KR200331879Y1 - 전광판의 휘도 조절을 위한 펄스폭 변조 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 각 화소의 색상별 LED 마다 펄스폭 변조를 수행하되 다운카운터(Down Counter)를 이용하여 그 펄스폭 변조를 수행함으로써, 화소의 휘도를 정확하게 조절하도록 하는 전광판의 휘도 조절을 위한 펄스폭 변조 제어 장치에 관한 것으로서, 본 고안의 펄스폭 제어 장치는 직렬로 변환된 영상 데이터를 연속적으로 입력받아 다음 단의 쉬프트 레지스터로 쉬프트하는 다수의 쉬프트 레지스터와, 상기 다수의 쉬프트 레지스터에 일대일 대응되는 다수의 다운 카운터로 구성되며, 상기 다수와 다운 카운터는 상기 대응된 쉬프트 레지스터에 저장된 데이터를 일시에 각각 병렬적으로 인가하고, 그 데이터를 다운 카운팅하여 그 값이 0이 될 때까지 1을 출력함으로써, 그 출력값에 의해 화소의 색상별 LED의 휘도를 조절하는 것을 특징으로 하며, 낮은 클럭 주파수를 가지고 정확한 휘도 조절이 가능하고, 데이터 처리 시간에 대한 제한을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

Description

전광판의 휘도 조절을 위한 펄스폭 변조 제어 장치

본 고안은 전광판의 휘도 조절을 위한 펄스폭 변조 제어 장치에 관한 것으로서, 특히, 각 화소의 색상별로 펄스폭 변조를 수행하되 회로적으로 많은 양을 주문형 반도체(ASIC)화하여 구현하도록 함으로써, 각 화소의 휘도를 정확하게 조절하도록 하는 것을 특징으로 하는 전광판의 휘도 조절을 위한 펄스폭 변조 제어 장치에 관한 것이다.

전광판은 많은 개수의 LED(Light Emitting Diode)로 구성되며, 색상 합성 및 밝기 조절을 위하여 상기 각 LED의 휘도를 조절하여야 한다.

이러한 LED는 화면상에 하나의 화소로 표현되며, 이러한 LED의 휘도를 조절하기 위하여 일반적으로 펄스폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation) 방법을 사용하는데, 이의 구현 방식에 있어서 종래에는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)을 표시하는 LED가 각각 256개 또는 512개로 구성되는 단일 모듈내에서 한 개의 펄스폭 변조(PWM) 제어 장치를 사용하여 512×3개의 LED를 제어하였다.

이와 같이 한 개의 펄스폭 변조 제어 장치를 사용하는 경우, 회로가 간단하므로 이러한 회로를 EPLD(Electrically Programmable Logic Device) 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array)로 쉽게 구성할 수 있다는 장점이 있으나, 클럭주파수가 높으며, 데이터 처리를 위한 시간에 제한이 따른다는 단점이 있다.

즉, 예를 들어, 60Hz의 프레임 주파수를 갖는 전체 512개의 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) LED에 대하여 256 레벨의 휘도 조절을 각각 처리하고자 하는 경우, 클럭 주파수(f)는 8MHz(60Hz×256레벨×x512개)이다.

그런데, 상기 LED에 대한 휘도 조절 비율을 100%에서 50%, 25%, 12.5%로 감소시키기 위해 종래의 방법을 사용할 경우, 필요한 클럭 주파수가 16MHz, 32MHz, 64MHz로 그 값이 너무 높아지므로 50%이하로 휘도 조절을 하는 것은 불가능해 진다.

또, 영상 데이터를 제어 장치에서 받아들이는 시간과 제어 장치가 PWM 제어를 하는 시간이 구별되어야 하므로 아주 짧은 시간에 데이터를 받아들여야 하는 단점이 있었다.

따라서, 본 고안에서는 상기와 같은 단점을 해결하기 위해, 각 화소의 색상별 LED 마다 펄스폭 변조를 수행하되 다운카운터(Down Counter)를 이용하여 그 펄스폭 변조를 수행함으로써, 화소의 휘도를 정확하게 조절하도록 하는 전광판의 휘도 조절을 위한 펄스폭 변조 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 고안에서 제공하는 펄스폭 제어 장치는 직렬로 변환된 영상 데이터를 연속적으로 입력받아 다음 단의 쉬프트 레지스터로 쉬프트하는 다수의 쉬프트 레지스터와, 상기 다수의 쉬프트 레지스터에 일대일 대응되는 다수의 다운 카운터로 구성되며, 상기 다수의 다운 카운터는 상기 대응된 쉬프트 레지스터에 저장된 데이터를 일시에 각각 병렬적으로 인가 받아, 그 데이터를 다운 카운팅하여 그 값이 0이 될 때까지 1을 출력함으로써, 그 출력값에 의해 LED의 색상별 휘도를 조절하도록 하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 쉬프트 레지스터와 다운 카운터의 쌍으로 구성된 다수의 단위 장치는 24개씩 2단으로 구성되어, 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)의 LED로 구성된 8개의 화소를 2라인씩 제어하도록 하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 고안의 일실시예에 따른 전광판의 휘도 조절을 위한 펄스폭 변조 제어 장치에 대한 회로도,

