CN110415643A - 一种自适应消除led鬼影和耦合并保护自检的电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应消除LED鬼影和耦合并保护自检的电路及方法，属于LED显示领域。针对现有技术中LED显示中行驱动IC和列驱动IC在消除鬼影中存在不确定性、调试的复杂性、LED反向击穿的风险、高低灰耦合以及无法完全兼容LED短路检测的缺点，本发明提供一种自适应消除LED鬼影和耦合并保护自检的电路及方法，电路包括消鬼影耦合防反压模块和LED开短路检测模块，消鬼影耦合防反压模块与电路中LED并联；LED开短路检测模块串联在电路列线中，本发明可以实现自适应的泄放掉行线和列线寄生电容存储的电荷，消除LED的鬼影现象、耦合以及防止LED反向击穿，并对LED的损坏进行自检，输出自检信号方便修复或者更换。

Description

一种自适应消除LED鬼影和耦合并保护自检的电路及方法

技术领域

本发明涉及LED显示领域，更具体地说，涉及一种自适应消除LED鬼影和耦合并保护自检的电路及方法。

背景技术

目前市面上常见的典型LED显示阵列由M行和N列的LED组成，在显示时常采用动态扫描的方式对显示阵列扫描后进行显示。随着集成度越来越高，每行和每列显示的像素点越来越多，导致行线和列线上均具有较大的寄生电容，当行或列进行切换的时候，寄生电容上的电荷会从已熄灭的LED中流过，导致LED微微导通，形成了LED的鬼影现象，目前解决鬼影的办法需要在行驱动芯片和列驱动芯片中分别采用鬼影消除电路，对行和列的电压进行钳位，控制LED熄灭后的两端电压，采取过压保护措施，并根据不同的LED特性及应用条件还需要调整行驱动芯片和列驱动芯片的鬼影消除的参数，使得LED的两端电压小于其导通电压。另外当开关频率较高时，LED之间也会产生信号耦合，导致LED微微导通，耦合现象目前无法根治，只能通过优化PCB走线，降低寄生电容或者降低开关频率来减轻耦合。另外在户外高亮度的应用环境下，驱动电流很大，由于PCB的行线和列线有较大的寄生电感电容，导致行线和列线上的电压在LED导通和关闭时刻震荡，长期使用下容易导致LED反向击穿而失效，需要一种保护机制对LED进行保护，如果LED失效，也需要一种自检机制把它准确的定位方便修复或者更换。

