隨著科技的不斷發(fā)展，當許多新興的多媒體與數(shù)據(jù)服務變得越來越普遍，手機設計工程師也將持續(xù)面臨需要集成更多功能(例如更大的屏幕、百萬像素成像器件、視頻處理以及應用協(xié)處理器等)的挑戰(zhàn)，同時還得滿足移動手機用戶對待機與通話時間的要求，以及使用者對更長的視頻播放、游戲與網(wǎng)絡瀏覽的期望，這些都將需要更長的顯示屏使用時間。幸運的是，高亮度 LED 效率以及創(chuàng)新性 LED 驅動器件的改進將能夠幫助設計工程師滿足這些需求，同時還能符合消費者對重量與尺寸的期望。
繁華的城市離不開 LED 燈的裝飾，相信大家都見過 LED，它的身影已經(jīng)出現(xiàn)在了我們的生活的各個地方，也照亮著我們的生活。推動移動電話顯示由單色轉換為彩色的一個主要趨勢是拍攝功能的集成。最初這些成像器件的分辨率相當有限，同時圖像質量也不佳。
但隨著技術的發(fā)展，分辨率由 30 萬像素的 VGA 等級進展到 100 至 200 萬級像素，并快速朝向 300 萬像素以上的分辨率級邁進。在成像器件、處理器與軟件不斷得到改進后，消費者現(xiàn)在希望得到更多的數(shù)碼相機功能，例如低照明情況下需要的閃光燈，甚至是自動對焦等。在這樣的分辨率下，良好的畫質輸出以及圖片與視頻分享變得更加實用，這些更高密度的 CMOS 成像器件需要從目標獲得更多的反射光，因此進一步推動了集成閃光功能的需求。
1 LED 驅動設計的新要求
要將傳統(tǒng)的氙氣閃光燈放置到尺寸相當緊湊的手機內(nèi)對設計工程師來說極具挑戰(zhàn)性，因為除了粗大的閃光用高壓電容外，還必須加上燈泡以及相關的變壓器與電子線路，而傳統(tǒng)的閃光燈也不適用于視頻拍攝的用途。慶幸的是，LED 制造商已經(jīng)著手通過采用如氮化銦鎵(InGaN)等新材料來提升功率 LED 的光輸出。
另一方面，半導體制造技術的創(chuàng)新以及封裝方式的改進也提高了能夠產(chǎn)生的流明數(shù)以及光電轉換效率。要產(chǎn)生最高的光輸出，這些功率 LED 可能需要 400mA 或更高，且脈沖寬度在 50 到 200ms 的電流輸出能力。但是對視頻應用來說，則需要較小的電流，但時間卻不僅限于單一脈沖。除了尺寸的限制以及人體工學的考慮外，這些相機模塊通常會集成在屏幕的后方或上方，以便使用者可以利用 LCD 作為抓取圖像的取景器，這在折疊式手機上特別常見。成像器件與鏡頭機構可能還必須能夠旋轉，以便手機可以在視頻會議模式下作為面對面溝通的工具，這在 3G 網(wǎng)絡的電話設計上預計將更加普遍，因為有足夠的帶寬可以運用在視頻會議上。
在討論這些趨勢時我們可以明顯地看出，屏幕顯示的質量與分辨率變得越來越高，同時尺寸也越來越大，特別是具備豐富多媒體功能的手機，預計未來將有越來越多的內(nèi)容，如流視頻或廣播視頻、互聯(lián)網(wǎng)瀏覽與電子郵件、拍照與相片查看，以及游戲和信息獲取服務等。因此，當手機在沒有通話時屏幕使用將更為頻繁，但是如果手機的電池續(xù)航能力不夠，這些功能都將受到限制。因此，高效率的系統(tǒng)電源管理，包括屏幕與按鍵的背光電源管理就變得相當重要，而諸如相機閃光燈等以往只有在高端手機中才能看到的功能也將逐漸成為標準配置。
這些也將對白光 LED 背光驅動電路的設計帶來挑戰(zhàn)：更大的屏幕代表了有更多的區(qū)域需要背光，因此必須提升驅動器件的整體效率;由于空間有限，所以必須在單一封裝中集成更多的功能;由于考慮的不僅是大小，厚度也必須縮減，特別是滑蓋與折疊式造型的產(chǎn)品。
