CN104253593B - 生成脉冲宽度调制信号的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于生成脉冲宽度调制PWM信号的系统和方法，其中所述PWM信号包括多个PWM脉冲窗口，每个PWM脉冲窗口包括一个或多个PWM脉冲，所述系统包括：PWM脉冲窗口确定器，确定每个PWM脉冲窗口的位置；PWM脉冲周期确定器，确定每个PWM脉冲窗口中的PWM脉冲的周期；PWM脉冲占空比确定器，确定所述周期下的PWM脉冲的占空比；以及PWM脉冲数目确定器，确定每个PWM脉冲窗口中的PWM脉冲的数目。根据本发明，可以使PWM信号处于低电平一段比较长的时间，例如使PWM信号在比PWM脉冲周期要长的多的一段时间处于低电平，并且之后，恢复PWM脉冲，从而例如通过精心设计用于每个LED的PWM信号，可以降低每个LED打开时间上的重叠。

Description

生成脉冲宽度调制信号的系统和方法
技术领域
本发明涉及信号生成技术。更具体地，本发明涉及生成脉冲宽度调制PWM信号的系统和方法。
背景技术
PWM是一种信号调制方法，其可用于许多场合。
当前，PWM信号周期性地在高电平和低电平之间转变。当调制只改变脉冲的上升沿的相对位置时，那么两个脉冲的上升沿之间的时间间隔称为PWM脉冲周期，而当调制只改变脉冲的下降沿的相对位置时，那么两个脉冲的下降沿之间的时间间隔称为PWM脉冲周期。脉冲的持续时间与PWM脉冲周期之间的比值，称为PWM脉冲占空比。
在液晶电视LCD TV系统中，使用发光二极管LED作为背光源来照亮像素。
可以使用PWM信号来控制LED的打开和关闭。通过改变PWM脉冲的占空比，来控制LED光输出的有效亮度。
发明内容
根据本发明的一个方面，提出了一种用于生成脉冲宽度调制PWM信号的系统，其中所述PWM信号包括多个PWM脉冲窗口，每个PWM脉冲窗口包括一个或多个PWM脉冲，所述系统包括：PWM脉冲窗口确定器，确定每个PWM脉冲窗口的位置；PWM脉冲周期确定器，确定每个PWM脉冲窗口中的PWM脉冲的周期；PWM脉冲占空比确定器，确定所述周期下的PWM脉冲的占空比；以及PWM脉冲数目确定器，确定每个PWM脉冲窗口中的PWM脉冲的数目。
根据本发明的另一个方面，提出了一种用于生成脉冲宽度调制PWM信号的方法，其中所述PWM信号包括多个PWM脉冲窗口，每个PWM脉冲窗口包括一个或多个PWM脉冲，所述方法包括：确定每个PWM脉冲窗口的位置；确定每个PWM脉冲窗口中的PWM脉冲的周期；确定所述周期下的PWM脉冲的占空比；以及确定每个PWM脉冲窗口中的PWM脉冲的数目。
根据本发明，可以使PWM信号处于低电平一段比较长的时间，例如使PWM信号在比PWM脉冲周期要长的多的一段时间处于低电平，并且之后，恢复PWM脉冲，从而例如通过精心设计用于每个LED的PWM信号，可以降低每个LED打开时间上的重叠。
附图说明
结合附图并参考以下详细说明，本发明各实施方式的特征、优点及其他方面将变得更加明显。在附图中：
图1示意性地示出了一种情况下的PWM信号；
图2示意性地示出了另一种情况下的PWM信号；
图3A示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的用于生成脉冲宽度调制PWM信号的系统的框图；
图3B示出了根据本发明的又一个实施方式的用于生成脉冲宽度调制PWM信号的系统的框图；
图4示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的用于生成脉冲宽度调制PWM信号的系统的更详细的框图；
图5示意性地示出了根据本发明的又一个实施方式的用于生成脉冲宽度调制PWM信号的系统的更详细的框图；
图6示意性地示出了由根据本发明的一个实施方式的用于生成PWM信号的系统所生成的PWM信号；
