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大屏幕一直是LED領域火熱發展的重要組成部分，是大型娛樂、體育賽事、廣場裝點主題顯示重要組成部分，從藍光LED誕生以來，一直保持高速發展態勢。在裝飾顯示市場LED將起到積極的作用，市場擴張明顯。中國是全球LED顯示屏生產大國，從LED芯片、驅動IC、控制器、屏幕制造等完全占據主導地位。 LED屏幕現狀 16 位移位恒流IC的由來：雙色屏主要是以顯示文字為主，單片機掃描比較方便，由于LED數量的增加，為了節省O/I資源，采用74HC595移位掃描。為了更適合LED的應用在此基礎上整合了恒流電流設定功能，增加了電流驅動能力，更符合需求及成本需要又封裝出16位器件，被目前全彩屏廣泛采用。 電流驅動能力不斷降低，早前TLC5940高達120mA單路驅動電流能力，后來TB62726、ST2221、MBI5026電流驅動能力都降低到80-90mA。目前基本上是采用45mA電流驅動能力，比如MBI5024 和CYT62726。電流驅動能力降低，主要原因是LED器件發光強度越來越高，為了提升圖像質量，靜態屏幕設計越來越多采用，對驅動電流能力需求降低。從IC成本角度可以縮減芯片尺寸，從而降低成本，為此設計出25mA靜態屏幕驅動芯片 CYT62727。 目前全球有80%的LED大屏幕生產在中國大陸，普遍采用16通道恒流器件設計，短期內還會繼續延續，至少未來5年內不會消失，最主要的原因是配套控制技術成熟，產品已經系列化，除非系統控制技術和芯片設計有巨大的飛躍，成本進一步的降低，否則現狀不會改變。近年來，不少的公司不斷的推出新架構，都未來得到市場認可。LED屏幕最大的問題是通過控制技術改變LED的顏色一致性，新的技術沒有大的突破之前，對應用者吸引不大，購買意愿不強。 近幾年，大陸芯片設計公司一定會替代性的占領LED顯示屏市場，像士蘭明芯穩居主流顯示屏LED芯片供應商，分析原因有出色的品質保證外，良好的直銷模式是贏得市場法寶。未來驅動IC也需要直銷模式出現，當然質量也很重要。顯示屏企業大多是大陸本土企業，和臺系IC在分銷賬期和交貨期上面信任度還需要進一步的改善。 在驅動應用技術上，色彩的矯正技術亟待解決的瓶頸，顯示屏衰減一致性問題突出，波長矯正和亮度矯正是下一個重點突破目標，首先是解決亮度一致性問題，再而是波長的一致性矯正。這是世界性難題，也是當前亟待解決的技術難題。 控制技術的發展國內已經走在前列，存在的問題是在新的控制理念上停滯不前，原因是控制器廠家和IC設計廠家配合不暢，各自為政，驅動技術和控制技術不能很好的銜接，采用16通道兼容性設計發展成熟度高，新的控制技術推出很少，更談不上技術的革新。舉例：MBI5026設計LED屏幕長達十幾年之久，到目前的 MBI5024也只不過是減低電流，應對競爭激烈的價格而已，并沒有技術上的突破。臺灣聚積公司先后也推出了多款升級IC，并沒有得到很好的應用，是控制技術的缺失造成的。在電腦技術飛速發展的今天，可以替代簡化控制器的規模，但是技術的移植也需要IC設計廠家的支持，市場缺失控制技術和芯片驅動整合性的方案提供商。 2009年LED顯示行業國內市場規模超過300多億，年產值過億的企業有30多家，過千萬100多家，大小有上千家企業從事顯示制造行業。LED顯示屏繼續保持15%增長速度，技術日漸成熟。我國大型賽事工程不斷，帶動LED增長強勁。比如：奧運、世博、亞運會、上海迪斯尼、地鐵、高鐵等工程賽事。 基本設計原理 文字顯示屏，只要內容顯示清楚，有足夠的的亮度，基本上都會滿足客戶需要了。