LED亮度控制在視頻顯示中的應(yīng)用

1、LED亮度控制在視頻顯示中的應(yīng)用摘要：該技術(shù)是一種脈沖寬度調(diào)制導(dǎo)致的發(fā)光二極管的視頻顯示器的建議這個灰度級數(shù)和圖像刷新頻率顯著增加大量的發(fā)光二極管是連續(xù)控制的。需要大量的灰度級和高刷新率解釋?？刂茢?shù)據(jù)流和緩沖存儲器的量是相同的二進制加權(quán)脈沖寬度調(diào)制。在時間內(nèi)傳播的開關(guān)脈沖，降低了電磁干擾。1、介紹幾十年過去了從第一個發(fā)光二極管(LED)成像的應(yīng)用程序。最新的追蹤紙是泰德在1974年之前1?，F(xiàn)在用于道路和LED顯示屏鐵路標志設(shè)施、銀行、證券交易所、機場、亂發(fā)廣告2。這個設(shè)備有限公司的最好的來美信,視頻圖像的寬視角和顯明亮和清晰的圖像3。然而,非線性特性依賴于二極管沃德電流。因此,脈寬調(diào)制(PWM

2、)使用恒流驅(qū)動LED。然后光輸出調(diào)節(jié)是線性的。這是主要的區(qū)別陰極射線管(CRT)等傳統(tǒng)的成像設(shè)備。由于非線性的人類意義上的燈,LED顯示屏像素亮度編碼需要更高水平的數(shù)量因為一些代碼必須刪除創(chuàng)建所需的控制律。一個其他區(qū)別CRT,每個領(lǐng)導(dǎo)都有獨立電源。在CRT這是通過電子梁觸及屏幕順序點。串行數(shù)據(jù)傳輸減少控制信號的數(shù)量。所需爆破取得的光脈沖傳輸限制最短寬度。LED顯示刷新頻率必須保持形象在一定的水平。這將限制實現(xiàn)的數(shù)量導(dǎo)致強度水平。本文的目的是提出一個LED調(diào)光方法適合提到的局限性的克服。2、問題描述人類的視覺或者說是人類大腦需要欺騙成像設(shè)備。因此,應(yīng)該顯示性能在某種程度上模擬人類的反應(yīng)。這必須被

3、納入視頻顯示應(yīng)用程序的帳戶在LED調(diào)光。LED光產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象4。的領(lǐng)導(dǎo)需要由直流電流源以生成照明。正向電流影響發(fā)射波長,特別是InGaN,今天是贊成的最高的亮度。在恒流將LED操作確保屏幕顏色范圍的穩(wěn)定。在這種情況下,PWM可以替代LED光輸出電流強度控制5。2.1線性PWM LED亮度控制平均功率的PWM脈沖線性比例持續(xù)時間。這提供了一個方便和簡單的強度控制機制6、7。以100%的關(guān)稅亮度Yn,其他工作周期將亮度Y與脈沖寬度成正比s比PWM周期T這一水平的穩(wěn)定和可重復(fù)性很容易建立以來使用石英振蕩器頻率穩(wěn)定度可以很容易地實現(xiàn)。只可用時間步驟的數(shù)量限制的數(shù)量暗淡的步驟。請參考圖1線性PWM的解

4、釋。線性PWM有一個固有的缺點:無論什么像素強度將會有一個時刻(位置在圖1。1)當(dāng)所有l(wèi)ed燈是打開的。大電流峰值將出現(xiàn)此時供電線,造成電磁干擾問題。2.2。Binary-weighted PWMbinary-weighted PWM(BPWM),離散PWM7或一些角度調(diào)制(BAM)8暗淡的使用不同的重量脈沖在一段時間內(nèi)形成所需的責(zé)任。這種類型的變暗將減少EMI通過擴散電流沖擊峰值。請參考圖2為常規(guī)和加權(quán)PWM比較。每個單獨的脈沖的寬度成正比的重量在相應(yīng)的二進制代碼。但總結(jié)脈沖傳統(tǒng)PWM寬度是一樣的。BPWM駕駛模擬器plifies系統(tǒng)設(shè)計,減少了所需的數(shù)量內(nèi)存。2.3多個LED控制大多數(shù)的設(shè)