目前常见的LED显示的应用案例如图1所示，显示阵列由M行和N列LED组成，常见的N和M的数值有16，32，64，128，256等等，采用动态扫描的显示方式，把一帧画面的显示时间分成M份，刚好等于LED阵列的行数M，这样每一行被分配到1/M的帧画面显示时间，在该行被扫描到的时间内，N列LED会根据灰度的高低要求进行不同的脉宽显示(也称为PWM)。这样只需要M行和N列就可以同时驱动M*N个LED，由于显示的像素点越来越多，所以行线和列线上的寄生电容效应越来越明显。行和列分别由行驱动IC及列驱动IC来驱动，行驱动IC及列驱动IC通常也称为恒流IC。目前常用的列驱动IC有集创北方公司的ICND2053、ICND2055，行驱动IC有ICND2018、ICND2016等等。图1中Cr1、Cr2、Crm-1、Crm分别为第一行、第二行至第M-1行和第M行的LED的行寄生电容，Cc1、Cc2、Ccn-1、Cn分别为第一列、第二列至第N-1列和第N列的LED的列寄生电容，Sr1a、Sr2a、Srm-1a、Srma是行驱动IC集成的第一行、第二行至第M-1行、第M行的功率开关，分别控制每一行的导通及关闭，Sr1b、Sr2b、Srm-1b、Srmb是行驱动IC集成的上鬼影消除开关，V1为可编程上鬼影消除钳位电压，可通过编程改变其电压值满足不同的应用条件，该值通常的范围为0V～0.5*VDD，上鬼影消除是指上鬼影消除开关导通对行寄生电容中的电荷进行放电，直至放至V1的电压设置值结束，该开关与行功率开关交错工作。Sc1a、Sc2a、Scn-1a、Scna是列驱动IC集成的第一列、第二列至第N-1列、第N列的恒流选择开关，分别控制每一列的导通及关闭，Sc1b、Sc2b、Scn-1b、Scnb是列驱动IC集成的下鬼影消除开关，V2为可编程下鬼影消除钳位电压，可通过编程改变其电压值满足不同的应用条件，该值通常的范围为0.5*VDD～VDD，下鬼影消除是指下鬼影消除开关导通对列寄生电容进行充电，直至充至V2的电压设置值结束，该开关与行功率开关交错工作。D11、D12、D1n-1、D1n为第一行第一列LED、第一行第二列LED至第1行第N-1列LED及第一行第N列LED，下标分别表示行和列，以此类推。上鬼影现象形成的原因是：假设第一行第一列LED元件D11在扫描到第一行时刻Sr1a导通Sc1a关闭，此时D11关闭，由于其他列有LED导通，此时第一行线寄生电容Cr1会被充至接近电源电压VDD，当第一行结束扫描，Sr1a关闭，此时Cr1上的电荷由于没有放电通路仍然维持接近VDD电压，第二行扫描开启，Sr2a导通，如果D21需要导通，则Sc1a导通，此时由于D21导通，列寄生电容Cc1上的电压被拉至低电位，由于Cr1上的电压此时仍维持在高电位，此时刻D11由于阳极连接Cr1为高电压，阴极连接Cc1为低电压，会微微导通直至Cr1上的电荷被充分泄放。由于物理上D11处于第一行而D21处于第二行，D11在D21的上方，通常我们称该现象为上鬼影。为了消除上鬼影现象，在行驱动芯片中当某行扫描结束时刻，需要泄放行线上寄生电容中的电荷，比如在第一行扫描结束时刻，需要把Sr1b导通，把Cr1上的电荷对V1泄放，电流泄放的方向如图一行芯片内箭头所指方向，由于V1电位较低，当第二行扫描开始时，Cr1上的电压较低，D11处于关闭状态，上鬼影现象较好的被抑制，其他行的处理方式以此类推。下鬼影现象形成的原因是：假设D11在第一行扫描时刻处于导通状态，此时Sr1a及Sc1a均导通，Cr1被充至接近行电源电压VDD，由于D11导通，Cc1电压较低。当第一行扫描结束，Sr1a及Sc1a均关闭，Cc1仍处于较低电压状态，第二行扫描时刻Sr2a导通，Cr2被充至接近电源电压VDD，假设此时D21需要处于关闭状态，Sc2a处于关闭状态，但由于D21的阳极连接到Cr2处于接近电源电压VDD状态，而阴极连到Cc1仍处于较低电压状态，D21会微微导通，直至Cc1被充至较高电位。由于物理上D21处于第二行，而D11处于第一行，D21在D11的下方，我们称该现象为下鬼影。为了消除下鬼影现象，在列驱动芯片中当某行扫描结束时刻需要导通充电通路，将列线上的寄生电容冲至较高电位V2，充电方向如图一种列芯片内箭头所指方向。比如在第一行扫描结束时刻，需要把Sc1b导通，把Cc1上的电压冲至较高电位V2，当第二行扫描开始时，虽然Cr2电位较高，但是由于Cc1上也是较高电位，D21仍然保持关闭状态，下鬼影现象较好的被抑制，其他列的处理方式以此类推。

图1的LED显示阵列的工作时序如图2所示，LED阵列采用动态扫描的方式显示，周而复始的从第一行扫描至第M行，每一行的平均导通时间固定为整个帧周期的1/M。在扫描到某一行时，N列选择开关在该行导通时间内的导通脉宽决定了该行N列LED的显示灰度等级，在Sr1a导通的时刻内，Sc1a导通的脉宽决定了D11的灰度等级，Sc2a导通的脉宽决定了D12的灰度等级，以此类推。阴影部分表示LED最高灰度等级的导通时间，阴影部分缩小即列选择开关导通时间缩小，等效为该行该列LED的灰度变低，阴影部分全0即列选择开关关闭，对应的该行该列LED处于关闭状态。根据以上分析，为了消除上鬼影及下鬼影，需要在行扫描进行切换的时刻对行寄生电容进行放电，同时对列寄生电容进行充电。比如在第一行与第二行切换的时间内，Sr1b导通对行寄生电容放电，消除上鬼影，Sc1b至Scnb导通对列电容充电，消除下鬼影，其他行切换消除上下鬼影以此类推。

