LED屏幕驅動(dòng)技術(shù)探討: 交流響應

LED驅動(dòng)IC的交流響應特性經(jīng)常被忽略，但卻是相當重要的一個(gè)特性。交流響應影響LED屏幕(LED顯示屏)的影像質(zhì)量，如灰階、線(xiàn)性度、EMI、信賴(lài)性。雖然這些特性彼此間有取舍關(guān)系，但是好的驅動(dòng)IC應該能夠在這些特性中取得較佳的平衡。本文將探討交流響應的重要性及LED驅動(dòng)IC與電路板設計技術(shù)，以協(xié)助工程師設計出影像質(zhì)量良好的顯示屏。

最短O(píng)E脈波寬度及線(xiàn)性度

每個(gè)顏色超過(guò)1024個(gè)灰階已經(jīng)成為LED全彩顯示屏的基本規格，為了表現更豐富的色彩，制造商們需要能夠表現更多灰階的驅動(dòng)IC。而OE的最短脈波寬度及反應時(shí)間 (tr / tf) 決定了灰階數的多寡。但是許多驅動(dòng)IC往往為了縮短O(píng)E脈波寬度而犧牲了線(xiàn)性度，所謂線(xiàn)性度就是輸入數據與輸出亮度間的關(guān)系。例如圖一中，的輸出電壓波形比OE脈波寬度還要來(lái)得短，其線(xiàn)性度關(guān)系如圖二所示。很明顯地可以看到，LED亮度與OE脈波寬度的設定不成正比，特別是在OE脈波寬度低于0.1us時(shí)，此時(shí)的線(xiàn)性度不佳。

Fig. 1 OE脈波寬度與輸出電壓波形之間的關(guān)系

Fig. 2 LED亮度與OE脈波寬度的關(guān)系

目前市面上對于最短O(píng)E脈波寬度有許多不同的定義。有IC制造商將輸出端可以反應的時(shí)間定義為最短O(píng)E脈波寬度，但僅僅這樣的定義會(huì )忽略掉對于線(xiàn)性度的影響。因此還是需要加以實(shí)際量測線(xiàn)性度才能確保IC可以表現足夠的灰階數。

抑制輸出突波

當LED驅動(dòng)IC管腳關(guān)閉瞬間產(chǎn)生的電壓突波，經(jīng)常導致IC損壞，這也影響了顯示屏的信賴(lài)性。此一電壓突波是來(lái)自于VLED 和 OUTn之間的寄生電感所產(chǎn)生的，在圖三及圖四中說(shuō)明了此突波的實(shí)驗方式與結果。在此實(shí)驗中，我們刻意加入一個(gè)電感L1以仿真實(shí)際電路中的寄生電感，并勾取圖三中CH1~CH3三個(gè)節點(diǎn)上的電壓波形以示波器觀(guān)察，其波形如圖四所示。從圖示中可以看到在輸出管腳(CH3)上的電壓達到26.6V之高，遠高于驅動(dòng)IC的耐壓(17V)。

Fig. 3 The circuit of overshoot experiment

Fig. 4 The waveforms of different nodes on PCB

突波的電壓值可以透過(guò)以下公式加以計算：
V = L x di / dt
V 是寄生電感所產(chǎn)生的突波電壓，L是寄生電感感值，di / dt 是切換瞬間的電流變化率。

有三種方式可以消除或抑制電壓突波，第一種方法是減少寄生電感，同時(shí)因為VLED在線(xiàn)的突波也會(huì )累積到VOUT上面，電源線(xiàn)與每個(gè)輸出管腳的線(xiàn)路必須盡可能地縮短。前述提到的均勻配置的分布式電容也可以減少VLED及VOUT的突波。

第二種方法是降低輸出管腳開(kāi)關(guān)切換速度。由前述公式可知，切換速度(tr / tf)太快的驅動(dòng)IC會(huì )導致突波過(guò)高，因此選擇切換速度適中且夠用的驅動(dòng)IC即可。

第三種方法是將輸出突波加以分散，可以選擇輸出管腳間具有交錯時(shí)間遲滯功能的驅動(dòng)IC，避免所有的輸出管腳同時(shí)切換，這種方法可以減少不同管腳間的突波透過(guò)電源線(xiàn)互相迭加而升高的問(wèn)題。

結論
妥善選擇驅動(dòng)IC并設計電路板線(xiàn)路可以幫助顯示屏制造商改善顯示屏的灰階與信賴(lài)性，一般的驅動(dòng)IC產(chǎn)品其實(shí)可提供客戶(hù)兼顧反應速度與信賴(lài)性的平衡選擇，客戶(hù)可以依自己對于灰階的需求選擇合適的IC。