的组合来定义:

I_LEDx等于Imax*(DCx/2“n)*(BC/2“m)

其中:

· Imax为由Rset设定的最大输出电流

· DCx为输出x的点校正值

· N为点校正位数

· BC为全局亮度值

· M为亮度校正位数PWM调光

精确亮度控制只是高质量视频要求的一个方面,第二个方面是精确的色彩匹配.前一代显示器使用模拟调光方法设置LED亮度级别来实现混色,其对色彩质量产生许多不利影响.图3显示了LED的色彩随正向电流变化而变化.图3中“真”绿色LED定义了其全亮度的色彩,也即该指定LED电流为20 mA.利用模拟调光方法来获得25%亮度,要求SmA的正向电流.这样便将色谱从525nm变到531nm,这在一些要求真

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pwm 调光 低亮度闪烁引用文献:

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