传统的消除鬼影的方式需要在行驱动芯片和列驱动芯片分别增加上鬼影消除和下鬼影消除电路，上鬼影消除放电电压V1如果不够低，下鬼影消除充电电压V2如果不够高，导致两者之间压差太低，则有可能导致鬼影消除不充分，放电电压V1如果太低，充电电压V2如果太高，导致两者之间压差过高，又有可能在长期使用下导致LED的反向击穿损坏，同时为了匹配不同的LED物理参数及PCB应用条件，V1和V2必须可编程。为了优化显示效果，彻底消除鬼影同时保证可靠性，需要工程师针对每一款具体的LED产品进行大量的调整和优化，需要花费大量的时间和人力物力。

耦合是另外一种LED显示中常见并难以彻底根除的现象，其产生的原理如图3所示，D11和D12共阳极，并且在PCB的位置上是相邻的两颗LED，在D11和D12的阴极之间存在一个较小的寄生电容Cm，当扫描到第一行时Sr1a导通，假设此时设定D11关闭，灰度为0，则Sc1a打开，假设此时设定D12导通灰度较大，Sc2a导通，由于此时D11的阴极是处于不受控的悬浮状态，既不导通，也不在消除鬼影状态，D12从消除鬼影状态切换到导通时刻其阴极电压从较高电压跳转到导通状态的较低电压，如图3右侧波形所示，由于电容Cm的存在，该信号会耦合至D11的阴极，导致D11的阴极电压有一个负跳变，D11微微导通，如左侧波形所示。由于是高灰度LED耦合至低灰度或0灰度的相邻LED，通常也称为高低灰耦合。传统降低耦合效应的方法是通过微调行消影电压，或者降低行和列的带载，即降低每行或每列驱动的LED颗数，但很难彻底根除耦合效应。

图4所示是传统列驱动IC的LED开路检测电路，当行扫描到第一行时，Sr1a导通，此时如果D11开路，则当Sc1a导通时，A点电压接近0电平，通过比较器判断该电位是否接近0电平可得知D11是否开路。如图右所示，当D12短路时，B点电压接近于行驱动IC的VDD，由于部分应用方案中为了优化效率及显示效果，行驱动IC和列驱动IC使用了不同的VDD电压，列驱动IC无法得知行驱动IC的VDD电压值，所以仅根据B点电压无法准确判断D12是否短路。

中国专利申请扫描型LED显示装置及消除其前行隐亮的方法，专利号CN200710000050.X，公告日2010年5月19日，公开了一种扫描型LED显示装置及消除其前行隐亮的方法，其中该扫描型LED显示装置包括若干行驱动器、列驱动器、若干行LED和放电装置，其中该若干行驱动器的输出端连接该放电装置。该消除前行隐亮的方法包括以下步骤：1)检测扫描型LED显示装置的行选择信号的变化；2)当检测到该扫描型LED显示装置的行选择信号的变化，产生一个放电控制信号，从而使得某一行LED被点亮时或之前，泄放连接前一行LED正极的行驱动器的输出端上的电荷，以消除该前一行LED在该某一行LED点亮时产生隐亮，该发明仅仅对行驱动器输出端上的电荷进行泄放，如果泄放后的行驱动器输出端上的电压过高，那么泄放不充分，泄放后的行驱动器输出端的电压过低虽然泄放充分，但由于列驱动器输出端的电平在导通时会较高，导致LED的反向电压过高；同时该发明仅仅对行驱动器的输出端上的电荷进行泄放，仅能消除上鬼影现象，未考虑列驱动器的输出端上的寄生电荷导致的下鬼影现象；另外该发明对耦合现象无法解决。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的LED显示中行驱动IC和列驱动IC在消除鬼影中存在不确定性、调试的复杂性、LED反向击穿的风险、高低灰耦合以及无法完全兼容LED短路检测的缺点，本发明提出了一种自适应消除LED鬼影和耦合并保护自检的电路及方法，基于集成化行列驱动芯片，自适应的泄放掉LED显示阵列中寄生电容电荷，并兼容LED开短路检测的方法，解决了传统方案所带来的诸多缺点和弊端。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

