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一种多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法

2021-02-01 17:05:12

一种多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法

  技术领域

  本发明涉及LED显示技术领域,特别涉及一种多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法。

  背景技术

  LED又称发光二极管,具有高效节能、超长寿命、绿色环保、安全系数高等众多优点。因此,采用LED发光二极管作为像素点的LED显示屏逐渐成为室内外显示大屏的优秀解决方案。PWM调光通过调节数字信号的脉宽,改变输出电流,从而调节LED灯珠亮度,具有控制精确,显示效果好的优点,目前广泛应用于LED驱动芯片。

  在使用传统PWM技术控制的多通道恒流LED驱动芯片中,各通道是同时打开的,通道开启瞬间电流非常大,因此会造成通道间的耦合问题,尤其是低灰通道显示易受高灰通道的影响,从而降低显示效果。

  图1为SPWM(Scrambled-PWM,打散PWM)算法示意图。SPWM算法保持通道打开时间不变,即保持PWM波形占空比不变,将通道打开时间平均分配到整个显示周期中,可在保持灰度值不变的情况下,提升刷新率,可以显著提高显示效果,因此SPWM算法目前广泛应用于各种LED大屏显示驱动芯片。SPWM算法首先将N位灰度数据分为H位高阶部分和L位低阶部分,将整个显示周期所需的GCLK数平均分配到2L个子周期中,每个子周期包括2M个GCLK;再将灰度数据所表示的通道打开时间平均分配到每个子周期中。这样,在灰度数据大于子周期数时,每个子周期通道都会打开一次,因此大大提高了LED大屏的刷新率。

  为了降低成本,便于LED灯板布线,现在市场上的LED大屏显示驱动芯片通常采用多通道设计,即一颗芯片可输出多路独立的PWM波形控制多个LED灯珠,市场上的主流规格包括8通道和16通道等。图2为一个8通道LED驱动芯片示意图,打散为16个子周期,每个子周期包含若干GCLK数。由图2可以发现,在每个子周期的开始,8个通道都是同时打开的,这样做的优点是算法实现简单,8个通道可以共用某些控制信号,如换行消隐信号,换帧信号等,简化了电路。但多个通道同时打开,瞬间电流过大,也造成了一些显示问题,如在高对比度条件下,低灰通道易受高灰通道影响,使色彩失真,影响了显示效果。

  发明内容

  本发明的目的在于提供一种多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法,以解决多个通道同时打开带来的耦合的问题。

  为解决上述技术问题,本发明提供了一种多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法,包括:

  步骤1、设定显示灰度数据二进制位数N,通道打开方式OPEN,N为正整数,OPEN为非负整数;

  步骤2、将显示N位灰度数据所需的2N个时钟周期,打散成2L个子周期,每个子周期包括2H个时钟周期,N=H+L,H>L,H和L为正整数;

  步骤3、根据通道打开方式OPEN和通道序号c,将H位高阶数据均匀分配到2L个子周期中;

  步骤4、根据通道打开方式OPEN和通道序号c,将剩余的L位低阶数据均匀分配到2L个子周期中;

  步骤5、根据芯片的扫描行数R和芯片的总通道数C,重复进行R×C次步骤1至步骤4,生成控制LED显示的PWM波形,R、C为正整数。

  可选的,所述步骤1中,非负整数OPEN为通道打开方式选择信号,能够根据OPEN信号的不同取值,选择不同的通道分时打开方式。

  可选的,所述步骤2中,在电路中使用计数器CNT1和CNT2,计数器CNT1用于计数每个子周期中的周期数,在时钟上升沿加1;计数器CNT2用于计数子周期数,在计数器CNT1累加到最大值时加1。

  可选的,所述步骤3中,OPEN信号用于选择不同的通道打开方式,包括:

  当OPEN取0时,各通道依次打开;各通道根据相应的通道序号c在各自的输出端串联c个D触发器,使各通道的PWM波形依次延迟一个GCLK;

  当OPEN取1时,定义一个H位计数器CNT3,初始值为H’b1111…111,用于反向计数每个子周期内的时钟周期数,在时钟上升沿减1;

  当OPEN取2时,使计数器CNT1从0计数到2H+M-1,M为芯片总通道数C的整数倍,通道序号c在计数器CNT1从计数到时生成PWM波,此时各通道依次打开,相邻通道打开时间的间隔为

  可选的,当OPEN取1时,偶数通道根据所述的计数器CNT1由前向后打开,即当计数器CNT1计数值小于灰度数据的H位高阶部分时产生PWM脉冲用于打开PWM通道;奇数通道根据计数器CNT3由后向前打开,即当计数器CNT3计数值小于灰度数据的H位高阶部分时产生PWM脉冲用于打开PWM通道。

  可选的,所述步骤4中,分配方式为:定义一个L位的信号CNT2_INV,将所述计数器CNT2的高低位翻转,即CNT2_INV[L-1:0]=CNT2[0:1-L];当信号CNT2_INV的值小于灰度数据的L位低阶部分时,在当前的子周期分配一个PWM脉冲;能够使PWM脉冲均匀分配,提升显示均匀性。

  可选的,所述步骤5中的芯片为多行扫多通道LED驱动芯片,每颗芯片最多控制R×C颗LED灯珠。

  可选的,所述多行扫多通道LED驱动芯片的各通道间相互独立,在每一行的一个子周期显示结束后,显示下一行的相同子周期,当所有行的相同子周期都显示完成后,回到第一行显示下一个子周期;当所有行的所有子周期全部显示完成,进行换帧操作。

  可选的,所述步骤4、5中,根据通道打开方式OPEN和芯片总通道数C,确定打开各个通道的时间,以使各个通道分时打开,能够有效解决多个通道同时打开带来的耦合问题,提升高对比条件下及跨板时的显示效果。