图7示意性地示出了由根据本发明的另一个实施方式的用于生成PWM信号的系统所生成的PWM信号；
图8示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的用于生成脉冲宽度调制PWM信号的方法的流程图。
在所有的上述附图中，相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
以下参照附图详细描述本发明的各实施方式。
在使用多个LED的某些应用中，然而，可以使每个LED的PWM信号处于低电平一段比较长的时间，例如使每个LED的PWM信号在比PWM脉冲周期要长的多的一段时间处于低电平，并且之后，恢复PWM脉冲，以降低每个LED打开时间上的重叠。
图1示意性地示出了如上情况下的PWM信号。
作为例子，示出了LED1上的PWM信号110和LED2上的PWM信号120。
如图1中的PWM信号120所示，在一个PWM脉冲窗口内，更具体地，在长度为trepeat的PWM脉冲窗口内，只有3个脉冲周期，如虚线框122所示。该PWM脉冲窗口在剩下的部分时间内都处于低电平。并且，在PWM信号120的相应窗口处于低电平的时间，在PWM信号110上出现了3个PWM脉冲周期，如虚线框112所示，从而使得LED1和LED2的打开时间可以不重叠或者可以不完全重叠。可以理解在图1中，PWM信号110的PWM脉冲窗口的开始时间与PWM信号120的PWM脉冲窗口的开始时间刚好错开。
在LCD TV应用中，可以与每个TV帧同步地来生成PWM脉冲窗口，并且每个PWM脉冲窗口的第一个脉冲延迟一个预定时间而出现，而不是如图1中所示的那样，紧接着每个PWM脉冲窗口的开始而出现。
图2示意性地示出了上述情形下的PWM信号。
其中示出了帧同步信号205、LED1上的PWM信号210和LED2上的PWM信号220。
同样地，如图2中的PWM信号220所示，在一个PWM脉冲窗口内，更具体地，在一个TV帧的长度的PWM脉冲窗口内，只有3个脉冲周期，如虚线框222所示，该PWM脉冲窗口在剩下的部分时间内都处于低电平。并且，在PWM信号220的相应窗口处于低电平的时间，在PWM信号210上出现了3个PWM脉冲周期，如虚线框212所示，从而使得LED1和LED2的打开时间可以不重叠或者可以不完全重叠。
不同地，PWM信号210的PWM脉冲窗口的第一个脉冲相对于脉冲窗口的开始延迟tpos1而出现，而PWM信号220的PWM脉冲窗口的第一个脉冲相对于脉冲窗口的开始延迟tpos2而出现。
对于使用LED作为背光源的LCD TV来说，上述PWM信号是特别有用的，因为通过精心设计用于每个LED的PWM信号，能够消除由慢的LCD响应和人类视觉效果所造成的运动模糊影响。
图3A示出了根据本发明的一个实施方式的用于生成脉冲宽度调制PWM信号的系统的框图。
其中，与如上所述的PWM信号110、120、210、220那样，所生成的PWM信号包括多个PWM脉冲窗口，每个PWM脉冲窗口包括一个或多个PWM脉冲，所述系统300包括：PWM脉冲窗口确定器310，确定每个PWM脉冲窗口的位置；PWM脉冲周期确定器320，确定每个PWM脉冲窗口中的PWM脉冲的周期；PWM脉冲占空比确定器330，确定所述周期下的PWM脉冲的占空比；以及PWM脉冲数目确定器340，确定每个PWM脉冲窗口中的PWM脉冲的数目。
一般地，不同PWM脉冲窗口的PWM脉冲周期可以相同也可以不相同。为了简单起见，在以下的描述中，假定不同PWM脉冲窗口的PWM脉冲周期相同。
一般地，不同PWM脉冲窗口的PWM脉冲的占空比可以相同也可以不相同。为了简单起见，在以下的描述中，假定不同PWM脉冲窗口的PWM脉冲的占空比相同。