但是對于圖像顯示屏的顯示質量進行評價，問題就復雜得多。一般是主觀方式來評價顯示屏圖像顯示質量。所謂主觀方式評價，就是人為的方式評判，通過觀察圖像顯示質量做出評判。這樣。評價結果不僅與圖像本身顯示質量有關，而且與觀察者的主觀因素也有關系，很難說是公正和確切性的標準。盡管如此目前還是沒有很好的辦法，在沒有客觀的測量方式出現之前，主觀方式仍然是最有效、實用的方法。 最大顯示色彩數 顯示器的每個像素的顏色都是由RGB(紅、綠、藍)三種基色組成。低端的液晶顯示板，各個基色只能表現6位色，即26=64種顏色。通過簡單的計算，我們可以知道每個獨立像素可以表現的最大顏色數是64×64×64=262,144種顏色；高端液晶顯示板利用FRC技術則使得每個基色則可以表現 8位色，即28=256種顏色,則像素能表現的最大顏色數為256×256×256=16,777,216種顏色。這種顯示板顯示的畫面色彩更豐富，層次感也好。目前市面上的液晶顯示器此兩種顯示板都有采用，大家可以留心一下。 實際使用中，光強計算常常采用比較容易測繪的數據單位或變向使用。對于LED顯示屏這種主動發光體一般采用CD/平方米作為發光強度單位，并配合觀察角度為輔助參數，其等效于屏體表面的照度單位勒克司；將此數值與屏體有效顯示面積相乘，得到整個屏體的在最佳視角上的發光強度，假設屏體中每個像素的發光強度在相應空間內恒定，則此數值可被認為也是整個屏體的光通量。一般室外LED顯示屏須達到4,000 CD/平方米以上的亮度才可在日光下有比較理想的顯示效果。普通室內LED，最大亮度在700～2,000 CD/平方米左右。 單個LED的發光強度以CD為單位，同時配有視角參數，發光強度與LED的色彩沒有關系。單管的發光強度從幾個mCD到五千mCD不等。LED生產廠商所給出的發光強度指LED在20mA電流下點亮，最佳視角上及中心位置上發光強度最大的點。封裝LED時頂部透鏡的形狀和LED芯片距頂部透鏡的位置決定了 LED視角和光強分布。一般來說相同的LED視角越大，最大發光強度越小，但在整個立體半球面上累計的光通量不變。 當多個LED較緊密規則排放，其發光球面相互疊加，導致整個發光平面發光強度分布比較均勻。在計算顯示屏發光強度時，需根據LED視角和LED的排放密度，將廠商提供的最大點發光強度值乘以30%～90%不等，作為單管平均發光強度。 一般LED的發光壽命很長，生產廠家一般都標明為100,000小時以上，這是在設定的最佳的條件下，實際還應注意LED的亮度衰減周期，亮度衰減周期與LED生產的材料工藝及生產廠商有很大關系，一般在經濟條件許可的情況下應選用亮度衰減較緩慢的品牌。 屏幕多采用直插型橢圓形LED，國內的封裝技術大多可以滿足屏幕設計需要。口碑比較好的LED有Cree或用士蘭明芯、廈門三安等國內LED發光芯片封裝。 時序 CYT62726內部是16位移位寄存器，多顆CYT62726串行數據移位，每個時鐘周期CLK移送1位數據SDI，串行數據輸入驅動器開/關控制。施密特緩沖輸入。當其中數據“1”被寫入到SDI的開關控制移位寄存器/時CLK的上升沿。 CLK串行數據移位時鐘。施密特緩沖輸入。所有的數據/關控制的轉變移位是由1位的最高位同步的CLK的上升沿，單路數據移位到SD在同一時間。CLK的上升沿輸入獲準后，持續100ns的上升沿。 LE邊沿觸發鎖存器。施密特緩沖輸入。當前對應移位寄存器中數據，在此上升沿數據被鎖存。 OE所有輸出空白。施密特緩沖輸入。當OE是低電平時，所有恒流輸出(OUT0～15)被執行。當OE=1，所有恒流輸出控制的開關在數據控制數據/鎖存狀態。OE決定執行數據長度時間。 
