CN106558286B - 一种全彩led显示屏数字化驱动芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明的全彩LED显示屏数字化驱动芯片，与行驱动芯片以及译码器连接，其特征在于包括单点开路/断路检测的恒流LED驱动模数混合部分与专用SoC数字部分，所述SoC数字部分包括：处理内核、USB接口、UART接口以及GPIO接口；所述恒流LED驱动模数混合部分包括：电流控制单元、脉宽调制单元、控制状态机组、RGB接口以及单点开路/断路检测单元。有益效果：不但能同时提升刷新率和灰度等级，而且大大减少单个模组的芯片总量，实现超小间距全彩LED的显示方案。

Description

一种全彩LED显示屏数字化驱动芯片
技术领域
本发明涉及LED驱动芯片，尤其涉及一种全彩LED显示屏数字化驱动芯片。
背景技术
目前，国外的LED显示屏专用芯片厂商主要有TI(德州仪器)、TOSHIBA(东芝)、SONY(索尼)等;台湾的LED显示屏专用芯片厂商主要有MBI(聚积科技)、SITI(点晶科技)以及国内的苏州日月成科技、深圳明微微电子、深圳天微微电子等。
TOSHIBA的LED显示屏驱动芯片因性价比较高，而拥有较高的国内市场占有率。其主要产品有 TB62725，TB62719，TB62726 等。其中TB62725恒流通道数为8通道，TB62726恒流通道数为16通道。TB62719是一款除具有普通驱动芯片功能外，还具有8位（256级）灰度、输出开路检测(LOD)、过温保护(TSD)以及内部电流调节等功能的高端芯片。TB62727在TB62726的基础上增加了温度检测、输出开路检测以及内部电流调节等功能。
TI的产品性能稳定可靠，但由于价格较高，所以市场占有率并不高。其主要产品有TLC5928，TLC5946，TLC59482，TLC5944，TLC5955，TLC5958 等。TLC5928具有 LED 开路检测的 16 通道恒流 LED 驱动器，它有2个桢错检测电路，一个用于LED开路检测，一个用于Pre-Thermal Warning（PTW过温检测）。TLC59482 是一款 16 通道，恒定灌电流驱动芯片，每个通道有一个16位（ 65536级） 的独立可调节、脉宽调制 (PWM) 灰度 (GS) 亮度控制器， 所有通道具有7位（64级）的全局亮度控制。
SONY的LED显示屏驱动芯片主要面向高端市场。其主要产品有CXA3281N和CXR3596R。CXA3281N是8位源芯片，具有12位PWM灰度调节功能，8位整体亮度调节功能，10位整体电流调节功能，以及LOD（开路检测）和LSD(短路检测)等辅助功能。
MBI的产品基本性价比较高，具有较高的市场占有率。其主要产品有MBI5024，MBI5028， MBI5030， MBI5035， MBI5042， MBI5050，MBI5051，MBI5052， MBI5053等。其中MBI5024性价比高，市场占有率也较高。MBI5035输出端仅需170mV导通压降即可正常工作，具有很低的功率损耗，以及16通道时间复用的PWM恒流LED驱动器。MBI5051内建4K位SRAM内存支持1~8扫分时多任务扫描；16/14位PWM灰阶控制；扫描S-PWM技术可提升视觉更新率；LED开路侦测；内建消隐；GCLK倍频技术；6位可程控之电流增益功能；输出通道间的交错时间迟滞，避免突波电流；高达 30MHz时钟频率；具有斯密特触发器输入装置。
SITI也主要定位于中端市场。其先后推出了 ST2221A、ST2221C、DM115等，其LED显示屏驱动芯片可分为通用芯片和专用芯片两大类。通用芯片是拥有LED显示屏所需的部分逻辑的芯片，例如74LS595、CD4094、MC14094等，该类芯片结构简单、成本较低。专用芯片有DM633和DM634等，均具有PWM灰阶调整功能，外加8位整体亮度调变功能，以及错误侦测功能等，DM633具有12位PWM灰阶调整功能，而DM634升级到了 16位PWM灰阶调整功能，使得画面显示更均勾。