一般地，至少一个PWM脉冲窗口没有被PWM脉冲占满。为了简单起见，在以下的描述中，假定每个PWM脉冲窗口都没有被PWM脉冲占满，并且每个PWM脉冲窗口中处于低电平的时间比PWM脉冲占据的时间要长的多。
在该实施方式中，所述PWM脉冲窗口确定器310在每个PWM脉冲窗口的一开始就输出使所述PWM脉冲周期确定器320、PWM脉冲占空比确定器330以及所述PWM脉冲数目确定器340中的至少一个复位或加载值的信号，从而每个PWM脉冲窗口中的第一个PWM脉冲紧接着相应PWM脉冲窗口的开始而出现。
图3B示出了根据本发明的又一个实施方式的用于生成脉冲宽度调制PWM信号的系统的框图。
在该实施方式中，所述系统300还包括PWM脉冲延迟器350，当每个PWM脉冲窗口所经过的时间达到所述延迟参数时，其才输出使所述PWM脉冲周期确定器、PWM脉冲占空比确定器以及所述PWM脉冲数目确定器中的至少一个复位或加载值的信号，从而使得每个PWM脉冲窗口中的第一个PWM脉冲在相应PWM脉冲窗口开始了一段时间后而才出现。
当然，本领域的技术人员可以理解，每个PWM脉冲窗口中第一个PWM脉冲相对于PWM脉冲窗口的开始时间的延迟可以相同或不相同。
图4示出了根据本发明的一个实施方式的用于生成脉冲宽度调制PWM信号的系统的更详细的框图。
在该系统400中，包括PWM脉冲延迟器350。
根据该实施方式，所述PWM脉冲窗口确定器310包括第一计数器312，其对作为参考时钟的输入时钟fclock进行计数，并输出计数结果，其中当遇到帧同步信号fsync的上升沿或下降沿时，所述第一计数器312将其自己复位，从而表示一个PWM脉冲窗口结束而另一个PWM脉冲窗口开始。
所述PWM脉冲延迟器350包括第三比较器352，其将第一计数器312的输出结果，即每个PWM脉冲窗口开始后所经过的时间，与延迟参数tpos进行比较，当每个PWM脉冲窗口开始后所经过的时间达到所述延迟参数tpos时，才输出使所述PWM脉冲周期确定器320、PWM脉冲占空比确定器330以及所述PWM脉冲数目确定器340中的至少一个复位或加载值的信号，例如输出使所述PWM脉冲周期确定器320、PWM脉冲占空比确定器330以及所述PWM脉冲数目确定器340中的至少一个复位或加载值的信号，例如输出一个从低电平到高电平的转变信号。
所述PWM脉冲周期确定器320包括第二计数器322，在每个PWM脉冲窗口内，其对作为参考时钟的输入时钟fclock进行计数并输出计数结果，其中当第二计数器322的值达到脉冲周期参数tperiod时，所述第二计数器322将其自己复位。其中所述脉冲周期参数tperiod是例如在所述第三比较器352输出的信号的控制下被加载到所述第二计数器322的。
所述PWM脉冲占空比确定器330包括第一比较器332，其将所述第二计数器322输出的计数结果与脉冲持续时间参数ton进行比较，当所述第二计数器322输出的计数结果小于所述脉冲持续时间参数ton时，输出高电平，而当所述第二计数器322输出的计数结果大于等于所述脉冲持续时间参数ton时，输出低电平。
所述PWM脉冲数目确定器340包括：
第三计数器342，在每个PWM脉冲窗口内，其对所述第一比较器332所输出的信号的上升沿或下降沿进行计数，并输出计数结果，
第二比较器344，将所述第三计数器342输出的计数结果与PWM脉冲数目参数N进行比较，如果所述第三计数器342输出的计数结果比所述PWM脉冲数目参数N要小，那么所述第二比较器344输出高电平，而如果所述第三计数器342输出的计数结果与所述PWM脉冲数目参数N相比两者相等或还要大，那么所述第二比较器344输出低电平；以及
与门346，所述第一比较器332和第二比较器344的输出都连接到所述与门346的输入端，而该与门346的输出端输出所述PWM信号。
图6示意性地示出了由上述系统400所生成的，即与门346所输出的PWM信号600。
当然，本领域的技术人员可以理解，第三计数器342的计数对象也可以是与门346的输出。
