基于FPGA的LED電視動態(tài)背光系統(tǒng)設(shè)計

本文設(shè)計一款基于FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)的液晶電視動態(tài)背光系統(tǒng)，采用LED側(cè)背光方式，符合當(dāng)前液晶電視LED背光應(yīng)用主流。

　　電視動態(tài)背光

　　以往的電視機(jī)主板將圖像信號通過LVDS(LowVoltageDifferentialSignal，低壓差分信號傳輸)將圖像信號傳送至液晶面板，另外通過LED驅(qū)動控制背光，顯示系統(tǒng)和背光系統(tǒng)相對獨立。圖像信號通過LVDS傳送的時候，有兩種格式，一種是JEIDA的標(biāo)準(zhǔn)，如圖一所示;一種是VESA的標(biāo)準(zhǔn)，如圖二所示。液晶面板的LVDS信號一般有四至五對，一對是時鐘信號，三至四對為數(shù)據(jù)信號，數(shù)據(jù)信號和時鐘信號速度為7:1。

　　液晶電視動態(tài)背光調(diào)節(jié)區(qū)分LED背光組件的整屏亮度PWM(脈寬調(diào)制)控制、LED背光組件的橫向分區(qū)域亮度PWM控制、LED背光組件的縱向分區(qū)域亮度PWM控制、RGB分區(qū)域亮度控制和綜合控制。要使液晶電視能達(dá)到分區(qū)域背光亮度PWM控制，相應(yīng)地必須對動態(tài)的圖像信號進(jìn)行分析，通過插入的FPGA板計算出各個區(qū)域的圖像亮度信息，然后根據(jù)區(qū)域統(tǒng)計的平均亮度信號，驅(qū)動LED控制芯片分別調(diào)節(jié)相應(yīng)背光區(qū)域的背光亮度。FPGA板同時將圖像信號傳送至液晶面板,以達(dá)到背光與圖像的同步，即實現(xiàn)了液晶電視動態(tài)背光調(diào)節(jié)功能。LED控制芯片必須具有多路輸出且各路輸出能獨立調(diào)節(jié)的功能，這樣芯片就能根據(jù)屏幕各區(qū)域圖像畫面的亮度信息，同時調(diào)節(jié)對應(yīng)區(qū)域的背光亮度，在屏幕顯示暗場景時，調(diào)低背光的亮度，進(jìn)而減少能耗。背光調(diào)節(jié)效果例子如圖三所示。

　　系統(tǒng)設(shè)計

　　本文設(shè)計的32寸液晶電視，選用LED側(cè)背光方式，在電視面板上下各安裝2個燈條，每個燈條4串LED，每串LED為10個LED燈，共用160個LED燈。4個燈條總共16串，分別對應(yīng)著16個調(diào)光區(qū)域。

　　FPGA器件選用賽靈思公司(Xilinx，Inc.)Spartan6系列中的XC6SLX16器件。Spartan-6FPGA為賽靈思公司新推出有批量應(yīng)用、最低成本的FPGA器件，采用45nm低功耗銅工藝，在成本，性能和功耗上能達(dá)到最好的平衡。內(nèi)建系統(tǒng)級模塊包括DSP邏輯片、高速收發(fā)器以及PCIExpress接口內(nèi)核，能夠提供更高程度的系統(tǒng)級集成;先進(jìn)功率管理技術(shù)以及可選的1.0v低功耗內(nèi)核使得Spartan-6FPGA功耗更低;支持超過12Gbps的存儲器訪問帶寬;高性能集成存儲器控制器支持DDR、DDR2、DDR3和移動DDR存儲器，硬內(nèi)核的多端口總線結(jié)構(gòu)能夠提供可預(yù)測的時序和高達(dá)DDR2/DDR3800(400MHz)的性能。

　　LED驅(qū)動芯片選用奧地利微電子公司(Austriamicrosystems)的AS3693B控制芯片。芯片擁有控制外部FET的概念設(shè)計，具有主動調(diào)節(jié)LED供電電源的專利節(jié)電技術(shù)，可最大限度地降低系統(tǒng)功耗。芯片具有I2C(Inter-IntegratedCircuit)和SPI(SerialPeripheralInterface)接口和16個獨立PWM調(diào)節(jié)的通道，每個通道的電流精度高達(dá)為0.5%，可使LCD背光實現(xiàn)最精準(zhǔn)的顏色及亮度控制;外接時鐘和同步輸入允許LCD背景光和電視圖像同步，能實現(xiàn)“分塊調(diào)光控制”，達(dá)到盡可能高的對比度。

　　FPGA板需要用到1.2V、1.8V、3.3V供電電壓，AS3693B芯片需要用到3.3V電壓，必須使用BUCK(降壓變換器)將12V電壓轉(zhuǎn)換至所需電壓。LED背光系統(tǒng)硬件設(shè)計如圖四所示：