基于16位分辨率仿真改善視頻顯示的LED亮度控制方案介紹

引言

　　為了得到更好的功效和色彩一致性，LED亮度通常通過(guò)調(diào)節(jié)LED驅(qū)動(dòng)器的PWM周期占空比控制。一個(gè)PWM周期可以劃分成2的“控制位”次方(2CONTROL BITS)個(gè)時(shí)鐘周期。消費(fèi)類(lèi)電子應(yīng)用中，控制位分辨率通常是8位。8位PWM分辨率可對(duì)應(yīng)提供256個(gè)不同的亮度電平，相應(yīng)的PWM周期由256個(gè)時(shí)鐘周期組成。如消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品中，典型的時(shí)鐘頻率是32kHz，則PWM周期為256/32kHz或8ms。因此，PWM刷新率大約是125Hz，由此得到的PWM分辨率和刷新率足以支持亮度調(diào)整，并可消除人眼能夠覺(jué)察的閃爍。

　　為LED驅(qū)動(dòng)器提供16位分辨率

　　對(duì)于要求同時(shí)達(dá)到16位PWM分辨率和2kHz刷新率的應(yīng)用，設(shè)計(jì)將面臨諸多挑戰(zhàn)。16位分辨率要求一個(gè)PWM周期包含216 = 65,536個(gè)時(shí)鐘周期。2kHz的PWM刷新率要求時(shí)鐘頻率為2000 × 65,536 = 131.072MHz。通過(guò)CMOS接口以這個(gè)速度發(fā)送數(shù)據(jù)，即使在合理的傳輸距離上，也會(huì)造成數(shù)據(jù)通信的不可靠。而實(shí)際應(yīng)用中，LED驅(qū)動(dòng)器的輸出端口不可能提供如此高的開(kāi)/關(guān)速度支持LED的加載和相關(guān)的連接。沒(méi)有精確的開(kāi)/關(guān)時(shí)序，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)16位分辨率的優(yōu)勢(shì)。
　　作為一個(gè)折衷方案，利用一組PWM周期分辨率低于16位的信號(hào)仿真16位PWM周期。通過(guò)這種方式在每個(gè)PWM周期內(nèi)減少一定數(shù)量的時(shí)鐘，可以采用低時(shí)鐘頻率達(dá)到所要求的2kHz PWM速率。一旦PWM刷新率高于幾百赫茲，人眼將無(wú)法區(qū)分其變化/閃爍，從而保持16位分辨率的視覺(jué)效果。

　　以攝像機(jī)為例，攝像機(jī)工作在(或接近于) 1/2000的快門(mén)速度。攝像機(jī)將以較低的分辨率抓拍幀畫(huà)面，但這仍然比在抓拍黑屏?xí)r的低刷新率要好得多。雖然快門(mén)速度可以非常高，但攝像機(jī)仍然可以每秒抓拍60幀，多幀圖像的平均效果非常接近16位分辨率的圖像。

　　16位分辨率可以分為不同的MSB/LSB (最高/最低有效位)比值進(jìn)行仿真，由此可以得到幾個(gè)分辨率為MSB的PWM周期：2的“最高有效位”次方(2MSB)。周期數(shù)等于LSB的分辨率：2的LSB次方(2LSB)。還可以按照其它不同的分配形式得到PWM的仿真組，比較簡(jiǎn)單的方法是由LSB決定每組中的最后一個(gè)時(shí)鐘周期的開(kāi)/關(guān)狀態(tài);MSB決定其余的時(shí)鐘周期。簡(jiǎn)而言之，所有組的由MSB決定的時(shí)鐘周期開(kāi)/關(guān)次數(shù)是相同的。

　　測(cè)試示例

　　利用2/2分割仿真4位分辨率，舉例說(shuō)明上述方案。圖1顯示了由4位分辨率實(shí)現(xiàn)的16點(diǎn)PWM波形模板。

　　圖1. 傳統(tǒng)的4位和16點(diǎn)PWM波形圖

　　2/2分割仿真產(chǎn)生4組4點(diǎn)PWM周期。2個(gè)LSB用來(lái)選擇哪一組的最后一個(gè)時(shí)鐘周期應(yīng)該處于導(dǎo)通狀態(tài);2個(gè)MSB用來(lái)決定其余3個(gè)時(shí)鐘周期的開(kāi)/關(guān)模板。圖2顯示了當(dāng)2個(gè)MSB為0時(shí)，2個(gè)LSB在仿真PWM波形中的效果。

　　圖2. 2/2分割4位仿真的LSB效果

　　圖3顯示了當(dāng)2個(gè)LSB為0時(shí)，2個(gè)MSB在仿真PWM波形中的效果。

　　圖3. 2/2分割4位仿真的MSB效果