幾款常用LED顯示屏驅動晶元介紹及選擇

1 引言

　　LED顯示屏作為一項高科技產品引起了人們的高度重視，採用計算機控制，將光、電融為一體的大屏幕智能顯示屏已經應用到很多領域。LED顯示屏的像素點採用LED發光二極體，將許多發光二極體以點陣方式排列起來，構成LED陣列，進而構成LED屏幕。通過不同的LED驅動方式，可得到不同效果的圖像。因此驅動晶元的優劣，對LED顯示屏的顯示質量起著重要的作用。

　　LED驅動晶元可分為通用晶元和專用晶元。通用晶元一般用於LED顯示屏的低端產品，如辜內的單、雙色屏等。最常用的通用晶元是 74HC595，具有8位鎖存エ串一併移位寄存器和三態輸出功能。每路最大可輸出35 mA的電流(不是恆流)。一般IC廠家都可生產此類晶元。

　　由於LED是電流特性器件，即在飽和導通的前提下，其亮度隨著電流大小的變化而變化，不是隨著其兩端電壓的變化而變化。因此，專用晶元的一個最大特點是提供恆流源。恆流源可保證LED的穩定驅動，消除LED的閃爍現象。下面將重點介紹LED顯示屏的專用驅動晶元。

　　2 專用晶元的主要參數和發展現狀

　　專用晶元具有輸出電流大、恆流等基本特點，比較適用於要求大電流、畫質高的場合，如辜外全彩屏、室內全彩屏等。專用晶元的關鍵性能參數有最大輸出電流、恆流源輸出路數、電流輸出誤差(bit to bit，chip to chip)和數據移位時鐘等。

　　1) 最大輸出電流

　　目前主流的恆流源晶元最大輸出電流多定義為單路最大輸出電流，一般90 mA左右。電流恆定是專用晶元的基本特性，也是得到高畫質的基礎。而每個通道同時輸出恆定電流的最大值(即最大恆定輸出電流)對顯示屏更有意義，因為在白平衡狀態下，要求每一路都同時輸出恆流電流。一般最大恆流輸出電流小於允許的最大輸出電流。

　　2) 恆流輸出通道

　　恆流源輸出路數有8位(8路恆源)和16位(16路恆源)兩種規格，現在16位源佔主流，其主要優勢在於減少了晶元尺寸，便於LED驅動板 (PCB)布線，特別是對於點間距較小的LED驅動板更有利。

　　3) 電流輸出誤差

　　電流輸出誤差分為兩種，一種是位間電流誤差，即同一個晶元每路輸出之間的誤差；另一種是片間電流誤差，即不同晶元之間輸出電流的誤差。電流輸出誤差是個很關鍵的參數，對顯示屏的均勻性影響很大。誤差越大，顯示屏的均勻性越差，很難使屏體達到白平衡。目前主流恆流源晶元的位間電流誤差(bit to bit)一般在+60%以內，(chip to chip)片間電流誤差在±15％以內。

　　4) 數據移位時鐘

　　數據移位時鐘決定了顯示數據的傳輸速度，是影響顯示屏的更新速率的關鍵指標。作為大尺寸顯示器件，顯示刷新率應該在85 Hz以上，才能保證穩定的畫面(無掃描閃爍感)。較高的數據移位時鐘是顯示屏獲取高刷新率畫面的基礎。目前主流恆流源驅動晶元移位時鐘頻
率一般都在15 MHz以上。

　　在LED上游外延片、晶元生產上，美國、日本、歐盟仍擁有很大的技術優勢，而中國台灣地區則已成為全球重要的LED生產基地。雖然中國在LED 外延片、晶元的生產技術上距離國際先進水平還有較大差距，國內晶元、外延片的生產還集中在中低端產品，但是國內龐大的應用需求，給LED下游廠商帶來巨大的發展機會。雖然各種晶元的解決方案都是用於驅動LED顯示屏，但由於各種晶元所具備的功能不同，故驅動方案的特性也各有不同。下面介紹目前在我國佔主流地位的16位恆流LED顯示屏驅動晶元，並從應用的角度對它們進行分析比較。

3 幾種驅動解決方案介紹和比較
　　3.1 TLC5941驅動晶元
　　TLC5941晶元是TI(德州儀器)公司最新推出的，具有點校正、高灰度等級(PWM控制)等特點。TLC5941所有內部數據寄存器，灰度寄存器，點校正寄存器和錯誤狀態信息都通過串列介面存取，最大串列時鐘頻率30 MHz，片間電流誤差一般在±6％以內，位間電流誤差一般在±4％以內，每通道最大輸出電流80 mA。
　　TLC5941的每個通道可用PWM方式根據內部灰度寄存器的值進行4 096級灰度控制，該寄存器是12位的，每個通道LED的驅動電路由6位點校正寄存器的值進行64級控制，且驅動電流的最大值可通過片外電阻設定。64級電流控制提供了LED點灰度校正的能力，4 096級灰度調整則保證了即使在較低的灰度等級下，點陣中的每個點也有多達256級的灰度表示，從而紅綠藍全彩屏可有16M色的色彩表達能力，這兩點對於高質量的彩色大屏幕顯示是格外重要的。相對於傳統的彩色大屏幕顯示系統，集中產生PWM進行灰度控制，可編程邏輯晶元(或高速CPU)只需要處理緩存管理、灰度和點校正數據的輸出，設計複雜度降低，且由於PWM的灰度控制與數據串列移出無關，可很方便地獲得較高幀頻，取得很好的動態顯示效果。

　　3.2 MBI5028驅動晶元
　　MBI5028是台灣MBI(聚積科技)公司推出的一款有可編程電流增益功能的LED屏驅動晶元。它內置串並移位寄存器和輸出鎖存器，且採用 PrecisionDrive技術以得到更優良的電氣特性。MBl5028的最大串列時鐘頻率為25 MHz，片間電流誤差一般在±6％以內，位間電流誤差一般在±3％以內，最大輸出電流為90 mA。
　　MBI5028內建電流增益控制邏輯單元，可編程電流增益功能採用Share-IO技術，無須增加額外的管腳，只需在對應的管腳輸入一特定的序列信號，就可進入MBI5028的特殊功能模式--電流調整模式。在該模式下，可通過系統微控制器，向電流增益控制邏輯單元寫入不同電流增益的數據，鎖存這些數據，並通過內建數字與模擬共享的轉換器，有效控制電流的輸出。由於工作環境的變化和LED屏老化，LED屏亮度將會降低，如以一個固定順向電流，LED屏的亮度偏差就會較小。通過可編程的電流增益功能和PrecisionDrive技術，可調整電流偏差，補償LED屏的亮度，同時獲得比較高質量的圖像。利用PrecisionDrive技術並內建數字與模擬共享的轉換器，在相同精確度下，通過改變數字碼的方式，從而獲得相對的輸出電流，進而提高LED屏的成像質量。