LED显示阵列包括行列驱动芯片和M行*N列个LED，M、N均为以2为底，自然数为指数的指数函数结果，一般来说，M和N的数值有16，32，64，128，256等，每个LED的行线和列线均并联有寄生电容。本发明一种自适应消除LED鬼影和耦合并保护自检的电路，连接在LED显示阵列上，电路包括消鬼影耦合防反压模块和LED开短路检测模块，消鬼影耦合防反压模块和LED并联，对LED寄生电容的电荷进行泄放，消除LED鬼影、耦合以及比较LED反向击穿。LED开短路检测模块与列驱动芯片串联，对LED显示阵列进行自检，及时对失效元件定位并进行修复或更换。

更进一步的，消鬼影耦合防反压模块包括正向泄放通道和反向泄放通道，正向泄放通道为开关和第一开关管，第一开关管与LED导通方向相同，开关与第一开关管正极连接；反向泄放通道为第二开关管，第二开关管与LED导通方向相反，正向泄放通道和反向泄放通道数量均与LED数量相同。基于M行N列的LED显示阵列，电路就集成有M*N个消鬼影耦合防反压模块，消鬼影耦合防反压模块具备正向泄放，反向泄放、保护以及去耦合的功能。

更进一步的，开关管为二极管、齐纳管或MOSFET管。消鬼影耦合防反压模块中设置开关管需满足模块的正向导通电压远小于LED正向导通电压，模块的反向导通电压远小于LED反向击穿电压的静态电特性，满足此静态特性的有源器件均可以用来实现消鬼影耦合防反压模块。

更进一步的，LED开短路检测模块包括第一比较器、第二比较器和开短路检测数据寄存器，第一比较器的负极和第二比较器的正极均连接列驱动芯片电压，第一比较器的正极连接低电平基准电压，第二比较器的负极连接高电平基准电压；第一比较器和第二比较器的输出连接开短路检测数据寄存器。第一比较器为LED开路检测比较器，第二比较器为LED短路检测比较器，比较器检测开短路数据通过系统时钟串行输出至显示系统。

更进一步的，LED显示阵列为共阳极LED显示阵列或共阴极LED显示阵列。本发明适用于共阳极LED电路，亦适用于共阴极LED等其他LED显示方式。其消鬼影耦合防反压模块和开短路检测模块结构原理相同。

一种自适应消除LED鬼影和耦合并保护自检的方法，电路工作时消鬼影耦合防反压模块工作消除LED鬼影现象、LED耦合和LED反向击穿；开短路检测模块在电路导通后，接收每一列驱动芯片的LED电压进行比较判断电路开路或短路，将判断结果发发送至存储器。电路的工作模式是行扫描信号逐行打开每一行电路，行导通后电路逐列导通每一列电路，进一步导通打开LED。

更进一步的，消鬼影耦合防反压模块内的正向泄放通道的导通时序与LED导通时序相反，当LED关闭时，正向泄放通道打开后泄放LED寄生电容以及相邻LED之间寄生电容的电荷，消除电路鬼影及耦合。电路对LED先逐行扫描，逐行扫描时每一行的电路功率开关依次打开导通，循环操作；当电路某一行功率开关导通时，电路又进行逐列扫描导通对应LED，当LED导通时正向泄放通道关闭，LED关闭时正向泄放通道打开；当电路下一扫描周期再次打开对应LED时，正向泄放通道关闭，LED关闭时正向泄放通道再次打开，以此循环。

更进一步的，消鬼影耦合防反压模块内的反向泄放通道全时打开，保证LED不被反向击穿。反向泄放通道不受LED导通和关闭影响，全时段打开。

更进一步的，LED开短路检测模块第一比较器用于检测LED开路，第二比较器用于检测LED短路；当LED开路，列芯片电压为低电平，第一比较器输出高电平，第二比较去输出低电平；当LED短路，列芯片电压高电平，第一比较器输出低电平，第二比较器输出高电平。

更进一步的，LED开短路检测模块的第一比较器和第二比较器同时自检，检测结果传输至寄存器输出。每一行扫描结束，下一行扫描开始前电路通过系统时钟把上一行的开短路检测数据串行输出，根据输出检测结果，工程师可以快速对失效的LED进行定位并修复或更换。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

本发明基于行列集成的LED显示驱动IC HX30XX系列，在该系列IC中集成了鬼影/耦合自适应消除及LED保护自检模块，解决了传统LED显示驱动应用时，普遍存在的上鬼影和下鬼影现象，并在任意应用环境下自适应的消除鬼影现象，无需工程师人工干预调节。解决了传统LED显示驱动普遍存在并难以根除的耦合现象，自适应消除节省人力成本，反应速度快，对电路的保护更完善。对LED反向采用保护机制，避免LED在恶劣环境下长时间使用被反向击穿。改进传统LED显示驱动由于部分应用行列分开供电，无法精确检测LED是否短路，本发明由于采用行列集成驱动，可以精确检测到LED是否短路，并将检测数据传输至寄存器显示出来方便工程师及时更换。

