基于AiP1944淺談LED驅(qū)動器應(yīng)用要點

無錫中微愛芯電子有限公司 華 彬 何 鑫

基于AiP1944淺談LED驅(qū)動器應(yīng)用要點

無錫中微愛芯電子有限公司 華 彬 何 鑫

隨著人們生活水平的提高，家用電器產(chǎn)品都采用人機互動界面，基本都是LED顯示屏，其特點是：顯示亮度高，可視角大，顯示刷新速度快，適用環(huán)境溫度范圍寬，在強光照射下照看不誤，廣泛使用于機頂盒，電飯煲，電磁爐，熱水器，空調(diào)等家用電器。采用LED顯示屏必須采用LED驅(qū)動器，本文基于AiP1944的實際應(yīng)用闡述驅(qū)動器的應(yīng)用注意要點。

LED顯示屏；AiP1944；家用電器

1.引言

LED顯示屏通常是指發(fā)光二極管組成的顯示陣列，在日常生活中得到廣泛的運行，常見的家用電器例如機頂盒，電飯煲，電磁爐，熱水器，空調(diào)等都采用LED顯示屏作為人機交互界面。使用LED顯示屏必將使用LED驅(qū)動器，即LED Drive IC,在其實際應(yīng)用過程中存在很多應(yīng)用注意事項，本文以無錫中微愛芯自主研發(fā)的AiP1944為例，簡述LED Drive IC的常見應(yīng)用注意事項。

2.LED顯示屏

所謂LED顯示屏即是將發(fā)光二極管按照需求排列即形成LED矩陣，其最小單元為發(fā)光二極管。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)ㄐ?。?dāng)給發(fā)光二極管正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)電子，在PN結(jié)附件數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。因此在發(fā)光二極管的兩端加上一個正向電壓，即可點亮一個發(fā)光二極管。如下表為不同顏色發(fā)光二極管的點亮管壓降和工作電流。

表2.1 參數(shù)表

3.AiP1944簡介

AiP1944為一款LED專用驅(qū)動電路，其主要特點如下：

多種顯示模式（16位×16段～8位×24段）

鍵掃描（16×2bit）

輝度調(diào)節(jié)電路（占空比8級可調(diào)）

串行接口（CLK，STB，DIO）

內(nèi)置RC振蕩（400KHz±5%）

內(nèi)置上電復(fù)位電路

4.應(yīng)用注意事項

如下按照IC各功能模塊進行應(yīng)用要點介紹。

4.1 電源模塊

電源模塊為IC供電保障部分，由于LED Driver在正常工作時驅(qū)動發(fā)光二極管，整體工作電流較大，一般為幾十或者幾百mA，在不同顯示變化時IC VDD端口電流突變較大，對端口處理通常有如下幾種情況：

A、在IC的VDD與GND端口加10uF與104電容，且在布板走線時需盡量靠近IC的VDD與GND端口，距離越近，效果越好。

B、IC的VDD端口通常需要加小阻值的限流電阻一般為10歐以下，阻值選取不宜過大，由于在顯示變化時IC的VDD上電流突變較大，若限流電阻阻值過大將會導(dǎo)致LED Driver電源端紋波加大，影響其本身的工作的穩(wěn)定性。同時也可采用磁珠或者電感替代。

C、PCB布板時需要盡量縮短LED Driver電源及地網(wǎng)絡(luò)環(huán)路面積。電源及地網(wǎng)絡(luò)布線的線寬不得小于0.5mm。

4.2 內(nèi)部RC振蕩模塊

通常IC內(nèi)部集成RC振蕩模塊，用于LED Driver正常工作的系統(tǒng)時鐘，RC振蕩一般均為內(nèi)置，但較早產(chǎn)品的R采用外置模式，該種做法的好處是其振蕩頻率外部可調(diào)，可匹配部分極端使用環(huán)境，振蕩頻率可調(diào)到更加精準。隨著生產(chǎn)工藝的提升以及客戶降本的需求，現(xiàn)產(chǎn)品均采用內(nèi)置RC。

4.3 通訊接口模塊

AiP1944與MCU通訊通訊需要三個通訊端口，分別為使能，時鐘，數(shù)據(jù)口，其中數(shù)據(jù)口為雙向口，數(shù)據(jù)口輸出數(shù)據(jù)時為N管開漏輸出，在讀鍵的時候不需要外接上拉電阻。電路內(nèi)部集成了10K的上拉電阻。數(shù)據(jù)口在時鐘的下降沿控制N管的動作，此時讀數(shù)時不穩(wěn)定，在時鐘的上升沿讀數(shù)時才穩(wěn)定。通訊模塊在實際使用，為了增加IC工作的穩(wěn)定性可加強抗干擾能力，一般都會加上拉電阻R2與對地電容C1。上拉電阻的阻值一般為10K，對地電容為100p，在強干擾的情況下一般還會適當(dāng)?shù)臏p小上拉電阻，加大對地電容，但容值不宜過大，一般不超過1000p。同時可在MCU與LED Driver的通訊線中串入抗干擾電阻R1，一般取值幾十到330歐之間，該電阻串入位置通常至于對地電容之前靠近MCU端。該電阻與對地電容可起到一介濾波器的效果。

