無線產(chǎn)品的LED驅(qū)動選擇方案

最近幾年內(nèi)，手機照明發(fā)生了巨大變化。從終端客戶點的角度來看，并沒有太大變化-他們可能只是發(fā)現(xiàn)顯示屏變大了，指示燈變多了或者照相時有了閃光。從技術(shù)角度來看，創(chuàng)造照明特性的挑戰(zhàn)很棘手，而且以后會越來越棘手?，F(xiàn)在，手機照明方面最大的技術(shù)挑戰(zhàn)在于：

　　● 合理劃分系統(tǒng)中的LED驅(qū)動

　　● 限制功耗

　　● 輻射噪聲

　　● 控制接口和可編程性

　　● 安全問題

　　● 外部元件的尺寸

　　● 系統(tǒng)成本

　　顯示器背光

　　根據(jù)手機的不同，顯示屏背光LED驅(qū)動要求在簡單的4 LED驅(qū)動到更復雜的、最多可驅(qū)動10個LED的雙顯示器(主屏和子屏)背光驅(qū)動器之間變化。根據(jù)手機生產(chǎn)廠商的不同，LED驅(qū)動或者是顯示屏的一部分，或者就安裝在電話主板上。一小部分電話具有有機LED(OLED)顯示器，它沒有背光LED，但卻要求有用于照明的偏置電壓。

　　大多數(shù)的討論都是在并聯(lián)和串聯(lián)之間做選擇的問題。遺憾的是，這個問題并沒有一個簡單的答案。通常，一個帶有LED吸收電流或電流源的電荷泵AC/DC變換器可以提供最小的解決方案(無需電感)。并行LED驅(qū)動器的效率隨輸入電壓范圍的變化而變化。多模電荷泵在鋰離子電池電壓范圍內(nèi)可以實現(xiàn)75%~90%的LED效率。并聯(lián)的不足在于增加PWC上了的布線數(shù)量。過去，匹配是一個主要參數(shù)，但是現(xiàn)在新的電路結(jié)構(gòu)可以在LED分支間實現(xiàn)0.2%的匹配。串聯(lián)要求具有一個磁性DC-DC轉(zhuǎn)換器，可根據(jù)LED數(shù)量和最大正向電壓規(guī)格將電池電壓提高到16~20V。這類應(yīng)用中的電感的尺寸一般是3.5mm×3.5mm× 1mm，而且規(guī)定輸出電容電壓要達到25V。因此，系統(tǒng)尺寸要大于類似的電荷泵應(yīng)用。磁性解決方案提供了出色的匹配(每個LED都有類似的電流)和更高的LED總效率(80%~95%)。

　　一些手機生產(chǎn)商已在基帶功率管理單元上添加了LED驅(qū)動器特性。在某些情況下，它是一個經(jīng)濟的解決方案，但是不夠靈活。電話設(shè)計中照明要求的變化很快，PMU推動的LED驅(qū)動一般設(shè)計用于打開或關(guān)閉一定數(shù)量的LED。如果PMU不能驅(qū)動背光，就需要一個獨立的驅(qū)動-而且如果會增加系統(tǒng)成本，就不會使用PMU功能。

　　如果LED驅(qū)動位于顯示器模塊中，系統(tǒng)高度就成為一個決定因素。到目前為止，電荷泵解決方案是最佳的，但新的電感將要達到0.8mm厚。同時，還可以使用芯片電感，或利用電荷泵或磁性DC-DC來創(chuàng)建薄型顯示器。另外需要考慮的因素是控制接口-單啟動、雙啟動、I2C或SPI接口。大多數(shù)電話中都有串行接口，可以實現(xiàn)最方便靈活的控制功能。

　　不久的將來，背光顏色飽合度將成為一個主要的區(qū)別因素。手持式設(shè)備中的高分辨率相機和數(shù)字電視需要更好的顯示器和背光技術(shù)。大OLED顯示器曾經(jīng)承諾要改變顯示器技術(shù)，但至今也沒實現(xiàn)。從高質(zhì)量電視中分離出來的新RGB LED背光技術(shù)也將在小型顯示器中提供更亮的顏色。雖然技術(shù)很新，但是與白色LED(NTSC比為70%)相比，它可以提供高達110%的NTSC顏色飽合度。

　　高效率顯示器背光不光可以通過選擇適當?shù)尿?qū)動器或LED來實現(xiàn)。應(yīng)該在可以降低功耗的環(huán)境光環(huán)境的基礎(chǔ)上控制背光強度。環(huán)境光反饋控制技術(shù)在很大程度上取決于傳感器布局(前、后)、傳感器類型(光電二極管、光電晶體管、傳感器)和必需的特征(直接反饋、過濾反饋及終端客戶指定的反饋)。環(huán)境光控制的顯示器不僅效率更高，而且還能為終端用戶提供更自然的外觀和感覺。