驅動恒流芯片方框圖
周邊器件選擇 在屏幕設計大約在3-6片CYT62726分布的PCB范圍內，設置1,000μF左右容量電容器，在選擇濾波電容時，應用采用低ESR(等效串聯電阻)電容器，以最大限度的減小輸出波紋，這是與其它電介質相比，這些材料能在較寬的電壓和溫度范圍內維持其容量不變。 在電源和地之間連接著去耦電容，它有三個方面的作用：一是作為本集成電路的蓄能電容；二是濾除該器件產生的高頻噪聲，切斷其通過供電回路進行傳播的通路；三是防止電源攜帶的噪聲對電路構成干擾。 對于設計LED點彩產品，燈點內部增設濾波電容非常重要，主要在于越是色彩的變化豐富供電波動更會增加，濾波電容在這里顯得比設計在任何產品中都要重要。對于大多數高的電流設計，推薦采用一個470至1000μF容值。這里設計不能沒有這顆電容。
見下圖，通常我們設計線路時，會在IC輸入設計去耦電容：一方面是本集成電路的蓄能電容，另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。數字電路中典型的去耦電容值是 0.1μF。這個電容的分布電感的典型值是5μH，0.1μF的去耦電容有5μH的分布電感，它的并行共振頻率大約在7MHz左右，對于10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果。去耦電容的選用并不嚴格，可按C=1/F，即10MHz取0.1μF。 對于大多數高的電路設計，在輸入采用一個0.01至0.1μF電容就足夠了。這里設計不能沒有這顆電容。
在 VCC電源供電中建議串接一只10Ω電阻，LED屏幕工作時內容波動比較大，會超過10V以上。建議VCC還是需要電阻減少沖擊，主要是減小電壓波動帶來的波峰，特別是LED顯示，Vp-p會高出數倍。IC電源輸入端也是最易受到沖擊地方，電阻的存在同時也會提高電容濾波效果，這里也可以考慮增加一顆 4.7μF的電容提高電壓的穩定性。16位恒流器件VCC耐壓并不高，和輸出恒流端口耐壓是不一樣的，在這里增加一顆電阻非常重要，后面還會介紹結合 PCB設計，分開供電的方式避免波峰值沖擊。 在設計產品時需要確定輸出電流值，CYT62726第23管腳是為方便設置電流而設計，外設電阻選擇按前章節公式計算，也可以按下表選取，參考設計910Ω大概在20mA電流值。 PCB板級設計電阻要緊貼近IC管腳23與1之間，減小這兩個管腳PCB板級電阻會提高參考恒流精度。
實測設置電阻與電流對照表 恒流輸出精度及計算 16通道恒流是該芯片重要參數之一，它有幾個關鍵指標組成： 恒流最低壓差；片間恒流誤差；VCC電壓調整率；負載調整率；溫度漂移。
1) 輸出恒流壓差希望越低越好，通常維持在0.6-1V之間，最好是低于0.6V。從上圖測試曲線可以看出，隨著輸出電流的增加，壓差也會增加。在有一種設計中很關鍵，例如2R屏設計中：
很多的屏幕是2R'1G'1B設計的，2顆紅色LED需要4V電壓才能正常點亮，假設驅動IC需要1V壓差，那最低建立恒流電壓是5V，在5V電源供電情況下，遠離電源端子地方有可能達不到5V最基本電壓值。屏幕出現偏色，輸出電流調整不到理想值，問題就是出在這里。 由此可以看出恒流壓差維持到0.6V是最合理的，部分IC為了降低成本，大幅度減小尺寸，是造成壓差高的主要原因。16通道恒流IC是線性恒流方式，壓差的形成是IC最主要的熱源之一，較低的壓差利于芯片散熱。 