도 2는 본 고안의 펄스폭 변조 제어 장치를 임의의 전광판에 적용하기 위한 사용 예시도,

도 3은 본 고안의 펄스폭 변조 제어 장치로 입력되는 데이터의 형태를 나타낸 타이밍도,

도 4는 본 고안의 펄스폭 변조 제어 장치에 의한 한 화소의 펄스폭 변조를 나타낸 타이밍도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 전광판의 휘도 조절을 위한 펄스폭 변조 제어 장치를 보다 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 본 고안의 일실시예에 따른 전광판의 휘도 조절을 위한 펄스폭 변조제어 장치에 대한 회로도로서, 도 1을 참조하면 본 고안에서 제공하는 전광판의 휘도 조절을 위한 펄스폭 변조 제어 장치는 직렬로 변환된 영상 데이터를 연속적으로 입력받아 다음 단의 쉬프트 레지스터로 쉬프트하는 다수의 쉬프트 레지스터(Shift Register)(10, 30)와, 상기 다수의 쉬프트 레지스터(10, 30)에 일대일 대응되는 다수의 다운 카운터(Down Counter)(20, 40)로 구성된다.

도 1은 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)의 LED를 각각 8자씩 제어하는 회로가 2단으로 구성된 경우의 예로써, 상기 12 비트(bit)의 영상 데이터를 처리하기 위해, 상기 쉬프트 레지스터(10)와 다운 카운터(20)는 모두 12 비트를 처리하도록 구성되었다.

즉, 상기 쉬프트 레지스터(10, 30)와 다운 카운터(20, 40)의 쌍으로 구성된 다수의 단위 장치는 24개씩 2단으로 구성되어, 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)의 LED로 구성된 8개의 화소를 2라인씩 제어하도록 하는데, 도 1을 참조하면, 12 비트의 영상 데이터가 직렬 데이터로 변환되어 연속적으로 1단 및 2단의 12 비트 쉬프트 레지스터(10, 30)로 입력(Sereal Data in A 및 B)되면, 상기 쉬프트 레지스터(10, 30)는 직렬로 변환되어 연속적으로 입력되는 영상 데이터를 다음단으로 쉬프트한다.

그러면, 상기 다수의 다운 카운터(20, 40)는 한 프레임 주기를 알리는 신호(Parallel Load)에 의해 상기 대응된 쉬프트 레지스터(10, 30)에 저장된 데이터를 각각 병렬적으로 인가 받아, 휘도 조절을 위한 카운팅 클럭(Counter Clock)에 의거하여 상기 쉬프트 레지스터(10, 30)로부터 인가된 데이터를 다운 카운팅하여그 값이 0이 될 때까지 1을 출력한다. 즉, 상기 다운 카운터(20, 40)에 인가된 데이터 값에 따라 그에 비례하는 클럭 개수만큼 1을 출력하고, 나머지 시간은 0을 출력하여 펄스폭 변조를 수행하며, 그 출력값에 의해 각 화소의 색상별 휘도를 조절하도록 한다.

따라서, 상기 다운 카운터(20)에서 출력된 값(OUT1A)은 첫째단 첫 번째에 위치하는 LED의 적색(Red)에 대한 휘도를 조절하기 위한 값이고, 다운 카운터(40)에서 출력된 값(OUT1B)은 둘째단 첫 번째에 위치하는 LED의 적색(Red)에 대한 휘도를 조절하기 위한 값이다.

한편, 도 2는 본 고안의 펄스폭 변조 제어 장치를 임의의 전광판에 적용하기 위한 사용 예시도로서, 도 2를 참조하면, 이러한 구성을 갖는 펄스폭 변조 제어 장치를 가지고 512개의 화소(가로 32개 * 세로 16개)로 구성된 하나의 모듈(200)을 제어하기 위해 다단으로 구성된 예가 나타나 있다.