4.4 LED驅(qū)動控制輸出模塊

以AiP1944為例LED Driver輸出部分管腳按內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為兩大類，為GRID端口與SEG端口。GRID端口為內(nèi)部N管開漏結(jié)構(gòu)，僅有低電平驅(qū)動能力，SEG端口為P管開漏結(jié)構(gòu)，僅有高電平驅(qū)動能力。在使用時候，SEGn只能接LED的陽極，GRIDn只能接LED的陰極，不可反接。

根據(jù)以上原理，應(yīng)用中不論接共陰數(shù)碼還是共陽數(shù)碼管，只需遵循SEGn只能接LED的陽極，GRIDn只能接LED的陰極的連接方式，配合程序控制，均能正常點亮工作。

LED Driver采用動態(tài)掃描的驅(qū)動方式，如下為一個正常工作周期的波形圖，整個工作周期包含一個顯示周期和一個鍵掃周期。一個顯示周期包含多個GRID小周期，為AiP1944為例若采用16*16顯示模塊式，則整個工作輸出大周期為16個GRID顯示小周期+1個鍵掃周期。

AiP1944存在段位可選功能，即存在部分GRID端口可在程序的控制的情況下切換為SEG端口，由于之前提到作為GRID與SEG端口輸出時，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，因此該功能在外圍硬件確定的情況下使用，即在同一硬件外圍情況下GRID與SEG端口輸出狀態(tài)必須固定，不能隨意切換。

AiP1944存在輝度可調(diào)功能，所謂輝度可調(diào)是通過程序指令控制驅(qū)動LED的亮度，而實際調(diào)整是為輸出端的占空比情況。由于同一時間，只有同一個GRID對應(yīng)的多個SEG端口為有效輸出，因此調(diào)節(jié)輝度調(diào)整的是GRID端口有效輸出的占空比。

4.5 按鍵輸入模塊

AiP1944按鍵輸入模塊是由2個按鍵輸入端和16個按鍵輸出端組成，可形成一個2*16的按鍵矩陣，K1～K2為鍵掃輸入端口，KS1～KS16為鍵掃輸出端口，K1～K2內(nèi)置下拉電阻，當(dāng)有按鍵按下時，鍵掃輸入端口即會有對應(yīng)的鍵掃輸出將其拉高，內(nèi)部即可根據(jù)邏輯計算對應(yīng)哪個鍵掃輸出端被接入，從而判斷按鍵位置，給出對應(yīng)按鍵返回值。在使用時一般會在鍵掃輸入和輸出部分增加一個抗干擾電阻，如下所示，而對該電阻的取值有一定的要求，一般選取510歐，太大會影響按功能，太小則會無法起到抗干擾能力問題。

4.6 內(nèi)部RAM模塊

為IC內(nèi)部邏輯功能實現(xiàn)部分，在使用過程中只需IC給定時序?qū)懭胫噶顢?shù)據(jù)即可是其正工作，在使用過程中有如下幾點注意事項：

A.IC初始化建議將內(nèi)部RAM區(qū)清零，以防快速上下電時內(nèi)部RAM區(qū)未完全復(fù)位而顯示異常。

B.建議程序中加入定時刷新機制，同時刷新指令與數(shù)據(jù)，減小整機干擾對IC工作穩(wěn)定性的影響。

C.適當(dāng)降低通訊頻率，高速通訊將影響通訊信號的完整性，建議通信頻率小于300KHZ。

D.在不影響顯示情況下，適當(dāng)調(diào)整顯示亮度，增加IC抗干擾能力，同時降低整機功耗。

5.小結(jié)

如上為以AiP1944為例淺談LED Driver IC的應(yīng)用注意事項，在整機方案開發(fā)應(yīng)用階段注意以上各模塊的應(yīng)用要點，可提高整機工作的穩(wěn)定性。

[1]許萬里.LED顯示屏的原理與性能研究[J].現(xiàn)代顯示,2010,12.

[2]楊志忠,衛(wèi)樺林.數(shù)字電子技術(shù)[X].北京:高等教育出版社,2004.

華彬（1988-），男，江蘇無錫人，2010年畢業(yè)于東南大學(xué)成賢學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，助理工程師，主要從事IC應(yīng)用工作。