LED屏幕驅(qū)動(dòng)技術(shù)探討: 交流響應(yīng)

LED驅(qū)動(dòng)IC的交流響應(yīng)特性經(jīng)常被忽略，但卻是相當(dāng)重要的一個(gè)特性。交流響應(yīng)影響LED屏幕(LED顯示屏)的影像質(zhì)量，如灰階、線性度、EMI、信賴性。雖然這些特性彼此間有取舍關(guān)系，但是好的驅(qū)動(dòng)IC應(yīng)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(yīng)的重要性及LED驅(qū)動(dòng)IC與電路板設(shè)計(jì)技術(shù)，以協(xié)助工程師設(shè)計(jì)出影像質(zhì)量良好的顯示屏。

最短OE脈波寬度及線性度

每個(gè)顏色超過1024個(gè)灰階已經(jīng)成為L(zhǎng)ED全彩顯示屏的基本規(guī)格，為了表現(xiàn)更豐富的色彩，制造商們需要能夠表現(xiàn)更多灰階的驅(qū)動(dòng)IC。而OE的最短脈波寬度及反應(yīng)時(shí)間 (tr / tf) 決定了灰階數(shù)的多寡。但是許多驅(qū)動(dòng)IC往往為了縮短OE脈波寬度而犧牲了線性度，所謂線性度就是輸入數(shù)據(jù)與輸出亮度間的關(guān)系。例如圖一中，的輸出電壓波形比OE脈波寬度還要來得短，其線性度關(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(shè)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(duì)于最短OE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(yīng)的時(shí)間定義為最短OE脈波寬度，但僅僅這樣的定義會(huì)忽略掉對(duì)于線性度的影響。因此還是需要加以實(shí)際量測(cè)線性度才能確保IC可以表現(xiàn)足夠的灰階數(shù)。

抑制輸出突波

當(dāng)LED驅(qū)動(dòng)IC管腳關(guān)閉瞬間產(chǎn)生的電壓突波，經(jīng)常導(dǎo)致IC損壞，這也影響了顯示屏的信賴性。此一電壓突波是來自于VLED 和 OUTn之間的寄生電感所產(chǎn)生的，在圖三及圖四中說明了此突波的實(shí)驗(yàn)方式與結(jié)果。在此實(shí)驗(yàn)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(jié)點(diǎn)上的電壓波形以示波器觀察，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(dá)到26.6V之高，遠(yuǎn)高于驅(qū)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以下公式加以計(jì)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?yàn)閂LED在線的突波也會(huì)累積到VOUT上面，電源線與每個(gè)輸出管腳的線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關(guān)切換速度。由前述公式可知，切換速度(tr / tf)太快的驅(qū)動(dòng)IC會(huì)導(dǎo)致突波過高，因此選擇切換速度適中且夠用的驅(qū)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(cuò)時(shí)間遲滯功能的驅(qū)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電源線互相迭加而升高的問題。

結(jié)論
妥善選擇驅(qū)動(dòng)IC并設(shè)計(jì)電路板線路可以幫助顯示屏制造商改善顯示屏的灰階與信賴性，一般的驅(qū)動(dòng)IC產(chǎn)品其實(shí)可提供客戶兼顧反應(yīng)速度與信賴性的平衡選擇，客戶可以依自己對(duì)于灰階的需求選擇合適的IC。