LED顯示器驅動技術討論：交流響應

　　前言

　　LED 驅動芯片的交流響應特性經常被忽略，但卻是相當重要的一個特性。交流響應影響LED顯示器的影像品質，如灰階、線性度、EMI、信賴性。雖然這些特性彼此間有取舍關系，但是好的驅動芯片應該能夠在這些特性中取得較佳的平衡。本文將探討交流響應的重要性及LED 驅動芯片與電路板設計技術，以協(xié)助工程師設計出影像質量良好的顯示器。

　　最短OE 脈波寬度及線性度

　　每個顏色超過1024 個灰階已經成為LED 全彩顯示器的基本規(guī)格，為了表現更豐富的色彩，制造商們需要能夠表現更多灰階的驅動芯片。而OE 的最短脈波寬度及反應時間 (tr / tf)決定了灰階數的多寡。但是許多驅動芯片往往為了縮短OE 脈波寬度而犧牲了線性度，所謂線性度就是輸入數據與輸出亮度間的關系。例如圖一中，OUTn的輸出電壓波形比OE 脈波寬度還要來得短，其線性度關系如圖二所示。很明顯地可以看到，LED 亮度與OE脈波寬度的設定不成正比，特別是在OE 脈波寬度低于0.1us 時，此時的線性度不佳。

圖1 OE 脈波寬度與OUTn 輸出電壓波形之間的關系

圖2 LED 亮度與OE 脈波寬度的關系

　　目前市面上對于最短OE 脈波寬度有許多不同的定義。有芯片制造商將輸出端可以反應的時間定義為最短OE脈波寬度，但僅僅這樣的定義會忽略掉對于線性度的影響。因此還是需要加以實際量測線性度才能確保芯片可以表現足夠的灰階數。

　　抑制輸出突波

　　當LED 驅動芯片管腳關閉瞬間產生的電壓突波，經常導致芯片損壞，這也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生的，在圖三及圖四中說明了此突波的實驗方式與結果。在此實驗中，我們刻意加入一個電感L1 以仿真實際電路中的寄生電感，并勾取圖三中CH1~CH3 三個節(jié)點上的電壓波形以示波器觀察，其波形如圖四所示。從圖示中可以看到在輸出管腳(CH3)上的電壓達到26.6V 之高，遠高于驅動芯片的耐壓(17V)。

圖三 The circuit of overshoot experiment

圖四 The waveforms of different nodes on PCB

　　突波的電壓值可以透過以下公式加以計算：

V = L x di / dt

　　V 是寄生電感所產生的突波電壓，L 是寄生電感感值，di / dt 是切換瞬間的電流變化率。有三種方式可以消除或抑制電壓突波：

　　第一種方法是減少寄生電感，同時因為VLED 在線的突波也會累積到VOUT上面，電源線與每個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。

　　第二種方法是降低輸出管腳開關切換速度。由前述公式可知，切換速度(tr / tf)太快的驅動芯片會導致突波過高，因此選擇切換速度適中且夠用的驅動芯片即可。

　　第三種方法是將輸出突波加以分散，可以選擇輸出管腳間具有交錯時間遲滯功能的驅動芯片，避免所有的輸出管腳同時切換，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。

　　結論

　　妥善選擇驅動芯片并設計電路板線路可以幫助顯示器制造商改善顯示器的灰階與信賴性，MBI5024 與MBI5036提供客戶可以兼顧反應速度與信賴性的平衡選擇，客戶可以依自己對于灰階的需求選擇合適的芯片。