1) 片間恒流誤差±3%； 片間誤差是恒流輸出重要的參數之一，我們通常看到標注片內通道±1.5%，片間通道±3%恒流誤差，實際片內誤差可以不予考慮，因為我們不會單獨使用1顆芯片，在LED屏幕設計主要考慮片間誤差。 2) 受VCC電壓變化恒流精度影響±0.07%/V； VCC電壓變化是會影響到輸出電流精度的，在PCB設計走線要考慮LED供電和IC供電分開，提高濾波效果，能達到很好的效果。 3) 負載調整率，負載端電壓影響的電流輸出特性，維持在±0.01%/V； 負載電壓不同或波動，會影響恒流精度，雖然是很小。解決的辦法是盡量加寬PCB供電走線。 按照下面表格選取合適的寬度和銅厚：
1) 溫度恒流漂移0.0005%/℃。 環境溫度和芯片發熱也會影響到輸出恒流精度，30℃上升到70℃大概會有2%誤差，也相當重要。 輸出電流計算
套用下面公式可以計算輸出電流值： Vref為23管腳輸出電壓，Vref維持在1.2V左右。例如：輸出電流設定在20mA，電阻值在910左右，即： 大概電流在20mA左右，公式計算誤差電流維持在±5%以內。嚴謹的電路設計需要精確測量，經確認后的電流，保持±1%電阻值誤差，批量中電流精度維持在±3%以內。 靜態驅動方式是有利于LED壽命的設計，隨著驅動IC成本不斷降低，越來越多的采用靜態設計方式，靜態是針對掃描屏設計方式而言的，CYT62726輸出端口只單獨連接1顆或1串LED，數據傳送針對單個像素點驅動，IC使用數量最多的一種設計。靜態設計比較能發揮LED性能，驅動電流值是LED正常工作值，有利于LED最佳使用壽命。 在靜態屏幕設計中，多片CYT62726級聯方式，CLK、LE、 OE是并行傳送結構，在數據傳遞中需要增加74HC245來提高驅動能力，一般建議3-6片CYT62726設置1片74HC245。SD數據是串行傳遞方式，按照設計設計可以采用經過74HC245，也可以不經過74HC245，因為數據串行傳送有足夠的驅動能力。
1/4掃描設計方式也是LED屏幕采用較多的設計方式之一。主要是不需要太高LED亮度的產品設計，比如室內屏；不需要太高灰階等級的屏幕，比如多用于數字圖形顯示的地方。 1/4掃描設計數據、時鐘、鎖存、使能傳送方式是和靜態設計一樣的，為了提高刷新率，傳送數據量會增加數倍。 1/4掃描需要增加B0-B3掃描選通線，在每幀單位時間內，B0-B3會按次序選通一次，在單位時間1S鐘內B0-B3分別占用(1/4)S時間。 每當B0-B3被選通，其中被選通點亮的LED數據被移位到該像素，并鎖存和使能(執行顯示)。 CYT62726的16個端口驅動其中B0-B3選通線中共4顆LED，相對應4個單一顏色像素點，IC驅動電流是4顆LED電流的總和。 CYT62726 的16個端口電流是統一設定的，為了保持白平衡R’G’B分別采用3顆CYT62726設計。選通信號是由控制器送出的，驅動PMOS打開和關閉B0- B3選通線，PMOS驅動能力與選通線B0-B3連接LED數量有關系，是整個選通線上LED電流總和，通常選擇4953，但是要注意實際驅動能力。 在 1/4掃描設計中，CYT62726是多片級聯方式，CLK、LE、OE是并行傳送結構，在數據傳遞中需要增加74HC245來提高驅動能力，一般建議 3-6片CYT62726設置1片74HC245。SD數據是串行傳遞方式，按照設計設計可以采用經過74HC245，也可以不經過74HC245，因為數據串行傳送有足夠的驅動能力。 在1/4掃描設計中，一般驅動電流較大，單顆紅色LED時，需要串接電阻分壓，分擔芯片熱量。最好的辦法是兩顆紅色LED串接，提高亮度降低驅動電流，但是需要和設計面板顯示結構相結合。
作者：LED-文子 |