附图说明

图1为现有技术常见的典型LED显示的应用案例；

图2为现有技术典型的LED显示电路中的鬼影消除电路的时序图；

图3为现有技术LED耦合产生原理图；

图4为现有技术LED开路检测电路图；

图5为本发明的电路原理图；

图6为本发明的具体电路结构图；

图7为本发明消鬼影耦合防反压模块的静态特性原理图；

图8为本发明消鬼影耦合防反压模块的工作原理图；

图9为本发明消鬼影耦合防反压模块的电路结构图；

图10为本发明消鬼影耦合防反压模块的第一行及第一列时序图；

图11为本发明消鬼影耦合防反压模块的第二、第三和第四列时序图；

图12为本发明LED开短路检测模块的原理图；

图13为本发明LED开短路检测模块的时序图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例1

目前常见的LED显示的应用案例如图1所示，显示阵列由M行和N列LED组成，常见的N和M的数值有16，32，64，128，256等等，采用动态扫描的显示方式，把一帧画面的显示时间分成M份，刚好等于LED阵列的行数M，这样每一行被分配到1/M的帧画面显示时间，在该行被扫描到的时间内，N列LED会根据灰度的高低要求进行不同的脉宽显示(也称为PWM)。这样只需要M行和N列就可以同时驱动M*N个LED。

图1中Cr1、Cr2、Crm-1、Crm分别为第一行、第二行至第M-1行和第M行的LED的行寄生电容，Cc1、Cc2、Ccn-1、Cn分别为第一列、第二列至第N-1列和第N列的LED的列寄生电容，Sr1a、Sr2a、Srm-1a、Srma是行驱动IC集成的第一行、第二行至第M-1行、第M行的功率开关，分别控制每一行的导通及关闭，Sr1b、Sr2b、Srm-1b、Srmb是行驱动IC集成的上鬼影消除开关，V1为可编程上鬼影消除钳位电压，可通过编程改变其电压值满足不同的应用条件，该值通常的范围为0V～0.5*VDD，上鬼影消除是指上鬼影消除开关导通对行寄生电容中的电荷进行放电，直至放至V1的电压设置值结束，该开关与行功率开关交错工作。Sc1a、Sc2a、Scn-1a、Scna是列驱动IC集成的第一列、第二列至第N-1列、第N列的恒流选择开关，分别控制每一列的导通及关闭，Sc1b、Sc2b、Scn-1b、Scnb是列驱动IC集成的下鬼影消除开关，V2为可编程下鬼影消除钳位电压，可通过编程改变其电压值满足不同的应用条件，该值通常的范围为0.5*VDD～VDD，下鬼影消除是指下鬼影消除开关导通对列寄生电容进行充电，直至充至V2的电压设置值结束，该开关与行功率开关交错工作。D11、D12、D1n-1、D1n为第一行第一列LED、第一行第二列LED至第1行第N-1列LED及第一行第N列LED，下标分别表示行和列，以此类推。

图2所示为图1的LED显示阵列的工作时序图，LED阵列采用动态扫描的方式显示，周而复始的从第一行扫描至第M行，每一行的平均导通时间固定为整个帧周期的1/M。图3为现有技术LED显示电路中耦合现象产生的原理图。图4为传统列驱动IC的LED开路检测电路，通过比较器判断电平进而判断LED是否开路，但由于行驱动IC和列驱动IC的电压不同，无法判断LED的短路情况。

本实施例通过集成化行列驱动IC，型号为HX30XX系列，发明了一种全新的自适应消除LED鬼影和耦合，并保护LED避免反向击穿，全兼容LED开短路检测的方法。

如图5所示HX30XX系列芯片的行列输个数M和N有16、32、64、128等多种选择，支持多种行列组合，用户可以根据具体的应用进行选择，Row1～Rowm为驱动芯片的行输出脚即行线，Col1～Coln为驱动芯片的列输出脚即列线。本实施例在HX30XX系列芯片中，集成了鬼影/耦合自适应消除及LED保护自检模块，不再需要Sr1b、Sr2b至Srmb的行消影开关及可编程电压源V1以及Sc1b、Sc2b至Scnb的列消影开关及可编程电压源V2消除鬼影，同时具备LED反向保护功能以及全兼容LED的开短路检测。