　　手機上的彩色LED驅(qū)動

　　彩色LED一般用作指示燈-來電會將LED變成紅色，收到短信息則變成紫色等等。這樣的LED驅(qū)動產(chǎn)品很廣泛，從簡單的控制器(無升壓轉(zhuǎn)換器)到完整的LED驅(qū)動(有升壓轉(zhuǎn)換器)。許多新的功率管理單元都集成了能夠用于驅(qū)動彩色LED的GPIO。

　　指示燈不僅用于彩色LED。它們還可用于娛樂、警告標識、鍵區(qū)引導或者電話裝飾。庫存跟蹤燈就是一個很好的例子，用戶可以根據(jù)自己的喜好給庫存編上相應(yīng)的顏色。在鍵盤上，RGBLED能夠用于照亮鍵盤的特定區(qū)域，以便在鍵盤上輕松實現(xiàn)導航。在MP3模式下，電話鍵盤控制音量或跟蹤燈就會按照與其它鍵盤不同的顏色來顯示。

　　圖. Flash LED驅(qū)動-問題所在。

　　具有更多彩色LED的缺陷在于功耗、布線困難(空間和噪聲)和增加了控制軟件。很多情況下，可以使用內(nèi)置到DSP和升壓電路中的分立彩色LED驅(qū)動器。優(yōu)勢在于具有最大的靈活性、本地布線、現(xiàn)有的串行接口(I2C或者SPI)以及降低了功耗。因為在手機的待機模式下指示LED都是開著的，這樣就縮短了待機時間，所以彩色LED驅(qū)動的功耗就特別重要。通常，LED驅(qū)動器是由基帶或者功率管理IC來控制的，這樣就提高了待機電流?？刂圃蕉?，功耗也就越高。新的彩色LED驅(qū)動可以通過內(nèi)置命令序列來實現(xiàn)最少的控制。用戶可以利用類似于C語言的簡單編碼來對時間延遲、衰減、閃爍、環(huán)路和觸發(fā)信號進行編程。這些命令被存儲到LED驅(qū)動中，根據(jù)所編程序自動地打開和關(guān)閉。由于控制是預先確定的，所以LED驅(qū)動能夠優(yōu)化輸出功率，并相應(yīng)地打開或關(guān)閉升壓轉(zhuǎn)換器。這類LED驅(qū)動能根據(jù)要求分別實現(xiàn)單輸出(單獨指示器)、三輸出(RGB LED)、六輸出(雙RGB)或者十二輸出(四重RGB)。通常，設(shè)備是由串行接口來控制的，因此不需要額外的GPIO即可進行控制。同樣，由于封裝尺寸一般小于2mm×2mm，因此LED驅(qū)動的布局也很簡單。

　　照相手機很常見。高分辨率照相手機帶有閃光燈功能，除非在非常黑暗的環(huán)境中使用，否則一般不會改變圖片質(zhì)量。整合了Flash LED驅(qū)動器的新型Flash LED提供了相當高的飛行強度，這的確改善了圖片質(zhì)量。遺憾的是，閃光功率越高，就越難完成設(shè)計。通常，新型LED的功率指標約為3~5W，它反應(yīng)了最差情況下的電池電流(2~3Amp)。如果設(shè)計不當，這樣大的電流將引起電池電壓急劇下降。最好的方法包括最小化布線限制、屏蔽EMI、使用無線電TX(如果無線電打開，則關(guān)閉閃光燈)，以及應(yīng)用超級電容。超低電容是電容高達1F的平板電容。電容可以為Flash LED之類的大電流應(yīng)有存儲能量。閃光燈的LED驅(qū)動一般也具有集成式指示LED驅(qū)動、安全用閃光定時器、TX禁用引腳、閃光燈的觸發(fā)引腳和電筒調(diào)節(jié)。將來，當電池電壓范圍降至2.3V(新電池技術(shù))以下時，flash LED驅(qū)動將需要超級電容方法。

　　結(jié)論

　　背光LED、鍵盤LED、flash LED和指示/彩色LED是當今電話設(shè)計中非常重要的一部分。設(shè)計精良的照明功能和效果會有很大差異-尤其是終端用戶看來。設(shè)計自然的、省電的照明系統(tǒng)極具挑戰(zhàn)性，但是可以利用合適的產(chǎn)品來克服。照明設(shè)計始于系統(tǒng)設(shè)計和合理劃分，而且產(chǎn)品選擇對于產(chǎn)品能否取得成功起到很重要的作用。