  在本发明提供的多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法中,设定显示灰度数据二进制位数N,通道打开方式OPEN,N为正整数,OPEN为非负整数;将显示N位灰度数据所需的2N个时钟周期,打散成2L个子周期,每个子周期包括2H个时钟周期,N=H+L,H>L,H和L为正整数;根据通道打开方式OPEN和通道序号c,将H位高阶数据均匀分配到2L个子周期中;根据通道打开方式OPEN和通道序号c,将剩余的L位低阶数据均匀分配到2L个子周期中;根据芯片的扫描行数R和芯片的总通道数C,重复进行R×C次上述步骤,生成控制LED显示的PWM波形,R、C为正整数。

  本发明的有益效果在于:

  (1)针对LED驱动芯片多个通道同时打开带来的通道间耦合问题,对传统PWM算法进行改进,有效地解决了上述问题,在高对比条件下,使显示效果更加流畅,色彩表现更加真实;

  (2)本发明有效提升了跨板耦合的显示效果;

  (3)本发明给出三种通道分时打开设计方法,在显示效果和芯片面积方面各有优点,可根据不同的设计要求灵活使用。

  附图说明

  图1是SPWM算法示意图;

  图2是8通道LED驱动芯片示意图;

  图3是本发明提供的多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法流程示意图;

  图4是多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法(OPEN为0时)示意图;

  图5是多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法(OPEN为1时)示意图;

  图6是多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法(OPEN为2时)示意图。

  具体实施方式

  以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,本专利中,相同的符号含义相同,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

  实施例一

  本发明提供了一种多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法,其流程如图3所示,包括如下步骤:

  步骤S31、设定显示灰度数据二进制位数N,通道打开方式OPEN,N为正整数,OPEN为非负整数;

  步骤S32、将显示N位灰度数据所需的2N个时钟周期,打散成2L个子周期,每个子周期包括2H个时钟周期,N=H+L,H>L,H和L为正整数;

  步骤S33、根据通道打开方式OPEN和通道序号c,将H位高阶数据均匀分配到2L个子周期中;

  步骤S34、根据通道打开方式OPEN和通道序号c,将剩余的L位低阶数据均匀分配到2L个子周期中;

  步骤S35、根据芯片的扫描行数R和芯片的总通道数C,重复进行R×C次步骤S31至步骤S34,生成控制LED显示的PWM波形,R、C为正整数。

  图4为本发明提供的一种多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法(OPEN为0时)示意图。通道0到7显示的灰度数据与图2中相同,即各通道的PWM波形与图2中对应的通道相同。区别在于按通道0到通道7的顺序依次打开各个通道。具体实施方法是:(1)按照图2所示的传统SPWM算法生成各通道的PWM波形;(2)通道1的输出信号连接到一个D触发器,该触发器在GCLK的上升沿触发,即通道1输出信号相较原信号延迟一个GCLK周期;(3)通道2的输出信号后串联两个D触发器,都在GCLK的上升沿触发,即通道2的输出信号较原信号延迟两个GCLK周期。同理,通道3到7的输出信号后分别串联3到7个D触发器,使信号相较原信号分别延迟3到7个GCLK周期。各通道打开时间依次相差一个GCLK周期,避免了多个通道同时打开。该方法的优点是电路简单,对原SPWM算法的改动小,仅需在各通道的输出信号后增加D触发器,易实施。

  图5为本发明提供一种多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法(OPEN为1时)示意图。通道0到7显示的灰度数据与图2中相同,即各通道的PWM波形与图2中对应的通道相同。区别在于,通道0、2、4、6输出的PWM波形与图4中通道0、2、4、6输出的PWM波形一致;通道1、3、5、7输出的PWM波形与图2中通道1、3、5、7输出的PWM波形关于图5中的虚线成轴对称。可以看出,图2中第一个子周期时8个通道同时打开;而在图5中第一个子周期时只有0、2、4、6,4个通道同时打开,较图2减少一半。可以观察到,这种通道打开方式将原来同时打开的通道分散到了其他的子周期,使同时打开的通道数减少。具体的实施方法是:(1)定义两个H位计数器CNT1和CNT2,用于计数一个子周期内的GCLK数;(2)计数器CNT1正向计数,初始值为H’b0,在GCLK上升沿加1;计数器CNT3反向计数,初始值为H’b1111…111,在GCLK上升沿减1;(3)偶数通道根据计数器CNT1生成PWM波形,即从前向后打开;奇数通道根据计数器CNT3生成PWM波形,即从后向前打开。该方法一定程度上减少了同时打开的通道数,适用于对芯片面积要求较高的设计,仅需增加一个反向计数器,不改变除PWM生成模块外的时序,电路其他部分无需做改动,芯片中根据原算法产生的PWM相关的控制信号可继续使用,大大简化了既有设计的优化流程,降低了额外的面积成本。

  图6为本发明提供的一种多通道LED驱动芯片通道分时打开PWM算法(OPEN为2时)示意图。通道0到7显示的灰度数据与图2中相同,即各通道的PWM波形与图2中对应的通道相同。区别在于通道0到7依次打开,相邻通道打开时间间隔2个GCLK。实际应用中相邻通道打开时间间隔可以调节。具体的实施方式是:(1)定义一个计数器CNT1,从0计数到2H+M-1,M为芯片总通道数C的整数倍;(2)通道c在计数器CNT1从计数到时生成PWM波,此时各通道依次打开,相邻通道打开时间的间隔为通过改变M的值可以调节通道打开间隔,实际应用中可根据显示效果灵活设置。

  上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述,并非对本发明范围的任何限定,本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰,均属于权利要求书的保护范围。

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