LED中的交流響應(yīng)現(xiàn)象

現(xiàn)在大街上隨處可見的LED顯示屏，還有裝飾用的LED彩燈以及LED車燈，處處可見LED燈的身影，LED已經(jīng)融入到生活中的每一個(gè)角落。LED驅(qū)動(dòng)芯片有一個(gè)重要的特性——交流響應(yīng)，而奇怪的是它常常被忽略。交流響應(yīng)影響著LED顯示器的很多影像品質(zhì)，如EMI、線性度、灰階、信賴性。

雖然這些特性彼此間有著不可剝離的取舍關(guān)系，但是一片好的驅(qū)動(dòng)芯片是能夠在這些特性中游刃有余并且取得較佳的平衡。本文將著重探討交流響應(yīng)在LED驅(qū)動(dòng)芯片設(shè)計(jì)時(shí)的重要性，以及在此基礎(chǔ)上的LED驅(qū)動(dòng)芯片與電路板設(shè)計(jì)技術(shù)，以協(xié)助設(shè)計(jì)出優(yōu)質(zhì)影像良好的顯示器。

1 最短OE脈波寬度及線性度

每一個(gè)顏色超過1024個(gè)的灰階已經(jīng)成為L(zhǎng)ED全彩顯示器的基本規(guī)格，幾乎成為行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)了，而制造商們往往需要更多灰階的驅(qū)動(dòng)芯片，以表現(xiàn)出更豐富的色彩?；译A數(shù)的多寡由OE的最短脈波寬度及反應(yīng)時(shí)間(tr/tf)決定的，但許多驅(qū)動(dòng)芯片往往為了縮短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1中，OUTn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2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。

圖1 OE脈波寬度與OUTn輸出電壓波形之間的關(guān)系

圖2 LED亮度與OE脈波寬度的關(guān)系

目前市面上對(duì)最短OE脈波寬度的定義眾口不一，一些芯片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，可是，如果是這樣的定義就會(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)線性度才能確保芯片能夠表現(xiàn)出足夠的灰階數(shù)。

2 抑制輸出突波

LED驅(qū)動(dòng)芯片管腳關(guān)閉瞬間產(chǎn)生的電壓突波，經(jīng)常不小心導(dǎo)致芯片損壞，這也直接影響了顯示器的信賴性。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，圖3及圖4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，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3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4所示。從圖4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)芯片的耐壓。

圖3 Thecircuitofovershootexperiment

圖4 ThewaveformsofdifferentnodesonPCB

突波的電壓值可以透過以下公式加以計(jì)算：

V=Lxdi/dt

其中，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。

通常，有三種方式可以抑制或消除電壓突波：

a 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)芯片會(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)芯片即可。

b 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。

c 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)芯片，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。

3 結(jié)論

妥善選擇一個(gè)合適的驅(qū)動(dòng)芯片，并合理設(shè)計(jì)電路板線路是可以幫助顯示器制造商們改進(jìn)和完善顯示器的灰階與信賴性的，不僅可以提高用戶體驗(yàn)，可以兼顧反應(yīng)速度與信賴性的平衡選擇，而客戶也可以依據(jù)自己的實(shí)際需求選擇合適的芯片?，F(xiàn)在的LED燈或許會(huì)有一些問題，但是我們相信隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在我們科研人員的努力下，這些問題終將唄解決，未來的LED一定是高效率，高質(zhì)量的。