通过以上分析可知，目前的LED驱动芯片都采用串行数据输入，通过串并转换后实现恒流并行驱动，造成两个很大的问题：1，刷新率无法提高；2，应用小间距模组时单个模组使用芯片量非常大，造成模组PCB上贴不下。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种全彩LED显示屏数字化驱动芯片，该芯片不但能同时提升刷新率和灰度等级，而且大大减少单个模组的芯片总量，使超小间距全彩LED显示方案成为可能。具体由以下技术方案实现：
全彩LED显示屏数字化驱动芯片，与行驱动芯片以及译码器连接，包括单点开路/断路检测的恒流LED驱动模数混合部分与专用SoC数字部分，所述SoC数字部分包括：
处理内核，接收来自所有接口的通信数据，并输出控制信号；
USB接口，将多颗芯片和多块模组串接起来传输数据；
UART接口，用于下载和调试应用软件；
GPIO接口；外接行驱动芯片与译码器，根据处理内核输出的控制信号选通设定数目的行驱动芯片与译码器形成不同的扫描模组电路；
所述恒流LED驱动模数混合部分包括：
电流控制单元，根据内设的参考电流控制输入信号；
脉宽调制单元，对输入信号进行调频，输出恒定电流；
控制状态机组，通过内设的寄存器存储传输配置数据、RGB数据以及LED状态数据，并完成所述处理内核与控制状态机、单点开路/断路检测单元的数据交换；
RGB接口，接收LED驱动信号；
单点开路/断路检测单元，根据所述控制状态机组的控制向RGB接口输出LED驱动信号，并将各RGB接口对应的LED的状态数据返回至控制状态机组并更新, 检测该LED的开路和短路情况。
所述全彩LED显示屏数字化驱动芯片的进一步设计在于，SoC数字部分还包括SPI接口，所述SPI接口用于扩充片外FLASH。
所述全彩LED显示屏数字化驱动芯片的进一步设计在于，SoC数字部分还包括I2C接口，接收传感器的采集数据。
所述全彩LED显示屏数字化驱动芯片的进一步设计在于，所述处理内核采用ARMcortex-M0处理芯片。
所述全彩LED显示屏数字化驱动芯片的进一步设计在于，所述GPIO接口外接的行驱动芯片与译码器分别为RF5958芯片与74LS138芯片。
所述全彩LED显示屏数字化驱动芯片的进一步设计在于，所述扫描模组电路包括：
256扫模组电路：通过处理内核8根GPIO选通32片RF5958和5片74LS138；
128扫模组电路：通过处理内核7根GPIO选通16片RF5958和3片74LS138。
所述全彩LED显示屏数字化驱动芯片的进一步设计在于，所述RGB接口为48个，同时驱动16个LED。
所述全彩LED显示屏数字化驱动芯片的进一步设计在于，所述控制状态机组由三个寄存器与组合逻辑单元组成，三个寄存器分别为传输配置寄存器、RGB寄存器以及LED状态寄存器，分别对应地存储有传输配置数据、RGB数据以及LED状态数据，传输配置寄存器、RGB寄存器分别与组合逻辑单元通信连接，LED状态寄存器与单点开路/断路检测单元通信连接，传输配置寄存器与脉宽调制单元通信连接。
所述全彩LED显示屏数字化驱动芯片的进一步设计在于，所述传输配置寄存器、RGB寄存器以及LED状态寄存器与SoC内部总线连接，并采用并行读写的数据传输方式。
所述全彩LED显示屏数字化驱动芯片的进一步设计在于，所述传输配置寄存器、RGB寄存器以及LED状态寄存器均为48位寄存器。
本发明的有益效果为：
1、芯片集成度高：专为小间距和超小间距全彩LED模组设计，芯片的SoC部分仅保留了核心部分，对外接口也大大简化，有效降低了成本。