具体的实施方式如图6所示，在芯片内集成了M*N个消鬼影耦合防反压模块P11～Pmn，形成了一个有源阵列，每一个消鬼影耦合防反压模块与LED处于并联关系，P11与第一行第一列LED D11并联，P12与第一行第二列D12并联，以此类推Pmn与第M行N列LED Dmn并联。消鬼影耦合防反压模块具备正向泄放，反向泄放、保护以及去耦合的功能。T1～Tn为LED开短路检测模块，LED开短路检测模块个数与列数相同，共有N个。基于集成行列驱动，芯片可以直接检测到行驱动电源电压VDD，不受行列电压取值不一致的影响。开短路检测数据寄存器及输出模块是LED开短路检测数据的存储和通信模块，把检测数据按照同步时序存入寄存器，并从数据输出口串联输出。

消鬼影耦合防反压模块静态电特性曲线如图7所示，粗线为LED的典型电特性曲线，正向导通电压大概在3V左右，反向击穿电压大概在7V左右，消鬼影耦合防反压模块的静态电特性曲线如图7虚线部分所示，模块的正向导通电压Vp1必须远远小于3V的LED正向导通电压，模块的反向导通电压Vp2必须远远小于7V的LED反向击穿电压，同时模块的正向导通必须由时序来统一同步控制，以使得模块不会干扰LED的正常显示，只在LED关闭后才提供导通通道。

芯片中每一个消鬼影耦合防反压模块的电路如图8所示，消鬼影耦合防反压模块包括两个二极管和一个开关，二极管均与LED元件并联连接，第一二极管与LED连接极性相同，即第一二极管的正极连接LED的正极，第一二极管的负极连接LED的负极，在第一二极管的正极处串联开关；第二二极管与LED连接极性相反，即第二二极管的正极连接LED的负极，第二二极管的负极连接LED的正极。如图8所示，P11为与LED D11并联的消鬼影耦合防反压模块，Q11a和Q11b为P11中的二极管，均为标准IC工艺中普遍可生产制造的普通二极管，其导通电压典型值为0.7V左右，Q11a为第一二极管，Q11b为第二二极管；Sp11为P11模块的时序控制开关，当Sp11导通时Q11a开始工作，Sp11关闭时Q11a停止工作。而Q11b会一直提供反向泄放，使得LED的反向电压处于0.7V附近远小于其7V左右的击穿电压。Sp11的导通和关闭需要与LED D11的导通关闭相反，即Q11a与LED D11的工作时间相反，当LED D11导通时，Sp11关闭，此时Q11a停止工作，所有电流从D11流过，当D11关闭时，Sp11导通，Q11a开始工作。传统驱动方式会在行扫描进行行切换的时候产生鬼影，增加P11之后，D11关闭后Sp11导通，Q11a会把D11两端寄生电容Cr1和Cc1上的正向压差快速降至0.7V，由于Q11a的导通电压远小于D11，该过程的电荷流动不再会通过LED，而是通过Q11a泄放，鬼影现象完全消失。传统驱动方式当D11关闭，D12导通时刻，由于寄生电容Cm的存在产生耦合现象，导致D11微微导通。实例中，消鬼影耦合防反压模块当D11关闭后，Sp11导通，D12导通时Cm的耦和低电平电荷会通过Q11a泄放，如图8中Ip11电流所示，耦合高电平电荷会通过Q11b泄放，如图8中电流Is11所示，由于Q11a和Q11b的导通电压远小于LED的正向导通反向击穿电压，所以完美解决了耦合，并提供了足够的反向保护。完全符合图7中所描述的消鬼影耦合防反压模块的电特性。

图9所示为四行四列的LED阵列中应用如图8所示消鬼影耦合防反压模块的应用电路，每一个消鬼影耦合防反压模块实例电路与相应的LED相并联，一共有16个模块实例电路用来分别给16颗LED彻底消除鬼影耦合以及提供反向保护。本实施例以四行四列的LED阵列为例，消鬼影耦合防反压模块的实施不受限于行和列的个数。