5、計使用一個串行LED顯示控制(6、9),每個顯示控制器應(yīng)該控制盡可能多的可能led9為了減少電子控制復(fù)雜密度和價格?？刂破鞯拇袛?shù)據(jù)轉(zhuǎn)移為了達到LED。串行數(shù)據(jù)交付將減少數(shù)量的控制線路。請參考圖3通用驅(qū)動程序繪畫。直接(靜態(tài))10驅(qū)動技術(shù)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移過程因此不應(yīng)該是可見的屏幕上的司機通常包含兩個存儲水平(10 - 14)。第一層是移位寄存器,負責(zé)接收串行數(shù)據(jù)。它包含一個串行數(shù)據(jù)輸入(SDI)節(jié)點移位寄存器數(shù)據(jù)輸出(SDO)層疊和時鐘信號(時鐘)終端。最后一個級別是閂,負責(zé)任對以前的數(shù)據(jù)。自鎖的移位寄存器上層門閂是由單獨的控制線路(限公司)。一個輸出階段是使用數(shù)據(jù)從最后一層鎖LED控制。恒定的輸出

6、電流dri最受歡迎版本拓撲結(jié)構(gòu)如圖4所示。恒流的水槽是由個人管理電流源。單一的外部電阻設(shè)置反向電流。電流源是打開當(dāng)存儲在一個邏輯“1”上層門閂。(高輸出電流源是關(guān)閉的阻抗?fàn)顟B(tài))如果鎖包含邏輯“0”。當(dāng)前所有水槽可以直接反感使用允許輸出(OE)信號。表1總結(jié)了幾個恒流拓撲領(lǐng)導(dǎo)司機在市場(10 - 14)。最大輸出電流匹配指定的頻道在同一IC之間ICs。OE信號傳播時間tPHL和tPLH是很重要的本文的范圍。最短的OE信號持續(xù)時間不會低于tPHL和tPLH的總和。從這一章可以得出以下結(jié)論:-數(shù)據(jù)交付給領(lǐng)導(dǎo)司機使用移位寄存器;時鐘速度受限于技術(shù),目前25兆赫;幾乎所有的司機有OE信號;司機駕駛速度允

7、許大約200納秒時間信號。2.4伽馬校正場景的輕盈感覺L *人類視覺非線性15。它大概是一個冪函數(shù)的亮度y CIE出版16建議以下近似在Yn是白色的亮度參考。使用的相機圖像捕捉模擬人類視覺系統(tǒng)的秩序感覺輕盈的人類的觀眾一樣。傳入的圖像編碼為c-corrected信號強度使最大的感知使用的通道。非線性信號轉(zhuǎn)換回線性強度的顯示與恒流輸出使用的驅(qū)動程序固有的非線性響應(yīng)voltage-to-intensity CRT。CRT的亮度Y約等于應(yīng)用電壓U提高到2.3 - -2.6的力量。的數(shù)值指數(shù)的冪函數(shù)被稱為“伽馬”和被希臘c校正函數(shù)的名稱。在最簡單的形式可以寫Y¼Uc;ð3Þ

8、;Y的RGB三色值R、G、B '指數(shù)表示的信號電壓或代碼和CRT索引自由光強度。CRT voltage-to-intensity響應(yīng)是大約luminance-to-lightness的倒數(shù)關(guān)系的愿景。因此圖像時只需要輕微調(diào)整顯示在陰極射線管。人工c修正是必須的圖像顯示在線性響應(yīng)顯示(例如PWM變暗)。2.5脈寬調(diào)制比特伽馬校正數(shù)學(xué)inverse-gamma像素代碼Cin轉(zhuǎn)換糾正C代碼c解析的N位可以表示為Cc¼輪Cin2 55 c2Nð4Þ圖呈現(xiàn)這樣的結(jié)果轉(zhuǎn)換為8,10,12,14、16和19位分辨率和2.5伽馬校正提出了圖5。圖(圖5)顯示,只有代碼使用

9、19位分辨率是單調(diào)的能力差異:每一個增量的輸入代碼導(dǎo)致的增量輸出代碼。這樣的伽馬校正將展示一些近似誤差即使高分辨率輸出代碼近似誤差會大的低端輸入錯誤代碼:這可以清楚地看到在圖形顯示在無花果。分析誤差分布范圍和在輸入代碼輸出代碼解析可以總結(jié)在表2中。的最小代碼數(shù)字確保的近似誤差列出修正輸出低于指定的限制?；叶瓤梢苑Q為亮度水平的數(shù)量(灰色地帶的),以顯示可用。參考17人眼能分辨的亮度之間的比例小至1.03水平?？梢岳斫?亮度差別兩個補丁可以檢測到3%以上。只有PWM碼34以上能滿足這個要求。幸運的是,常見的定義是一個之間的亮度比1.4水平17。然后上面的脈寬調(diào)制編碼三個會滿足要求。伽馬校正輸出對應(yīng)