另外，第三计数器342在所述第三比较器352输出的信号的控制下复位。
图5示出了根据本发明的又一个实施方式的用于生成脉冲宽度调制PWM信号的系统的更详细的框图。
与图4中所示的系统400所不相同的是，系统500不包括PWM脉冲延迟器350，以及该PWM脉冲延迟器350所包括的第三比较器352。
另外，在系统500中，所述PWM脉冲窗口确定器310也包括第一计数器312，其对作为参考时钟的输入时钟fclock进行计数，其中当第一计数器312的值达到窗口大小参数trepeat时，所述第一计数器312将其自己复位，从而表示一个PWM脉冲窗口结束而另一个PWM脉冲窗口开始。
同时，PWM脉冲窗口确定器310输出使所述PWM脉冲周期确定器320、PWM脉冲占空比确定器330以及所述PWM脉冲数目确定器340中的至少一个复位或加载值，更具体地，使第二计数器322加载脉冲周期参数tperiod和使第三计数器342复位的信号，例如一个fclock时钟周期的高电平信号。
图7示意性地示出了由上述系统500所生成的，即与门346所输出的PWM信号700。
如上所述的系统300、400和500，可以包括在液晶电视机中，用于生成用于控制LED的PWM信号。
图8示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的用于生成脉冲宽度调制PWM信号的方法的流程图。
其中，与如上所述的PWM信号110、120、210、220那样，所生成的PWM信号包括多个PWM脉冲窗口，每个PWM脉冲窗口包括一个或多个PWM脉冲，所述方法800包括：步骤S810，确定每个PWM脉冲窗口的位置；步骤S820，确定每个PWM脉冲窗口中的PWM脉冲的周期；步骤S830，确定所述周期下的PWM脉冲的占空比；以及步骤S840，确定每个PWM脉冲窗口中的PWM脉冲的数目。
更具体地，根据本发明的一个实施方式，确定每个PWM脉冲窗口的位置包括对作为参考时钟的输入时钟进行第一计数，其中当第一计数结果达到窗口大小参数值或者遇到帧同步信号的上升沿或下降沿时，对第一计数结果进行复位，从而表示一个PWM脉冲窗口结束而另一个PWM脉冲窗口开始。
根据本发明的一个实施方式，确定每个PWM脉冲窗口中的PWM脉冲的周期包括，在每个PWM脉冲窗口内，对作为参考时钟的输入时钟进行第二计数并输出第二计数结果，其中当第二计数结果达到脉冲周期参数时，对第二计数结果进行复位。
根据本发明的一个实施方式，确定所述周期下的PWM脉冲的占空比包括将所述第二计数结果与脉冲持续时间参数进行比较，并输出第一比较结果，其中当所述第二计数结果小于所述脉冲持续时间参数时，所述第一比较结果输出高电平，而当所述第二计数结果大于等于所述脉冲持续时间参数时，所述第一比较结果输出低电平。
根据本发明的一个实施方式，确定每个PWM脉冲窗口中的PWM脉冲的数目包括：
在每个PWM脉冲窗口内，对所输出的第一比较结果的上升沿或下降沿进行第三计数，并输出第三计数结果，以及
将所述第三计数结果与PWM脉冲数目参数进行比较，并输出第二比较结果，如果所述第三计数结果比所述PWM脉冲数目参数要小，那么所述第二比较结果输出高电平，而如果所述第三计数结果与所述PWM脉冲数目参数相等或还要大，那么所述第二比较结果输出低电平；以及
将所述第一比较结果和所述第二比较结果相与，而相与的结果表示所述PWM信号。
根据本发明的一个实施方式，在每个PWM脉冲窗口的一开始就输出使复位或加载值的信号，从而每个PWM脉冲窗口中的第一个PWM脉冲紧接着相应PWM脉冲窗口的开始而出现。
根据本发明的一个实施方式，该方法800还包括步骤S850，延迟输出使复位或加载值的信号，使得每个PWM脉冲窗口中的第一个PWM脉冲在相应PWM脉冲窗口开始了一段时间后而才出现。
