CN102157130A - Led驱动集成电路的脉冲宽度调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED驱动集成电路的脉冲宽度调制方法，该方法中至少采用一个比较器和一个脉冲计数器，比较器将一个亮度控制信号与一个相同位数的脉冲计数器的输出数值相比较，输出一个特定脉冲宽度的亮度控制信号，再利用该亮度控制信号控制二极管驱动电路，使外部LED发出不同亮度的光；脉冲计数器的输出数值按照一定的规则进行排列，增加固定时间内的二极管的开关断次数，同时二极管利用率达到100％，从而达到刷新率的提高，并消除灰阶度数的损失。

Description

LED驱动集成电路的脉冲宽度调制方法

技术领域

本发明涉及一种LED驱动集成电路的脉冲宽度调制方法，特别是一种可以通过提高一个发光周期内的二极管开关次数，提高刷新率，降低LED闪烁现象，减少灰阶度数损失的LED驱动集成电路的方法。

背景技术

随着红绿蓝三种单色LED的发明，使得LED作为显示屏幕的像素点成为可能。LED有着功耗低，亮度高，寿命长，抗干扰能力强等一系列优点。同时，如何驱动此类屏幕显示出文字，静态图片，以及动态视频也成为了研究的重点。

显示技术有两个重要的参数，一是刷新率，二是灰阶数。刷新率越高，图像的显示越稳定，闪烁现象越少，动态视频的展现能力越强。而灰阶度数决定了显示器能够展现的色彩种类的多寡，灰阶度数越高则可以展现的灰阶度数越多，从而可以展现的色彩更多，使得画面更绚丽，更逼真。

但是，刷新率与灰阶度数之间存在一个相互制约的因素，即高灰阶度数在一定的程度上制约了高刷新率的实现。灰阶度数越高则需要更长的发光周期来展示这个高灰阶度数的发光数据；而刷新率越高，则需要发光周期越短。从而二者在发光时间问题上形成矛盾。

对于传统的PWM调制的方式，如果灰阶度数提高则会使得发光周期变长，造成刷新率下降；如果想要维持刷新率不变则需要使用时间间隔更小的数据输出周期，这就造成了驱动芯片设计上的困难，增加了成本。

对于传统的OE时间控制的驱动方式，灰阶度数的提高同样带来了OE时间的缩短造成的灰阶度数的损失或者是刷新率的下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可提高LED的刷新率的LED驱动集成电路的脉冲宽度调制方法，避免发生画面闪烁和画面灰阶度数损失的现象，解决了高刷新率跟高灰阶度数之间的上述矛盾，在不损失灰阶、不增加芯片设计难度的前提下提高刷新率。

为了解决上述的技术问题，本发明的技术方案是：一种LED驱动集成电路的脉冲宽度调制方法，该方法中至少采用一个比较器和一个脉冲计数器；其中：

所述比较器，将一个亮度控制信号与一个相同位数的脉冲计数器的输出数值相比较，输出一个特定脉冲宽度的亮度控制信号，再利用该亮度控制信号控制二极管驱动电路，使外部LED发出不同亮度的光。

所述脉冲计数器的输出数据按规则进行排列，增加固定时间内的二极管的开关断次数，同时二极管利用率达到100％。

所述脉冲计数器的输出数据采用整体倒序或者部分倒序的方法进行排列。

所述亮度控制信号按照正常顺序输入比较器。

所述特定脉冲宽度是基于时间脉冲调制的。

所述脉冲计数器数值的排序方法如排列式(I)，将n位的二进制数值进行排序：

A_m-1，A_m-2…A₀，A_m，A_m+1…A_n-1    (I)

其中，n为正整数，m为小于等于n的正整数。

亮度控制信号的数值与和其位数相同的最大二进制数值的比是亮度控制信号在脉冲宽度调变周期内的占空比，此即是指LED在脉冲宽度调变周期内点亮的时间与此脉冲宽度调变周期长度的比。占空比的大小决定了发光亮度的强弱，换算成亮度大小就是在脉冲宽度调变周期内的平均亮度。而占空比的精确程度则体现了LED的平均亮度能够达到的等级，即为占空比精确度越高则平均亮度能够达到的等级数越多，即灰阶度数越多。而取得高精确度的占空比的方法即是增加亮度控制信号的位数。

本发明维持了占空比的大小，同时使得LED的点亮时间在脉冲宽度调变周期内近似随机分布，提高了LED在脉冲宽度调变周期内开关的次数，形成了更高的刷新率，从而杜绝了传统PWM方法造成的LED长时间点亮或者熄灭造成使用照相机或者摄像机捕捉画面时画面闪烁的现象的发生。

本发明的优点是：

(1)设计简单，只需要一个比较器和一个计数器就可以实现本发明。对于n路输出芯片，比较器可以复用n次。结构简单，控制简单，减少芯片面积，降低成本。

(2)按照特定的使用环境的要求，可以灵活使用排列式(I)，为芯片设定特定的刷新率，达到广泛的适用范围。

(3)不损失灰阶度数。使得画面过渡平稳顺畅。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的信号流转示意图。