10、輸入代碼46為8位,28日10位,17了12位,9為14位,5為16位,4 19-bit伽馬校正編碼。表1表明了驅(qū)動電流不匹配可以達到6%。這意味著預(yù)期的亮度會扭曲了LED的驅(qū)動。因此沒有意義在達到伽馬校正曲線匹配得更好;這將對應(yīng)于表2 5%。然后最好的選擇似乎是14位編碼是沒有意義的使用16和19位伽馬校正編碼。2.6閃爍閃爍時的顯示亮度的變化發(fā)生在頻率低于的整合能力的眼睛。這發(fā)生的最低頻率是至關(guān)重要的閃光融合頻率(CFF)17CCF¼日志Laþb;ð6Þ一個= 12.5(對于高環(huán)境光水平)或1.5(低環(huán)境光級),洛杉磯是圖像的平亮度在cd / m2,

11、或傻瓜,b = 37。獲得一個87 Hz CFF LED屏幕高亮度10000 cd / m2,假設(shè)環(huán)境光的水平。在實踐中圖像刷新頻率可達100赫茲。在專業(yè)的LED屏幕應(yīng)用程序中,沒有一個人類的視覺因素決定圖像刷新頻率。原因在于,通常幾乎所有事件捕獲在鏡頭剪輯名單變形或電視廣播。相機可以控制靈敏度通過調(diào)整光圈大小rela場景背景時有效的。當(dāng)現(xiàn)場變得非常明亮,孔徑的大小減少是不夠的,相機曝光時間必須是多種多樣的。以防LED屏幕刷新慢而凸輪時代曝光時間,然后只帽PWM調(diào)光周期的一部分約束。這將創(chuàng)建的圖像失真。同步視頻設(shè)備頻率是不夠的。因此,刷新率要遠遠高于人類的規(guī)范要求tator。通常使用1000

12、- 400赫茲刷新頻率。一些馬努facturers索賠成功240 Hz刷新18。2.7問題整改線性和binary-weighted PWM可以刷新周期細分為子框架構(gòu)成(節(jié)拍)。這個支架數(shù)據(jù)(“1”或“0”)必須被傳遞到每一個LED驅(qū)動通道。這個數(shù)據(jù)通過驅(qū)動程序提供的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移寄存器。支架所需加載時間sload shift-load NREG頻道LED的驅(qū)動改變時鐘頻率fCLK可以計算的sload¼fCLK NREG:ð7Þ這個時間是限制最低實現(xiàn)PWM的持續(xù)時間信號。例如,最短的時間將1280 ns,32頻道領(lǐng)導(dǎo)的司機,96年帶領(lǐng)3840納秒,等所需的刷新頻率fr

13、efr定義了PWM周期持續(xù)時間Trefr反過來定義可用的數(shù)量水平nPWM¼Trefrsload:ð8Þ表3中的數(shù)據(jù)列表可用nPWM和相應(yīng)的水平位數(shù)字與數(shù)量和驅(qū)動與刷新頻率用于一些特定的情況下領(lǐng)導(dǎo)開車。注意的可用水平nPWM已經(jīng)轉(zhuǎn)化為Nb碎片。有些數(shù)字是圓形的。這個對應(yīng)的刷新頻率降低而圍捕并增加如果舍入。減少的限制將增加75%和150%。否則,如果不必要的頻率降低,1位的編碼必須可用被犧牲掉。在線性PWM的情況下,子框架構(gòu)成的數(shù)字就等于PWM步驟的數(shù)量。子框架構(gòu)成的數(shù)字二進制的PWM是定義的二進制位數(shù)量。這意味著更少的數(shù)據(jù)必須在BPWM發(fā)送。2 n水平通過2 N加載