图10和图11所示为图9电路的工作时序图，在该电路时序中，D11～D44内各LED可以有不同的导通时间，当Sr1a和Sc1a同时导通时，D11导通；Sr1a和Sc2a同时导通时，D12导通，行扫描信号按照固定的帧频率循环扫描，即Sr1a～Sr4a分时以固定间隔导通，在每一行的导通时刻对应的Sc1a～Sc4a不同的导通时间即为对应LED导通不同灰度等级。如图9电路所示，消鬼影耦合防反压模块均与LED并联，模块电路的导通开关时序与该LED相反。当行扫到第一行时Sr1a导通，Sc1a导通时D11导通，此时Sp11关闭，Q11a关闭，当Sc1a关闭时，D11关闭，此时Sp11导通，Q11a导通，消除D11的鬼影及耦合，等下一扫描周期到第一行，并Sc1a导通，D11再次导通时，Sp11再次关闭，以此循环，Q11b始终保持导通，提供反向泄放通道，保护LED不被反向击穿。每一颗LED在行扫描及列开关选中后，LED导通，对应的消鬼影耦合防反压模块开关关闭，而在LED关闭时间内，对应的消鬼影耦合防反压模块开关导通，提供泄放保护通道。

LED开短路检测模块和开短路检测数据寄存器及输出模块仍然以四行四列实例电路为例，如图12所示，每一列的驱动IC上串联有开短路检测模块，每一个开短路检测模块包括两个比较器，第一比较器正极连接电压V3，负极连接列驱动IC电压，检测电路开路；第二比较器正极连接列驱动IC电压，负极连接电压V4，检测电路短路；V3为0.3V直流电压，V4为VDD-0.3V直流电压。如图12所示，E1a和E1b组成了第一列开短路检测模块T1，E2a和E2b组成了第二列开短路检测模块T2，E3a和E3b组成了第三列开短路检测模块T3，E4a和E4b组成了第四列开短路检测模块T4，开短路检测数据寄存器及输出模块适用了4bit短路寄存器4bit开路寄存器以及数据同步传输电路。在传统行列驱动IC中由于列驱动IC未知行驱动IC所使用的VDD的电压值，所以无法准确判断LED是否短路，集成行列驱动IC共用了行列驱动VDD可以完美解决这一问题。E1a为第一列LED开路比较器，E1b为第一列LED短路比较器，E2a为第二列LED开路比较器，E2b为第二列LED短路比较器，E3a为第三列LED开路比较器，E3b为第三列LED短路比较器，E4a为第四列LED开路比较器，E4b为第四列LED短路比较器，V3为0.3V直流电压，V4为VDD-0.3V直流电压，当D11导通时，列线Col1上的电压必然是VDD减去LED的导通电压，如果VDD为4V，LED导通电压典型值为3V，则Col1上的电压是1V，此时E1a和E1b输出均为0电平，如果D11开路，则Col1上的电压必然接近0电位，此时E1a输出为高电平，判断D11开路，E1b输出仍然为0电平；如果D11短路，则Col1上的电压接近VDD电位，此时E1a输出仍然为0，而E1b输出为高电平，判断D11短路，该开短路数据存入共计8bit的开短路检测数据寄存器，通过数据同步传输电路在系统时钟CLK的上升沿串行从SDO口输出，系统接收到LED的开短路数据即可根据情况进行维修或更换。本实施例电路以四行四列的LED阵列为例，LED开短路检测模块以及数据寄存器及输出模块的实施不受限于行和列的个数。

图13所示为图12电路的时序波形图，在Sr1a导通的第一行扫描时间内，Sc1a～Sc4a全导通，此时处于第一列的D11、D21、D31和D41全部导通，如果D11、D21、D31和D41没有任何故障，E1a、E1b、E2a、E2b、E3a、E3b、E4a和E4b的输出均为0电平，如果LED出现短路或开路故障，则输出有1电平，LE为内部产生信号，LE为高电平时将把D11、D21、D31和D41的开短路数据存入内部寄存器，第一行扫描结束，第二行扫描开始前的Sr1a的低电平时刻通过系统时钟CLK，将把D11、D21、D31和D41的8bit开短路数据串行从SDO口输出，如图13所示第一行扫时刻SDO的阴影部分。在第二行扫描时间内，Sr2a导通，Sc1a～Sc4a依然全导通，此时处于第二列的D12、D22、D32和D42全部导通，如果D12、D22、D32和D42没有任何故障，E1a、E1b、E2a、E2b、E3a、E3b、E4a和E4b的输出全为0电平，如果LED出现短路或开路故障，则输出有1电平，LE为高电平时将把D12、D22、D32和D42的开短路数据存入内部寄存器，第二行扫描结束，第三行扫描开始前的Sr2a的低电平时刻通过系统时钟CLK，将把D12、D22、D32、D42的8bit开短路数据串行从SDO口输出，如图13所示第二行扫时刻的SDO的阴影部分。经过一个完整的扫描周期，所有的LED开短路数据将全部从SDO口输出传至系统。

