通過使用動(dòng)態(tài)LED背光來增強(qiáng)視頻觀看,可以提高手機(jī)LCD顯示屏的感知對(duì)比度。本應(yīng)用筆記以MAX6948B為例,介紹如何在現(xiàn)有LED驅(qū)動(dòng)器上增加瞬時(shí)脈寬調(diào)制(PWM)強(qiáng)度控制。
介紹
背光液晶顯示器(LCD)存在于許多消費(fèi)產(chǎn)品中,從微型手機(jī)到大型電視。但是,經(jīng)常有很多關(guān)于對(duì)比度的抱怨,尤其是黑色水平。由于LCD需要背光照明 - 黑色水平,即沒有光線,看起來不太自然。動(dòng)態(tài)背光允許自定義LCD屏幕上的背光,以通過改變背光強(qiáng)度來提高對(duì)比度。隨著能夠播放視頻文件的手持設(shè)備越來越多,提供更好的觀看體驗(yàn)是一個(gè)關(guān)鍵賣點(diǎn)。
目前,液晶電視和手持設(shè)備通常采用由靜態(tài)冷陰極熒光燈(CCFL)或LED實(shí)現(xiàn)的屏幕邊緣背光。然而,未來的大面積高端LED背光液晶電視會(huì)將屏幕分成許多行和多列的單元,每個(gè)單元由一組RGB LED集群組成。通過獨(dú)立控制每個(gè)單元的光輸出(基于圖像內(nèi)容),動(dòng)態(tài)背光提高了圖像對(duì)比度。隨著背光和驅(qū)動(dòng)器成本的下降,下一代高端電視可以將動(dòng)態(tài)控制應(yīng)用于單元內(nèi)的每個(gè)RGB LED集群,以實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的背光控制。系統(tǒng)所要做的就是監(jiān)控視頻內(nèi)容,并將控制信號(hào)反饋給背光控制器,以動(dòng)態(tài)調(diào)整每個(gè)單元中的LED亮度。
對(duì)于手機(jī)LCD顯示屏,不需要將小屏幕分成一行又幾列的單元格。但是,背光也可以利用視頻內(nèi)容的“窺探”,根據(jù)視頻屏幕在特定時(shí)刻的平均強(qiáng)度動(dòng)態(tài)調(diào)整亮度,以增強(qiáng)觀看體驗(yàn)。這種技術(shù)還可以延長(zhǎng)手機(jī)電池的使用時(shí)間,因?yàn)槊慨?dāng)播放視頻時(shí),背光可能不必以全亮度運(yùn)行。
LED背光驅(qū)動(dòng)器(如MAX6948B等)具有內(nèi)部脈寬調(diào)制(PWM)模塊,通過I2C等串行接口,根據(jù)手機(jī)基帶控制器的命令控制所連接LED的強(qiáng)度。然后,基帶控制器可以使用驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部PWM模塊動(dòng)態(tài)調(diào)整背光,以響應(yīng)用戶的按鍵或環(huán)境光的變化。然而,有限的通信速度和串行接口的協(xié)議開銷引起的延遲肯定會(huì)消除控制器使用LED驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部PWM模塊來實(shí)現(xiàn)與視頻內(nèi)容相對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)背光。
改變與視頻內(nèi)容相對(duì)應(yīng)的背光強(qiáng)度需要一個(gè)PWM信號(hào),其占空比隨視頻內(nèi)容動(dòng)態(tài)變化。該P(yáng)WM信號(hào)可以使用手機(jī)基帶控制器內(nèi)的現(xiàn)有視頻信號(hào)處理電路根據(jù)每幀的平均強(qiáng)度水平生成。PWM 信號(hào)可通過基帶控制器的通用 I/Ω (GPIO) 引腳發(fā)送到背光 LED 驅(qū)動(dòng)器。
然后,LED驅(qū)動(dòng)器需要將該外部PWM信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的LED強(qiáng)度水平變化,而不會(huì)通過串行接口(也由基帶控制器)對(duì)其內(nèi)部PWM功能集造成太大干擾。例如,50%的外部PWM信號(hào)占空比不會(huì)使強(qiáng)度與內(nèi)部PWM模塊設(shè)置的強(qiáng)度變化,小于50%占空比的PWM信號(hào)會(huì)使強(qiáng)度變暗,而超過50%的占空比會(huì)使強(qiáng)度變亮。
雖然對(duì)于MAX6948B等許多LED驅(qū)動(dòng)器,沒有特定的輸入引腳來接受該外部PWM信號(hào),但動(dòng)態(tài)背光的額外PWM強(qiáng)度控制仍可以通過在典型應(yīng)用電路中添加幾個(gè)元件來實(shí)現(xiàn)。讓我們研究如何添加外部PWM強(qiáng)度控制,以補(bǔ)充器件的內(nèi)部PWM以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)背光控制。在本例中,額外的背光控制信號(hào)由微控制器的I/Ω引腳產(chǎn)生。但是,該信號(hào)可以表示移動(dòng)光傳感器或分析屏幕內(nèi)容的電路的輸出。MAX6948白光LED (WLED)驅(qū)動(dòng)器作為示例器件。該驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)用于在移動(dòng)電話中運(yùn)行,但該概念可以應(yīng)用于任何帶有LCD屏幕的系統(tǒng)。
