引言

　　為了得到更好的功效和色彩一致性，LED亮度通常通過調(diào)節(jié)LED驅(qū)動器的PWM周期占空比控制。一個PWM周期可以劃分成2的“控制位”次方(2CONTROL BITS)個時鐘周期。消費類電子應(yīng)用中，控制位分辨率通常是8位。8位PWM分辨率可對應(yīng)提供256個不同的亮度電平，相應(yīng)的PWM周期由256個時鐘周期組成。如消費類電子產(chǎn)品中，典型的時鐘頻率是32kHz，則PWM周期為256/32kHz或8ms。因此，PWM刷新率大約是125Hz，由此得到的PWM分辨率和刷新率足以支持亮度調(diào)整，并可消除人眼能夠覺察的閃爍。

　　為LED驅(qū)動器提供16位分辨率

　　對于要求同時達(dá)到16位PWM分辨率和2kHz刷新率的應(yīng)用，設(shè)計將面臨諸多挑戰(zhàn)。16位分辨率要求一個PWM周期包含216 = 65,536個時鐘周期。2kHz的PWM刷新率要求時鐘頻率為2000 × 65,536 = 131.072MHz。通過CMOS接口以這個速度發(fā)送數(shù)據(jù)，即使在合理的傳輸距離上，也會造成數(shù)據(jù)通信的不可靠。而實際應(yīng)用中，LED驅(qū)動器的輸出端口不可能提供如此高的開/關(guān)速度支持LED的加載和相關(guān)的連接。沒有精確的開/關(guān)時序，也無法實現(xiàn)16位分辨率的優(yōu)勢。歡迎轉(zhuǎn)載，本文來自電子發(fā)燒友網(wǎng)(http://www.elecfans.com )

　　作為一個折衷方案，利用一組PWM周期分辨率低于16位的信號仿真16位PWM周期。通過這種方式在每個PWM周期內(nèi)減少一定數(shù)量的時鐘，可以采用低時鐘頻率達(dá)到所要求的2kHz PWM速率。一旦PWM刷新率高于幾百赫茲，人眼將無法區(qū)分其變化/閃爍，從而保持16位分辨率的視覺效果。

　　以攝像機為例，攝像機工作在(或接近于) 1/2000的快門速度。攝像機將以較低的分辨率抓拍幀畫面，但這仍然比在抓拍黑屏?xí)r的低刷新率要好得多。雖然快門速度可以非常高，但攝像機仍然可以每秒抓拍60幀，多幀圖像的平均效果非常接近16位分辨率的圖像。

　　16位分辨率可以分為不同的MSB/LSB (最高/最低有效位)比值進(jìn)行仿真，由此可以得到幾個分辨率為MSB的PWM周期：2的“最高有效位”次方(2MSB)。周期數(shù)等于LSB的分辨率：2的LSB次方(2LSB)。還可以按照其它不同的分配形式得到PWM的仿真組，比較簡單的方法是由LSB決定每組中的最后一個時鐘周期的開/關(guān)狀態(tài);MSB決定其余的時鐘周期。簡而言之，所有組的由MSB決定的時鐘周期開/關(guān)次數(shù)是相同的。

　　測試示例

　　利用2/2分割仿真4位分辨率，舉例說明上述方案。圖1顯示了由4位分辨率實現(xiàn)的16點PWM波形模板。

　　圖1. 傳統(tǒng)的4位和16點PWM波形圖

　　2/2分割仿真產(chǎn)生4組4點PWM周期。2個LSB用來選擇哪一組的最后一個時鐘周期應(yīng)該處于導(dǎo)通狀態(tài);2個MSB用來決定其余3個時鐘周期的開/關(guān)模板。圖2顯示了當(dāng)2個MSB為0時，2個LSB在仿真PWM波形中的效果。

　　圖2. 2/2分割4位仿真的LSB效果

　　圖3顯示了當(dāng)2個LSB為0時，2個MSB在仿真PWM波形中的效果。

　　圖3. 2/2分割4位仿真的MSB效果[!--empirenews.page--]

　　這個方法可以配合MAX6975 LED驅(qū)動器的內(nèi)置LVDS接口，仿真16位分辨率，采用14/2分割實現(xiàn)。16位視頻幀將以4個14位視頻幀顯示，四個視頻幀在每個時鐘周期具有不同的開/關(guān)時間。以16位PWM碼作為輸入，通過簡單的編碼產(chǎn)生14位PWM碼。編碼器將14位MSB作為14位基礎(chǔ)碼，加上其它由2個LSB模板產(chǎn)生的位。圖4顯示了仿真編碼器，第一個14位PWM碼與MSB相同;第二個碼是增加了這兩個LSB的MSB;第三個碼加上了前兩個碼的“或”操作;第四個碼加上了“與”操作。

　　圖4. 14/2分割的16位仿真編碼器架構(gòu)

　　這種仿真方案存在兩個小的缺點。

　　首先，在最高亮度區(qū)是會損失一些PWM碼。如圖2所示，當(dāng)MSB和LSB合成時，有些仿真PWM碼處于完全導(dǎo)通，而MAX6975的原始設(shè)計無法支持這種完全導(dǎo)通操作。但是，人們通常注意不到這些代碼的丟失，因為接近全亮狀態(tài)的代碼并不常見。即使用到這些代碼，人的視覺對于高亮度背景下的輕微變化并不敏感。

　　另外，如需保持60幀/秒的刷新率，向MAX6975發(fā)送數(shù)據(jù)的速率需要提高4倍甚至更快。MAX6975的數(shù)據(jù)接口速度仍然足以支持多芯片串聯(lián)鏈路，但須適當(dāng)減少鏈路上的芯片數(shù)。時鐘頻率為32MHz時，同一鏈路能夠掛接的MAX6975芯片數(shù)為：32,000,000/(14 × 24 × 60) = 1,587片，圖像刷新速率為60幀/秒。如果四個仿真幀需要發(fā)送給每個視頻幀，芯片數(shù)將減少到396片。 一個32 × 32或最高56 × 56象素的視頻陣列仍然可以在一條串行鏈路上通過單個數(shù)據(jù)接口驅(qū)動所有芯片。　　最后，與通用仿真方案相比，仍然存在一些小的差異值得注意。每個PWM幀通常作為子幀重復(fù)32次，用于控制MAX6975的全局亮度。因此，MAX6975的14/2、16位分辨率仿真也需要把4個PWM仿真幀的每一幀重復(fù)32次。

　　結(jié)論

　　本文介紹了一種尚未公開，但已經(jīng)被多數(shù)LED視頻顯示廠商采納的高分辨率仿真方案，并以MAX6975芯片為例給出了實施方案。