上述实施例为本发明的共阳极LED的具体实施电路中的一种，本发明亦适用于共阴极LED等其他LED显示方式，在共阴极LED显示阵列电路中，消鬼影耦合防反压模块和开短路检测模块结构原理相同，上述实例电路以开关组合二极管的形式只是实现方式的一种，只要能满足图7静态特性的有源器件均可以用来实现消鬼影耦合防反压模块，比如zener，mosfet等均可以实现本发明效果。

上述实施例为本发明的具体实施电路中的一种，并且本发明的具体实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1.一种自适应消除LED鬼影和耦合并保护自检的电路，连接在LED显示阵列上，LED显示阵列包括行列驱动芯片和M行*N列个LED，M、N均为以2为底，自然数为指数的指数函数结果，每个LED的行线和列线均并联有寄生电容，其特征在于，电路包括消鬼影耦合防反压模块和LED开短路检测模块，消鬼影耦合防反压模块和LED并联，LED开短路检测模块与列驱动芯片串联。

2.根据权利要求1所述的一种自适应消除LED鬼影和耦合并保护自检的电路，其特征在于，消鬼影耦合防反压模块包括正向泄放通道和反向泄放通道，正向泄放通道为开关和第一开关管，第一开关管与LED导通方向相同，开关与第一开关管正极连接；反向泄放通道为第二开关管，第二开关管与LED导通方向相反，正向泄放通道和反向泄放通道数量均与LED数量相同。

3.根据权利要求2所述的一种自适应消除LED鬼影和耦合并保护自检的电路，其特征在于，开关管为二极管、齐纳管或MOSFET管。

4.根据权利要求1所述的一种自适应消除LED鬼影和耦合并保护自检的电路，其特征在于，LED开短路检测模块包括第一比较器、第二比较器和开短路检测数据寄存器，第一比较器的负极和第二比较器的正极均连接列驱动芯片电压，第一比较器的正极连接低电平基准电压，第二比较器的负极连接高电平基准电压；第一比较器和第二比较器的输出连接开短路检测数据寄存器。

5.根据权利要求3或4所述的一种自适应消除LED鬼影和耦合并保护自检的电路，其特征在于，LED显示阵列为共阳极LED显示阵列或共阴极LED显示阵列。

6.一种自适应消除LED鬼影和耦合并保护自检的方法，其特征在于，使用任一如权利要求1-5所述一种自适应消除LED鬼影和耦合并保护自检的电路，电路工作时消鬼影耦合防反压模块工作消除LED鬼影现象、LED耦合和LED反向击穿；开短路检测模块在电路导通后，接收每一列驱动芯片的LED电压进行比较判断电路开路或短路，将判断结果发发送至存储器。

7.根据权利要求6所述的一种自适应消除LED鬼影和耦合并保护自检的方法，其特征在于，消鬼影耦合防反压模块内的正向泄放通道的导通时序与LED导通时序相反，当LED关闭时，正向泄放通道打开消除鬼影及耦合。

8.根据权利要求6所述的一种自适应消除LED鬼影和耦合并保护自检的方法，其特征在于，消鬼影耦合防反压模块内的反向泄放通道全时打开，保证LED不被反向击穿。

9.根据权利要求7或8所述的一种自适应消除LED鬼影和耦合并保护自检的方法，其特征在于，LED开短路检测模块第一比较器用于检测LED开路，第二比较器用于检测LED短路；当LED开路，列芯片电压为低电平，第一比较器输出高电平，第二比较去输出低电平；当LED短路，列芯片电压高电平，第一比较器输出低电平，第二比较器输出高电平。

10.根据权利要求9所述的一种自适应消除LED鬼影和耦合并保护自检的方法，其特征在于，LED开短路检测模块的第一比较器和第二比较器同时自检，检测结果传输至寄存器输出。