图解LED扫描显示屏设计及解决拖尾方案

发布时间:2011-10-30 作者：熊栩 审核：熊栩 总点击： 文章来源：www.5sled.com 导读 关闭该页

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概述
        1/4扫描设计方式也是LED屏幕采用较多的设计方式之一。主要是不需要太高LED亮度的产品设计，比如室内屏；不需要太高灰阶等级的屏幕，比如多用于数字图形显示的地方。随着LED的亮度不断提高以及尺寸越来越小，更多的led显示屏进入室内将是一种趋势。然而，由于LED亮度及像素密度的提高给LED屏的控制及驱动也带来新的更高的要求。
1/4扫描应用参考设计 

      1/4扫描设计方式也是LED屏幕采用较多的设计方式之一。主要是不需要太高LED亮度的产品设计，比如室内屏；不需要太高灰阶等级的屏幕，比如多用于数字图形显示的地方。
1/4扫描设计数据、时钟、锁存、使能传送方式是和静态设计一样的，为了提高刷新率，传送数据量会增加数倍。
1/4扫描需要增加B0-B3扫描选通线，在每帧单位时间，B0-B3会按次序选通一次，在单位时间1S钟内B0-B3分别占用（1/4）S时间。
每当B0-B3被选通，其中被选通点亮的LED数据被移位到该像素，并锁存和使能（执行显示）。
CYT62726的16个端口驱动其中B0-B3选通线中共4颗LED，相对应4个单一颜色像素点，IC驱动电流是4颗LED电流的总和。
CYT62726的16个端口电流是统一设定的，为了保持白平衡R,G,B分别采用3颗CYT62726设计。选通讯号是由控制器送出的，驱动PMOS打开和关闭B0-B3选通线，PMOS驱动能力与选通线B0-B3连接LED数量有关系，是整个选通线上LED电流总和，通常选择4953，但是要注意MOS驱动能力。
在1/4扫描设计中，CYT62726是多片级联方式，CLK、LE、OE是并行传送结构，在数据传递中需要增加74HC245来提高驱动能力，一般建议3－6片CYT62726设置1片74HC245.SD数据是串行传递方式，按照设计设计可以采用经过74HC245，也可以不经过74HC245，因为数据串行传送有足够的驱动能力。在1/4扫描设计中，一般驱动电流较大，单颗红色LED时，需要串接电阻分压，分担芯片热量。最好的办法是两颗红色LED串接，提高亮度降低驱动电流，但是需要和设计面板显示结构相结合。
编号 型号 名称 参数 数量 品牌/备注
1 U2、U3、U4 集成电路 CYT62726B-SSOP24-1mm 3 CYY

2 U1 集成电路 74HC245D 1 NXP

3 C1 电解电容 1000uF 25V ±20%80% 1

4 C2、C3、C4、C5 陶瓷电容 0.1UF 25V ±10% X7R 0805 4

5 R1、R3、R5、R7 电阻 10Ω ±1% 1/8W MF 0805 4

6 R2、R4、R6 电阻 -Ω ±1% 1/8W MF 0805

7 R8-R23 电阻 47Ω ±1% 1/8W MF 0805 16

8 Q1、Q2 P-MOS CYT4953 SOP8 2

9 R、G、B 发光二极管 － － CYT
LED扫描显示屏拖尾解决方案
　　随着LED的亮度不断提高以及尺寸越来越小，更多的led显示屏进入室内将是一种趋势。然而，由于LED亮度及像素密度的提高给LED屏的控制及驱动也带来新的更高的要求。就一般室内屏而言，现在通用的控制方法均采用行列分控模式，即通常所说的扫描模式，其应用原理图见图1。
　　
图1
　　图1是一个1/4扫的led显示屏原理图。其工作原理是在1帧图像内每行电源V1-V4按控制要求各开启1/4的时间。这样做的优点是可以更有效地利用LED的显示特性以及降低硬件成本。其缺点就是在1帧图像内，每行LED只能显示1/4的时间。如：帧频为50Hz时，每行的显示时间为Tm=1000/(50×4)=5ms.若采用更高的帧频或扫描级数进一步增加，那显示时间将会更短，如50Hz帧频，1/16扫描时，Tm=1.25ms.随着Tm 的变短，行电源波形的上升、下降沿的品质对系统的正常运行就将是至关重要的。

图2

图3
　
　2、问题分析
　　前面已经讲述了扫描显示屏的工作原理，图2是1/4扫描行电源的理想波形图。然而在实际应用中其波形与理想的相差甚远。图3是采用 4953作为行电源开关控制的波形图。由于4953天然的缺陷，将其作为行电源的控制开关，其下降沿Tf将大于100μs.若忽略行电源上升沿时间(实际上，上升沿的时间很短可以忽略)，不难看出，在1帧图像内，前一行与后一行会有约100μs的重叠时间。为便于分析计算，我们可以将重叠时间Tn近似为下降沿时间Tf .即：Tn=Tf .
　　如此，应该显示第二行时前一行仍然会在Tn一段时间内以第二行的控制方式发光，在我们的视觉里就会看到前一行在微亮。亮度的大小与两行重叠时间与显示时间的比例成正比，即与Tn/Tm成正比。这里我们定义Tn/Tm为重叠比，还以50Hz帧频为例，Tn/Tm=0.1/(1000/(4×50))=2%.看来2%的重叠比还不是很大。但随着帧频的提高或扫描级数的提高其重叠比Tn/Tm将会大大增加。
　　下面我们不妨把帧频提高到250Hz再看一看，此时行电源开关控制波形图如图4.很显然，此时的重叠比达到Tn/Tm=0.1/(1000/(4×250))=10%。在如此高的重叠比下，拖尾现象将会十分明显。

3、解决方案
　　以上我们分析了扫描显示屏的拖尾原理，所以，要解决该问题必须从源头做起，必须减小重叠比。然而，由于4953天然缺陷，行电源的下降沿无论如何是无法靠4953自身来降低的。一种方法就是要外加吸收电路，这种外吸收的方法其效果与所投入的成本密切相关，要想取得好的效果，就要外加比较复杂的线路，这样做不仅增加了整机成本还给系统布线带来很多不便和困扰。
　　得倍电子针对以上问题开发了一款行电源控制专用电路D4963，该电路内部增加了吸收电路，使得在不需要任何外部吸收线路的情况下将其下降沿减小到100ns。应用线路与波形见图5、图6。


　　很显然，采用D4963 比现有的4953 下降沿减小了近千倍，应用方式与现有的4953基本一致，不许外加任何元件。这就使得扫描显示屏的设计更加灵活，在不牺牲帧频的前提下扫描级数还可以大幅增加，这将大大节省整机成本。我们以1/32扫描为例，若帧频设在250Hz时，仅重叠比Tn/Tm单项参数来看，Tn/Tm=0.0001/(1000/(32×250))=0.08%。毫无疑问，这种情形下LED扫描显示屏拖尾这个瓶颈问题将得到根本的改观。提高亮度降低驱动电流，但是需要和设计面板显示结构相结合。