주문형 반도체화에 의해 구현되어 상기 다단을 형성하는 펄스폭 변조 제어 장치(ASIC)(100)들은 각각 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)의 LED로 구성된 화소를 8개씩 제어하는 회로가 2단으로 구성되었으므로, 전체 512개의 LED(가로 32개 * 세로 16개)로 구성된 하나의 모듈(200)을 제어하기 위해서는 도 2에 나타난 바와 같이 가로로 4단 세로로 8단으로 구성한다.

도 3을 본 고안의 펄스폭 변조 제어 장치로 입력되는 데이터의 형태를 나타낸 타이밍도로서, 도 3a는 12 비트의 병렬 영상 데이터가 직렬 데이터로 변환된 형태를 나타내고, 도 3b는 본 고안의 펄스폭 변조 제어 장치에 R, G, B 데이터를 인가하는 순서를 나타낸다.

12비트의 적색(Red) 영상 신호의 경우, 도 3a와 같이 변형되어 입력되며, 이러한 직렬 데이터의 경우 MSB부터 입력될 수도 있고, LSB부터 입력될 수도 있는데, 도 3a에는 LSB부터 입력되는 경우의 예를 나타낸다.

한편, 도 3b를 참조하면, 각 화소에 해당되는 색상별 제어 데이터는 각 화소별로 적(R), 녹(G), 청(B) 순으로 입력된다.

또한, 도 4는 본 고안의 펄스폭 변조 제어 장치에 의한 한 화소의 펄스폭 변조를 나타낸 타이밍도로서, 도 4를 참조하면, 본 고안의 펄스폭 변조 제어 장치로 입력되는 영상 데이터가 화소별로 어떻게 펄스폭 변조되는지를 알 수 있는데, 먼저, 한 프레임 주기를 나타내는 신호(Parallel Load)가 인가되면, 상기 다운 카운터는 해당 쉬프트 레지스터로부터 영상 데이터 값을 인가하여 다운 카운팅에 의해 그 데이터 값에 해당하는 개수의 클럭(clock) 동안 출력 신호를 '1'로 유지한다.

도 4는 12비트의 영상신호에 대한 예시도이므로, 한 주기동안 최대의 클럭수는 2¹²인 4096개이며, 예를 들어 12 비트 쉬프트 레지스터를 통해 입력된 영상 신호 데이터가 4095라면 그 데이터가 입력된 임의의 주기(t1) 동안에는 4095개의 클럭에 해당하는 시간동안 출력 신호를 '1'로 유지하고, 상기 12 비트 쉬프트 레지스터를 통해 입력된 또다른 영상 신호 데이터가 100인 경우에는 그 데이터가 입력된 임의의 주기(t2) 동안 100개의 클럭에 해당하는 시간동안 출력 신호를 '1'로 유지한다.

따라서, 본 고안은 이러한 방식에 의해 입력 신호에 대한 펄스폭 변조를 수행하여 각 화소의 색상별로 휘도를 조절한다.

상기와 같은 본 고안은 각 화소의 색상별로 펄스폭 변조를 수행하여 그 휘도를 조절함으로써, 낮은 클럭 주파수를 가지고 정확한 휘도 조절이 가능하며, 데이터 처리 시간에 대한 제한을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 직렬로 변환된 영상 데이터를 연속적으로 입력받아 다음 단으로 쉬프트하는 다수의 쉬프트 레지스터와,

   상기 다수의 쉬프트 레지스터에 일대일 대응되는 다수의 다운 카운터로 구성되어,

   상기 다수의 다운 카운터는

   한 프레임 주기를 알리는 신호에 의해 상기 대응된 쉬프트 레지스터에 저장된 데이터를 각각 병렬적으로 인가 받아, 휘도 조절을 위한 카운팅 클럭에 의거하여 상기 쉬프트 레지스터로부터 인가된 데이터를 다운 카운팅하여 그 값이 0이 될 때까지 1을 출력하고, 그 출력값에 의해 각 화소의 색상별 휘도를 조절하도록 하는 것을 특징으로 하는 전광판의 휘도 조절을 위한 펄스폭 변조 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 펄스폭 변조 제어 장치는

   상기 쉬프트 레지스터와 다운 카운터의 쌍으로 구성된 다수의 단위 장치가 24개씩 2단으로 구성되어, 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)의 LED로 구성된 8개의 화소를 2라인씩 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 전광판의 휘도 조절을 위한 펄스폭 변조 제어 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 펄스폭 변조 제어 장치는

   전광판을 구성하는 전체 화소에 대하여 그 화소의 색상별로 휘도를 조절하기 위해 상기 펄스폭 변조 제어 장치가 가로/세로 축으로 다수개 연결되는 것을 특징으로 하는 전광판의 휘도 조절을 위한 펄스폭 변조 제어 장치.