MAX6948B WLED驅(qū)動(dòng)器接受2.7V至5.5V的標(biāo)準(zhǔn)輸入電壓,輸出電壓升壓至28V以驅(qū)動(dòng)背光。雖然該芯片設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)手機(jī)的背光,但添加外部PWM以動(dòng)態(tài)控制背光的技術(shù)可用于液晶電視,PDA,筆記本電腦或幾乎任何LED背光顯示器。一個(gè)外部電阻器,RB,設(shè)置峰值背光強(qiáng)度(圖1)。電阻越大,峰值電流越低,因此背光強(qiáng)度越低。但是,通過增加一個(gè)晶體管(Q1)和第二個(gè)電阻(RB2),可以在不改變內(nèi)部PWM的情況下調(diào)制電阻以改變背光亮度。
芯片內(nèi)部產(chǎn)生PWM信號(hào),根據(jù)主機(jī)通過I2C端口發(fā)送的命令確定LED強(qiáng)度。驅(qū)動(dòng)WLED的芯片的升壓輸出可以完全開啟、完全關(guān)閉或PWM化,分辨率為10位(1024級(jí))。最大電流由反饋電阻R決定B.如果 RB為3.3Ω,通過LED的最大電流約為30mA (VFB/RB= 100mV/3.3Ω
30mA)。如果 RB為30Ω,最大電流約為3.3mA。調(diào)節(jié)電壓,VFB,穩(wěn)定在 100mV 左右,并控制通過 WLED 驅(qū)動(dòng)的最大電流。通過調(diào)制反饋電阻,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)WLED強(qiáng)度的額外控制。
圖1.電路用于對(duì)MAX6948B WLED驅(qū)動(dòng)器施加外部PWM控制。微控制器的PWM頻率為5kHz,占空比為0至100%。
本例中PWM控制信號(hào)由MAXQ2000微控制器產(chǎn)生,PWM控制信號(hào)范圍為0V至+3.3V;頻率為5kHz;占空比可在0%至100%之間調(diào)節(jié)。MAX6948B也安裝在評(píng)估板上,Vishay SI4800BD n-FET晶體管(Q1)調(diào)制反饋電阻。對(duì)于手機(jī)應(yīng)用,可以使用具有低漏源電阻RDSON的較小尺寸的n-FET晶體管;否則電阻 R?B可以減少以補(bǔ)償較大的RDSON。由于5kHz PWM開關(guān)頻率較低,當(dāng)使用MAXQ2000的驅(qū)動(dòng)器時(shí),柵極電荷的影響可以忽略不計(jì)。晶體管的功耗可以忽略不計(jì),因?yàn)殚_關(guān)損耗很低,通過它的平均電流也很低。
測(cè)試結(jié)果
圖3中的波形是使用電流探頭捕獲的,顯示了通過串聯(lián)WLED的電流。MAX6948B的內(nèi)部PWM功能導(dǎo)通,占空比設(shè)置為50%。圖3a顯示了外部PWM占空比為15%時(shí)的LED電流;圖3b顯示了外部占空比為85%時(shí)的電流,圖3c顯示了外部PWM對(duì)通過串聯(lián)WLED的電流的影響。
數(shù)據(jù)顯示,由于MAX6948B的時(shí)間常數(shù)和反饋行為,LED電流電平不會(huì)在30Ω電阻確定的最低電流電平和3.3Ω電阻確定的最高電流電平之間切換。平均幅度和PWM擺幅根據(jù)外部PWM占空比設(shè)置而變化。
在這種情況下,外部PWM控制是通過改變n-FET晶體管的瞬時(shí)和平均電阻來實(shí)現(xiàn)的。這反過來又改變了通過串聯(lián)LED的電流。關(guān)于此配置,有兩個(gè)重要事實(shí)需要注意。首先,5kHz的外部PWM頻率遠(yuǎn)高于125Hz的內(nèi)部頻率。其次,外部PWM控制也在調(diào)節(jié)LED電流的直流部分。由于這兩個(gè)特性,該解決方案避免了與雙PWM強(qiáng)度控制相關(guān)的常見“跳動(dòng)”問題。內(nèi)部PWM從0%到100%施加了不同占空比的外部PWM控制,并且外部控制是有效的。在不同的占空比設(shè)置下未觀察到跳動(dòng)。
圖 3a. 外部 PWM 占空比為 15% 時(shí)的 LED 電流。
圖 3b. 具有 85% 永恒 PWM 占空比的 LED 電流。
圖 3c.外部PWM效果的詳細(xì)信息。
LED的發(fā)光在有限截面上隨正向電流線性變化。圖4繪制了MAX6948評(píng)估板上金亮WLED的WLED發(fā)光強(qiáng)度與正向電流的關(guān)系。調(diào)制 RB3.3Ω至30Ω之間的電阻產(chǎn)生30mA至3.3mA的正向電流。3mA至30mA區(qū)域的電流-發(fā)光關(guān)系接近線性,如圖4所示。0% 外部 PWM 占空比在 3mA 時(shí)產(chǎn)生發(fā)光強(qiáng)度,在 30mA 時(shí)產(chǎn)生 100% 占空比。這些結(jié)果假設(shè)內(nèi)部PWM強(qiáng)度完全開啟。通過使用I2C PWM命令,可以通過器件的內(nèi)部PWM控制來降低強(qiáng)度水平。
圖4.發(fā)光和當(dāng)前關(guān)系。
審核編輯:郭婷
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