根据本发明的一个实施方式，延迟输出使复位或加载值的信号包括将每个PWM脉冲窗口所经过的时间与延迟参数进行比较，当每个PWM脉冲窗口所经过的时间达到所述延迟参数时，才输出使复位或加载值的信号。
根据本发明的一个实施方式，不同PWM脉冲窗口的PWM脉冲的周期不相同。
根据本发明的一个实施方式，不同PWM脉冲窗口的PWM脉冲的占空比不相同。
根据本发明的一个实施方式，至少一个PWM脉冲窗口中没有被PWM脉冲占满。
应当注意，为了使本发明更容易理解，上面的描述省略了对于本领域的技术人员来说是公知的、并且对于本发明的实现可能是必需的更具体的一些技术细节。
因此，选择并描述实施方式是为了更好地解释本发明的原理及其实际应用，并使本领域普通技术人员明白，在不脱离本发明实质的前提下，所有修改和变更均落入由权利要求所限定的本发明的保护范围之内。

Claims (23)

1.一种用于生成脉冲宽度调制PWM信号的系统，其中所述PWM信号包括多个PWM脉冲窗口，每个PWM脉冲窗口包括一个或多个PWM脉冲，所述系统包括：
PWM脉冲窗口确定器，确定每个PWM脉冲窗口的位置；
PWM脉冲周期确定器，确定每个PWM脉冲窗口中的PWM脉冲的周期；
PWM脉冲占空比确定器，确定所述周期下的PWM脉冲的占空比；以及
PWM脉冲数目确定器，确定每个PWM脉冲窗口中的PWM脉冲的数目。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述PWM脉冲窗口确定器包括第一计数器，其对作为参考时钟的输入时钟进行计数，其中当第一计数器的值达到窗口大小参数值或者遇到帧同步信号的上升沿或下降沿时，所述第一计数器将其自己复位，从而表示一个PWM脉冲窗口结束而另一个PWM脉冲窗口开始。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述PWM脉冲周期确定器包括第二计数器，在每个PWM脉冲窗口内，其对作为参考时钟的输入时钟进行计数并输出计数结果，其中当第二计数器的值达到脉冲周期参数时，所述第二计数器将其自己复位。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述PWM脉冲占空比确定器包括第一比较器，其将所述第二计数器输出的计数结果与脉冲持续时间参数进行比较，当所述第二计数器输出的计数结果小于所述脉冲持续时间参数时，输出高电平，而当所述第二计数器输出的计数结果大于等于所述脉冲持续时间参数时，输出低电平。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述PWM脉冲数目确定器包括：
第三计数器，在每个PWM脉冲窗口内，其对所述第一比较器所输出的信号的上升沿或下降沿进行计数，并输出计数结果，以及
第二比较器，将所述第三计数器输出的计数结果与PWM脉冲数目参数进行比较，如果所述第三计数器输出的计数结果比所述PWM脉冲数目参数要小，那么所述第二比较器输出高电平，而如果所述第三计数器输出的计数结果与所述PWM脉冲数目参数相等或还要大，那么所述第二比较器输出低电平；以及
与门，所述第一比较器和第二比较器的输出都连接到所述与门的输入端，而该与门的输出端输出所述PWM信号。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述PWM脉冲窗口确定器在每个PWM脉冲窗口的一开始就输出使所述PWM脉冲周期确定器、PWM脉冲占空比确定器以及所述PWM脉冲数目确定器中的至少一个复位或加载值的信号，从而每个PWM脉冲窗口中的第一个PWM脉冲紧接着相应PWM脉冲窗口的开始而出现。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括PWM脉冲延迟器，其使得每个PWM脉冲窗口中的第一个PWM脉冲在相应PWM脉冲窗口开始了一段时间后而才出现。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述PWM脉冲延迟器包括第三比较器，其将每个PWM脉冲窗口所经过的时间与延迟参数进行比较，当每个PWM脉冲窗口所经过的时间达到所述延迟参数时，才输出使所述PWM脉冲周期确定器、PWM脉冲占空比确定器以及所述PWM脉冲数目确定器中的至少一个复位或加载值的信号。