图2是传统的OE时间控制的驱动方式的芯片数字部分结构示意图。

图3是采用升级的PWM调制方法的芯片结构图。

图4是本发明与传统PWM方法的仿真波形比较。

具体实施方式

LED的亮度变化由占空比的大小来决定，对于占空比很小的数据来说，点亮时间太短，熄灭时间很长，从而使用照相机或者摄像机对画面进行捕捉的时候就会发生所截取的画面中有些像素点完全没有点亮的现象，但实际上是很小亮度的。从而使得截取的画面产生闪烁现象。

本发明将点亮时间近似随机的方式分散在了脉冲宽度调变周期内，使得长时间的熄灭时间被大段成小段，从而杜绝了上述现象的发生，减少了画面的闪烁，提高了显示器的显示质量。

本发明产生的亮度控制信号维持了原先的占空比，所以没有造成灰阶度数的损失，维持了画面的色彩度。

如图1，本发明的关键在于脉冲计数器以及比较器。

图2是采用传统OE时间驱动控制方法的芯片数字部分结构简图，该控制方法的实现还需要一个控制芯片即OE信号发生芯片根据输入的灰阶数据进行对OE信号的编码，而实现灰阶数据的输出，这样就增加的成本以及控制的复杂性。此外该芯片的LED的利用率比较低下，导致灰阶数据的显示不完全。

图3是采用升级的PWM方法实现的刷新率提高且不损失灰阶度数的芯片的数字部分的结构简图。该芯片的实现需要复杂的控制器。此芯片无需额外的控制器即能实现数据的输出，只要输入亮度控制信号即可。

本发明除拥有图3芯片的全部优点外，只需要简单的控制单元，即可实现对本发明所述方法的控制。本发明在图3中的地位就相当于计数器、选择器、比较器以及同步控制器三者所处的位置，但实现原理更简单。

如图1：原始亮度控制信号A，是n位二进制数值；计数器产生的数据B，是n位二进制数值。倒序算法是将B中的低m位数据采用正序方式放进n位数据C的高m位，并将B剩下的n-m位数据的逆序，放入C的低n-m位，从而得到了数据C，与A相比较，输出脉冲宽度调变信号D。由此可以得到如下的排序方式(I)：

C[n-1:0]＝{B_m-1，B_m-2…B₀，B_m，B_m+1…B_n-1}    (I)

其中，n是正整数，m是小于等于n的正整数。

此方法的好处是可以输出单一的PWM信号，也可以实现半随机的亮度数据的输出。可将刷新率大大提高，并且不会损失灰阶度数。

根据排列式(I)对m取值的不同可以在脉冲宽度调变周期内得到若干段较长的连续发光时间或者近似随机的发光时间分布：m取值越大，则产生的连续发光时间越长；m取值越小，则发光时间的随机性越强。

如图4，是当n＝8、A＝(00001011)₂时，m＝6、m＝1以及普通的PWM方式(m＝8)仿真波形的对比。可以看出，不同的m可以获得不同的开关次数，这相对于普通PWM方式而言减少了连续熄灭时间，从而杜绝了LED的闪烁现象，提高了刷新率；由于B取满了0到2ⁿ-1共计2ⁿ个数，从而C也取满了0到2ⁿ-1共计2ⁿ个数，只在顺序上不是连续的，这就保证了灰阶度数没有损失。从而本发明在没有灰阶度数损失的情况之下提高了刷新率。

本发明用简单的方法实现了高灰阶度数下的高刷新率，为LED显示屏幕提供了一种新的驱动方式。上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种LED驱动集成电路的脉冲宽度调制方法，其特征在于该方法中至少采用一个比较器和一个脉冲计数器；其中：

所述比较器，将一个亮度控制信号与一个相同位数的脉冲计数器的输出数值相比较，输出一个特定脉冲宽度的亮度控制信号，再利用该亮度控制信号控制二极管驱动电路，使外部LED发出不同亮度的光；

所述脉冲计数器的输出数据按规则进行排列，并增加固定时间内的二极管的开关断次数。

2.根据权利要求1所述的LED驱动集成电路的脉冲宽度调制方法，其特征在于：所述脉冲计数器的输出数据采用整体倒序或者部分倒序的方法进行排列。

3.根据权利要求1所述的LED驱动集成电路的脉冲宽度调制方法，其特征在于：所述亮度控制信号按照正常顺序输入比较器。

4.根据权利要求1所述的LED驱动集成电路的脉冲宽度调制方法，其特征在于：所述特定脉冲宽度是基于时间脉冲调制的。

5.根据权利要求1所述的LED驱动集成电路的脉冲宽度调制方法，其特征在于：所述脉冲计数器数值的排序方法如排列式(I)，将n位的二进制数值进行排序：

A_m-1，A_m-2…A₀，A_m，A_m+1…A_n-1    (I)

其中，n为正整数，m为小于等于n的正整数。

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