2 驅動電路方案
手機中白光 LED 驅動電路經(jīng)常使用兩種架構：LED 以串聯(lián)方式連接的電感升壓轉換電路;每顆 LED 都通過穩(wěn)定的電流源驅動的電荷泵驅動器。電感解決方案可以帶來最佳的整體效率，而電荷泵方式由于使用小型陶瓷電容作為能量轉換器件，因此體積最小。圖 1 和圖 2 分別給出了兩種驅動架構的典型應用電路。當前，功率 LED 的效率不斷地得到提高，降低了背光 LED 的功耗，因此可以用更少的 LED 提供更高的光輸出。這意味著兩、三年前需要 4 顆 LED 提供背光的 1.5 寸屏幕，現(xiàn)在只需兩顆功耗只有一半的 LED 就能夠得到相同的性能。
為了滿足這個需求，就需要一顆能夠驅動兩個 LED 的新產(chǎn)品，并能以相當?shù)偷碾娏髦С制聊槐彻獾牡凸拇龣C運行。為了解決這個問題，NCP5602/12 系列電荷泵 LED 驅動器件設計成可以支持超低電流的 ICON 模式，同時能夠通過簡單的單線式或傳統(tǒng)的 I2C 串行總線提供兩顆 LED 的普通背光功能。除了支持最新的輕薄封裝趨勢外，這些產(chǎn)品也在設計上采用新的極薄型 LLGA 微封裝技術(2×2×0.55mm)來支持超薄應用。此外，部分改進的 LED 材料與設計擁有更低的正向電壓(由 3.6V 降低到 3.1V)，因此對電感解決方案來說，相同的功率可以驅動更多的 LED。而更復雜的 LED 驅動器件，如 NCP5604A/B 就擁有更多的電壓轉換模式選擇，提供更優(yōu)化的功率轉換，同時集成電流源的功率耗損也更低，在手機電源所使用的鋰離子電池的大部分工作時間內(nèi)達到 85%的轉換效率(PLED/Pin)。
LED 閃光燈已經(jīng)成為照相手機必備的配置，安森美開發(fā)出的 NCP5608 多重模式電荷泵 LED 驅動器，能夠驅動 4 顆 LED 用于主屏幕與子屏幕的背光，以及可以提供用于驅動 1W 功率 LED 的高達 400mA 的高電流輸出。這些功能在設計上共用一個高效率的電荷泵轉換電路，以便將外接電容的數(shù)目降到最低。
由于空間有限，特別是新型超薄直板手機以及翻蓋手機，因此這款器件采用 4×4×0.75mm 的 QFN 封裝。為了將控制驅動器所需的連線數(shù)降到最低，該器件采用了兩線 I2C 數(shù)據(jù)總線作為控制配置接口。在驅動閃光燈 LED 上提供有 4 個專用通道，讓引腳能夠以并聯(lián)方式驅動一個高功率 LED，或用來驅動數(shù)個以較低電流工作的閃光燈 LED。
3 應用展望
事實上，背光不僅可以應用在屏幕與按鍵上，彩色 RGB(紅綠藍)LED 還可根據(jù)音樂、來電鈴聲等提供一些好玩的效果以及個性化設定，例如通過最新的來電識別功能，利用 RGBLED 在視覺上提示用戶是誰打進電話。我們可以發(fā)現(xiàn)，LED 已經(jīng)由簡單的背光功能演變成更多的功能。在按鍵上已經(jīng)開始加入邊緣發(fā)光器件來協(xié)助按鍵背光的平均分配，同時還能降低手機的整體厚度以及產(chǎn)生背光所需的 LED 數(shù)量。
未來，利用 LED 提供照明將在手機以及其他數(shù)字消費電子產(chǎn)品上可以看到更多的創(chuàng)新型應用。雖然 LED 在生活中處處可見，但是 LED 也還有一些不足需要我們的設計人員擁有更加專業(yè)的知識儲備，這樣才能設計出更加符合生活所需的產(chǎn)品。
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