2、提高了LED驱动工作速度：48通道恒流驱动改变原有串行数据输入输出为并行数据交换，同等工作频率下数据交换速度提高48倍。
3、大大减少单个模组芯片用量：已P1.0全彩LED模组（128*256）为例,传统1/32扫模组采用192片ICN2026恒流驱动芯片+16片RF4958译码和电流驱动一体芯片+3片74LS138，共计211片芯片，而采用本发明芯片的模组仅需16片本发明芯片+16片RF4958译码和电流驱动一体芯片+3片74LS138，共计35片芯片。
4、模组接口简单：仅需1路电源输入和两个USB接口。
5、扫描方式灵活：通过改变嵌入式软件轻松实现1~256之间的任意扫描方式。
附图说明
图1是全彩48 通道LED显示屏数字化驱动芯片模块示意图。
图2 由48 通道恒流LED显示屏数字化驱动芯片组成的全彩LEDP1.0模组（128*256）示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
如图1，本实施例的全彩LED显示屏数字化驱动芯片，与行驱动芯片以及译码器连接，主要由单点开路/断路检测的恒流LED驱动模数混合部分与专用SoC数字部分组成。SoC数字部分主要由处理内核、USB接口、UART接口以及GPIO接口组成。其中，处理内核，接收来自所有接口的通信数据，并输出控制信号。USB接口，将多颗芯片和多块模组串接起来传输数据。UART接口，用于下载和调试应用软件。GPIO接口；外接行驱动芯片与译码器，根据处理内核输出的控制信号选通设定数目的行驱动芯片与译码器形成不同的扫描模组电路。
恒流LED驱动模数混合部分主要由电流控制单元、脉宽调制单元、控制状态机组、RGB接口以及单点开路/断路检测单元组成。其中，电流控制单元，根据内设的参考电流控制输入信号。脉宽调制单元，对输入信号进行调频，输出恒定电流。控制状态机组，通过内设的寄存器存储传输配置数据、RGB数据以及LED状态数据，并完成处理内核与控制状态机、单点开路/断路检测单元的数据交换。RGB接口，接收LED驱动信号。单点开路/断路检测单元，根据控制状态机组的控制向RGB接口输出LED驱动信号，并将各RGB接口对应的LED的状态数据返回至控制状态机组并更新, 检测该LED的开路和短路情况。
进一步的，SoC数字部分还包括SPI接口与I2C接口，SPI接口用于扩充片外FLASH。I2C接口接收传感器的采集数据。
本实施例的处理内核采用ARM cortex-M0处理芯片。GPIO接口外接的行驱动芯片与译码器分别为RF5958芯片与74LS138芯片。
扫描模组电路包括256扫模组电路与128扫模组电路。256扫模组电路：通过处理内核8根GPIO选通32片RF5958和5片74LS138。128扫模组电路：通过处理内核7根GPIO选通16片RF5958和3片74LS138。
本实施例的RGB接口为48个，同时驱动16个LED。
进一步的，控制状态机组由三个寄存器与组合逻辑单元组成，三个寄存器分别为传输配置寄存器、RGB寄存器以及LED状态寄存器，分别对应地存储有传输配置数据、RGB数据以及LED状态数据，传输配置寄存器、RGB寄存器分别与组合逻辑单元通信连接，LED状态寄存器与单点开路/断路检测单元通信连接，传输配置寄存器与脉宽调制单元通信连接。
传输配置寄存器、RGB寄存器以及LED状态寄存器与SoC内部总线连接，并采用并行读写的数据传输方式。并且，传输配置寄存器、RGB寄存器以及LED状态寄存器均为48位寄存器。