9.根据权利要求1所述的系统，其中不同PWM脉冲窗口的PWM脉冲的周期不相同。
10.根据权利要求1所述的系统，其中不同PWM脉冲窗口的PWM脉冲的占空比不相同。
11.根据权利要求1所述的系统，其中至少一个PWM脉冲窗口中没有被PWM脉冲占满。
12.一种液晶电视机，包括权利要求1-11中任一项所述的系统。
13.一种用于生成脉冲宽度调制PWM信号的方法，其中所述PWM信号包括多个PWM脉冲窗口，每个PWM脉冲窗口包括一个或多个PWM脉冲，所述方法包括：
确定每个PWM脉冲窗口的位置；
确定每个PWM脉冲窗口中的PWM脉冲的周期；
确定所述周期下的PWM脉冲的占空比；以及
确定每个PWM脉冲窗口中的PWM脉冲的数目。
14.根据权利要求13所述的方法，其中确定每个PWM脉冲窗口的位置包括对作为参考时钟的输入时钟进行第一计数，其中当第一计数结果达到窗口大小参数值或者遇到帧同步信号的上升沿或下降沿时，对第一计数结果进行复位，从而表示一个PWM脉冲窗口结束而另一个PWM脉冲窗口开始。
15.根据权利要求14所述的方法，其中确定每个PWM脉冲窗口中的PWM脉冲的周期包括，在每个PWM脉冲窗口内，对作为参考时钟的输入时钟进行第二计数并输出第二计数结果，其中当第二计数结果达到脉冲周期参数时，对第二计数结果进行复位。
16.根据权利要求15所述的方法，其中确定所述周期下的PWM脉冲的占空比包括将所述第二计数结果与脉冲持续时间参数进行比较，并输出第一比较结果，其中当所述第二计数结果小于所述脉冲持续时间参数时，所述第一比较结果输出高电平，而当所述第二计数结果大于等于所述脉冲持续时间参数时，所述第一比较结果输出低电平。
17.根据权利要求16所述的方法，其中确定每个PWM脉冲窗口中的PWM脉冲的数目包括：
在每个PWM脉冲窗口内，对所输出的第一比较结果的上升沿或下降沿进行第三计数，并输出第三计数结果，以及
将所述第三计数结果与PWM脉冲数目参数进行比较，并输出第二比较结果，如果所述第三计数结果比所述PWM脉冲数目参数要小，那么所述第二比较结果输出高电平，而如果所述第三计数结果与所述PWM脉冲数目参数相等或还要大，那么所述第二比较结果输出低电平；以及
将所述第一比较结果和所述第二比较结果相与，而相与的结果表示所述PWM信号。
18.根据权利要求13所述的方法，其中在每个PWM脉冲窗口的一开始就输出使复位或加载值的信号，从而每个PWM脉冲窗口中的第一个PWM脉冲紧接着相应PWM脉冲窗口的开始而出现。
19.根据权利要求13所述的方法，还包括延迟输出使复位或加载值的信号，使得每个PWM脉冲窗口中的第一个PWM脉冲在相应PWM脉冲窗口开始了一段时间后而才出现。
20.根据权利要求19所述的方法，其中延迟输出使复位或加载值的信号包括将每个PWM脉冲窗口所经过的时间与延迟参数进行比较，当每个PWM脉冲窗口所经过的时间达到所述延迟参数时，才输出使复位或加载值的信号。
21.根据权利要求13所述的方法，其中不同PWM脉冲窗口的PWM脉冲的周期不相同。
22.根据权利要求13所述的方法，其中不同PWM脉冲窗口的PWM脉冲的占空比不相同。
23.根据权利要求13所述的方法，其中至少一个PWM脉冲窗口中没有被PWM脉冲占满。
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