14、操作的PWM N比特。比較這N負荷獲得相同的2 N BPWM的水平。因此BPWM技術(shù)似乎讓視頻更有吸引力顯示控制,尤其要記住即將上任的視頻數(shù)據(jù)通常會在二進制格式。應(yīng)該注意的是,獲得一個：LED的數(shù)字不適用。表3表明,最短的PWM脈沖持續(xù)時間是40 ns如果轉(zhuǎn)變是25兆赫頻率。但可用的LED切換速度和所需的刷新頻率極限可用任何類型的PWM的步驟的數(shù)量。廠家做的沒有指定響應(yīng)時間。的一項研究(19、20)表明,導(dǎo)致響應(yīng)時間略低于100 ns。表3數(shù)據(jù)分析表明,提高led的數(shù)量串行驅(qū)動將大大降低顯示器的性能。led的合理數(shù)量(256)用于串行控制不允許超過10位上面的刷新率100赫茲。3、解決方案:封

15、閉的脈寬調(diào)制因為最短的光脈沖的主要限制是數(shù)據(jù)加載時間,所以額外的LED照明的控制建議。這樣的改進PWM利用OE信號持續(xù)時間可以比所需的時間更短加載整個支架數(shù)據(jù)。LED是偶然碰見只有很短股市持續(xù)時間(圖7)在數(shù)據(jù)加載操作代替定義的PWM工期最短幀數(shù)據(jù)加載時間sload。這將對應(yīng)于取代sload Eq。(8)在這樣一個幾乎無限數(shù)量的PWM水平可以實現(xiàn)。盡管這種技術(shù)可以應(yīng)用線性PWM,大部分的性能是在組合實現(xiàn)的binary-weighted PWM。建議的方法命名在封閉的PWM(GPWM)。支架(勾)長度使用圖7中所使用的是一樣的圖2所示。數(shù)據(jù)的比較表明,不僅刷新期減少(從15 - 10)而且數(shù)量水

16、平增加(從15到63)。4、 GPWM性能有兩個因素限制下料的性能。兩者都是最短實現(xiàn)LED閃光燈持續(xù)時間有關(guān),其中一個是領(lǐng)導(dǎo)司機的反應(yīng)。另一個限制因素LED響應(yīng)時間。正如表2中提到的,最好的傳播延遲高、低水平是100 ns。應(yīng)該使用200 ns作為最小GPWM股市持續(xù)時間。研究20表明,發(fā)光二極管常用的視頻屏幕下面有反應(yīng)的時間100 ns。請參考圖8的解釋可達到的水平計算。所需的刷新頻率frefr定義了周期時間Trefr?？捎玫臄?shù)量水平nG因為閘門進行是: 剩下的數(shù)量水平納米級別的數(shù)量是可以達到的,如果使用PWM或BPWM技術(shù)總的可用位nG和海里的總和。這將對應(yīng)的比特數(shù)數(shù)據(jù)如表4所示列出GPW

17、M比特。的最小值持續(xù)時間200 ns。串行數(shù)據(jù)的時鐘是相同的如表3中使用。在傳統(tǒng)的注意GPWM性能改進PWM(表3)。為實現(xiàn)刷新頻率和數(shù)量常規(guī)的PWM很大程度上取決于數(shù)量的水平數(shù)量的控制發(fā)光二極管。有一個顯著的減少控制led的數(shù)量的影響在刷新量子quency數(shù)量和水平。例如,256年的連續(xù)控制led刷新只在100赫茲,只有10位(977年)實現(xiàn)對傳統(tǒng)的PWM(以及BPWM)。GPWM技術(shù)可以達到16位(65536年)或64倍更多的條件。GPWM的另一優(yōu)點是解釋在圖9中。就像在脈寬調(diào)制的情況下,表4中列出的比特數(shù)保留的舍入的數(shù)量水平。在傳統(tǒng)的情況下PWM這意味著刷新頻率必須降低圍捕或增加,如果四舍五入。同樣的方法可以用于GPWM(指不潔凈的圓形圖9中),但GPWM呢另一個選項是可用的。最重要的部分刪除PWM周期結(jié)束,但另外,最低有效,部分是添加在前面。有趣的是,刷新量子quency現(xiàn)在必須增加,有利于圖像質(zhì)量。當(dāng)然,這是在使用最短脈沖為代價的持續(xù)時間短于一個由領(lǐng)導(dǎo)決定反應(yīng)的兩倍時間(選擇一個),或者改變時鐘頻率可以減少(選項B)。然后脈沖持續(xù)時間違反并非如此巨大。GPWM時間圖在圖9顯示輕微缺點天額外的控制:LED的最大可用明亮是減少。這是因為一段時間故意關(guān)掉了。這段時間的百分比從總刷新周期定義EffGPWM光輸出效率GPWM&#