本实施例的全彩LED显示屏数字化驱动芯片具有如下有益效果：芯片集成度高：专为小间距和超小间距全彩LED模组设计，芯片的SoC部分仅保留了核心部分，对外接口也大大简化，有效降低了成本。提高了LED驱动工作速度：48通道恒流驱动改变原有串行数据输入输出为并行数据交换，同等工作频率下数据交换速度提高48倍。大大减少单个模组芯片用量：已P1.0全彩LED模组（128*256）为例,传统1/32扫模组采用192片ICN2026恒流驱动芯片+16片RF4958译码和电流驱动一体芯片+3片74LS138，共计211片芯片，而采用本发明芯片的模组仅需16片本发明芯片+16片RF4958译码和电流驱动一体芯片+3片74LS138，共计35片芯片。另一发面本实施提供的芯片模组接口简单：仅需1路电源输入和两个USB接口。扫描方式灵活：通过改变嵌入式软件轻松实现1~256之间的任意扫描方式。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种全彩LED显示屏数字化驱动芯片，与行驱动芯片以及译码器连接，其特征在于包括单点开路/断路检测的恒流LED驱动模数混合部分与专用SoC数字部分，所述SoC数字部分包括：
处理内核，接收来自所有接口的通信数据，并输出控制信号；
USB接口，将多颗芯片和多块模组串接起来传输数据；
UART接口，用于下载和调试应用软件；
GPIO接口；外接行驱动芯片与译码器，根据处理内核输出的控制信号选通设定数目的行驱动芯片与译码器形成不同的扫描模组电路；
所述恒流LED驱动模数混合部分包括：
电流控制单元，根据内设的参考电流控制输入信号；
脉宽调制单元，对输入信号进行调频，输出恒定电流；
控制状态机组，通过内设的寄存器存储传输配置数据、RGB数据以及LED状态数据，并完成所述处理内核与控制状态机、单点开路/断路检测单元的数据交换；
RGB接口，接收LED驱动信号；
单点开路/断路检测单元，根据所述控制状态机组的控制向RGB接口输出LED驱动信号，并将各RGB接口对应的LED的状态数据返回至控制状态机组并更新,检测该LED的开路和短路情况；
所述控制状态机组由三个寄存器与组合逻辑单元组成，三个寄存器分别为传输配置寄存器、RGB寄存器以及LED状态寄存器，分别对应地存储有传输配置数据、RGB数据以及LED状态数据，传输配置寄存器、RGB寄存器分别与组合逻辑单元通信连接，LED状态寄存器与单点开路/断路检测单元通信连接，传输配置寄存器与脉宽调制单元通信连接。
2.根据权利要求1所述的全彩LED显示屏数字化驱动芯片，其特征在于SoC数字部分还包括SPI接口，所述SPI接口用于扩充片外FLASH。
3.根据权利要求1所述的全彩LED显示屏数字化驱动芯片，其特征在于SoC数字部分还包括I2C接口，接收传感器的采集数据。
4.根据权利要求1所述的全彩LED显示屏数字化驱动芯片，其特征在于所述处理内核采用ARM cortex-M0处理芯片。
5.根据权利要求1所述的全彩LED显示屏数字化驱动芯片，其特征在于所述GPIO接口外接的行驱动芯片与译码器分别为RF5958芯片与74LS138芯片。
6.根据权利要求1所述的全彩LED显示屏数字化驱动芯片，其特征在于所述扫描模组电路包括：
256扫模组电路：通过处理内核8根GPIO选通32片RF5958和5片74LS138；
128扫模组电路：通过处理内核7根GPIO选通16片RF5958和3片74LS138。
7.根据权利要求1所述的全彩LED显示屏数字化驱动芯片，其特征在于所述RGB接口为48个，同时驱动16个LED。
8.根据权利要求1所述的全彩LED显示屏数字化驱动芯片，其特征在于所述传输配置寄存器、RGB寄存器以及LED状态寄存器与SoC内部总线连接，并采用并行读写的数据传输方式。
9.根据权利要求1所述的全彩LED显示屏数字化驱动芯片，其特征在于所述传输配置寄存器、RGB寄存器以及LED状态寄存器均为48位寄存器。
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