S-58LM20A傳感器特性及在LED背光補償中的應用

隨著LED的RGB背光的市場逐步擴大，人們對顯示屏現實的圖像要求不僅是看全彩色的圖像，并希望能夠獲得逼真的圖像效果，但目前由于高功率LED輸入功率僅有20%～30%轉換成光，其余60%～70%均轉換成熱，存在環(huán)境溫度偏離常溫時顯示屏的圖像的白場平衡被破壞、色彩失真的問題，如冬季0℃以下時，圖像的色彩偏暗、明亮度差;夏季30℃以上時，圖像色彩鮮艷、明亮。

　　本文介紹了S-58LM20A傳感器IC的特性及其在LED背光補償中的應用。

　　S-58LM20A的性能特點

　　圖1 輸出電壓-溫度曲線圖

　　S-58LM20A溫度傳感器可用于移動電話、無線設備等的高頻電路特性的補正;石英振蕩器振蕩頻率的補正;LCD的對比度補正;放大器增益的補正;自動調焦電路的補正;電池管理方面的溫度檢測以及充電電池、鹵素燈等的過熱保護等方面。S-58LM20A系列是對溫度變化能取得線性輸出電壓的高精度溫度傳感器IC，在芯片內集成了溫度傳感器、恒電流電路和運算放大器。使用溫度范圍-55～+130℃，與傳統(tǒng)的熱敏電阻器等的溫度傳感器相比線性優(yōu)越(如圖1所示)，可以廣泛應用于各種溫度控制電路中。其顯著優(yōu)點包括溫度精確度為±2.5℃(-55～130℃)，線性輸出電壓典型值為-11.77mV/℃。其引腳圖如圖2所示。

　圖2 引腳排列圖

　　基于反Gamma校正的補償電路

　　一個具備視頻放映質量的顯示器需要配合極純凈的白色光源，這個白色光源能夠在不同的亮度設定、溫度和多個廠商平板顯示器中維持高純度的白色光。傳統(tǒng)的白光LED方案只能提供一個由白光LED供應商決定的固定色彩平衡，而一個RGB

　　LED光源則是把紅、綠和藍光LED的輸出合成為白光，這樣便可通過驅動器的脈沖寬度調制來調節(jié)每個顏色，從而調節(jié)合成光的色彩平衡度。

　　LED系統(tǒng)通常用統(tǒng)一的反Gamma校正曲線來校正視頻的亮度信息。為了不減少低級灰度且保證對亮度的調整，這里采用了一種針對每個溫度段采用不同的Gamma參數來調整相關色彩亮度的方法，以補償環(huán)境溫度對器件的影響。系統(tǒng)針對不同的RGB基色設置其獨立的Gamma反校正參數。如圖3所示，以B-LED的特性為例，提出了適合溫度變化的Gamma校正曲線。在相同的輸入值前提下，低溫采用γ1曲線時，輸出的理論亮度值高于常溫，以校正低溫時LED溫度特性導致的亮度損失，同樣在高溫情況下采用γ3曲線，使校正后的亮度與常溫時亮度相當。從LED的溫度特性分析可知，每個基色在環(huán)境溫度作用下亮度變化的幅度不相同。為此針對不同的RGB三基色設置各不相同的反Gamma校正參數，使系統(tǒng)在不同的環(huán)境溫度下，保證系統(tǒng)色度匹配比例以達到白場平衡的目的。

　　圖3 B-LED在不同溫度下Gamma校正曲線

　　經實驗發(fā)現，以16℃溫度間隔對色彩進行補償時，能基本滿足圖像的觀看質量，在-55～130℃范圍，每個基色給出供5種不同的Gamma參數一補償亮度的變化，圖4給出系統(tǒng)的溫度檢測電路和相應的控制Gamma參數的電路框圖。利用溫度傳感器S-58LM20A檢測環(huán)境溫度的變化，當環(huán)境溫度達到設定溫度值時，通過微處理器的ABC3個I/O線輸出5個溫度狀態(tài)中的某一狀態(tài)值給CPLD。在CPLD內部設有RGB三基色(3×4+1=13)13個Gamma值提供給亮度控制電路和顯示控制電路。顯示控制電路針對每個基色的Gamma參數不同產生對應的控制信號，以控制相應基色的亮度顯示數據;即三基色的亮度數據輸入相同的情況下，通過顯示電路的控制信號控制RGB三基色的導通時間，使RGB三基色LED上產生不同的理想亮度，以補償環(huán)境溫度變化導致LED亮度特性變化的問題。

　圖4 系統(tǒng)溫度補償電路框圖

　　結束語

　　通過校正整個顯示屏亮度基本不受外界環(huán)境溫度的影響，傳感器與微處理器的接口設計相當簡單方便，并且精度較高，抗干擾能力強，能夠有效地起到超溫保護的作用。同時經驗證，S-58LM20A的檢測溫度范圍達到-55～+130℃，檢測精度在±2.5℃以內。