压阶传输技术驱动全彩LED灯的设计

引言

近几年，LED作为装饰灯，迅速蔓延城市各个角落，成为城市的生活的一个亮点。最初，LED装饰灯只是简单的颜色切换或者是闪烁，视觉上没有太多的冲击。随着LED全彩驱动IC涌现，市场竞争相当的激烈，但总体上的发展趋势来说，LED全彩驱动IC逐渐改为单总线驱动，因为单总线驱动IC更加智能，可靠稳定性增强，工程应用更加简便，同时还能节省线材成本，如CYT3015、CYT3005、CYT3006、CYT3020等等。LED全彩单总线信号驱动IC在工程应用上给工程设计人员带来了更多的信心。压阶传输技术应用在单线传输技术基础上，就显得格外的简便，下面我们就以LED全彩单总线驱动IC—CYT3015为驱动芯片，来介绍压阶传输技术在LED点彩技术的应用。

1. 压阶的概念及压阶传输的产生背景

说了这么久，很多人或许有个疑问，那就是到底什么叫压阶呢？其实压阶就是在两点之间，不同电势的电势线按照从大到小或从小到大的规律排布，前一级电路和后一级电路不工作在一个电势上，没有共同参考地，前一级的电势与后一级的电势差就为一个压阶（台阶），由于一端到另一端的电势就像阶梯一样，所以我们称这种梯式电势为压阶。或许梯式电势大家一点都不陌生，压阶只是一个新名词而已，那么压阶传输技术又如何会应用到LED点彩传输技术？现在市面上出现的全彩LED驱动IC，输出端口有3端口，4端口，9端口，16端口等等，驱动信号有单线，双线，四线，信号由前一级往后一级传输，这种传输方式，至少需要三根线（单线传输方式，只需要电源线，地线及信号线三根），供电电压比较低，主要有5V，12V，24V，每个驱动IC的电流都会汇集到电源线上，像支流的水流到干流一样，电源线要承受很大的电流，一般都是几安培以上的电流，电源线要比较粗才能承受得起，现在楼宇，桥梁的装饰基本都是这样的传输方式。而如圣诞灯这样精美的装饰品，做LED点彩显示装饰，用比较粗而且比较多的线绕起来就显得不那么美观了，压阶传输技术就此应蕴而生，它采用高电压低电流，在LED全彩单总线驱动IC驱动的基础上，只需要两根很细小的线级联灯点，就可以显示多姿彩的视频效果。

2. LED全彩单信号驱动IC传输技术

压阶传输技术应用在单总线驱动IC上的设计更简便，稳定性更好，可靠性更强，那么这些优势在单总线驱动IC上是如何体现的呢？我们拿CYT3005来举例说明，这是一颗单线三端口LED全彩恒流驱动IC，相对两线，四线信号线来说，两线、四线信号线驱动IC，信号传输会受到更多的干扰，不定因素相对增多，并且线材也多，会增加一些成本。CYT3005是单线驱动传输IC，信号传输采用了具有特殊性能的曼彻斯特编码。 曼彻斯特编码是串行数据传输的一种重要的编码方式，曼彻斯特编码最大的优点是：数据和同步时钟统一编码，曼码中含有丰富的时钟信号，直流分量基本为零，接收器能够较容易恢复同步时钟，并同步解调出数据，具有很好的抗干扰性能，这使它更适合于信道传输。在曼彻斯特编码中，将一位时间一分为二，位时间内发生低电平到高电平的变化表示‘0’；高电平到低电平的变化表示‘1’；由于跳变都发生在每一个码元的中间，接收端可以方便地利用它作为位同步时钟，因此，这种编码也称为自同步编码。这样单信号线传输稳定性，可靠性会有更好的保证。下面我们来看看，LED全彩单线驱动芯片CYT3005的传输设计图，如图一所示。

图一 CYT3005单线传输驱动全彩LED灯

根据CYT3005单线传输驱动全彩LED灯设计图，我们可以看出，单总线传输设计上显得很简单，这也是工程上最需要的传输方式。

3. 压阶传输技术的应用

压阶传输，前面已经提到过了，它是一种高电压低电流的传输方式，数据和供电都是工作在一个个台阶（压阶）上。那么怎么样才能将LED全彩驱动IC从低压大电流的方式转换到高压低电流的压阶传输方式？我们就在CYT3005单总线传输的基础上，进行压阶传输设计，如图二所示。

图二 压阶传输技术在LED点彩的应用

图二所示就是压阶传输技术在LED点彩技术上的典型应用，梯式电压的形成主要是因为串接设计的。高压市电在稳压管或二极管顺向自然形成工作电压，高压几百伏电压在串联灯点形成阶梯的压阶电势和总线传输。驱动IC供电VCC端接到顺势高电位，GND地端接到顺势低电位。虽然说芯片并没有一个真正的GND，但芯片以GND端电势作为芯片的工作的基准电势，维持芯片正常工作的电势差还是正常存在的，即使GND端的电势变动了，有新的基准，稳压管两端的电压不变，即压差不变，芯片一样能稳定正常工作。且不需要滤波。

在此电路中，芯片供电利用压差，电势一级级的往下降，形成了梯式压降，故而称压阶传输。其实，信号传输也利用了压阶传输的方式，芯片与芯片之间的信号线串接了压阶管，这样做的目的是经过每一级后，降低一阶信号电势，使该级芯片的信号与地之间的电势差保持正常工作的一个差值，否则，会因为相对电势过大而烧毁芯片。我们可以注意到这个电路只要两条线，一条供电，一条信号传输，供电的线是串行的，所以总线上的电流比较小，用较细的线就行了。电路的末端，用了一个CYT1A50，它可以使整个线路恒流。另一方面，由于它的端口耐压也比较高，可以将电路上多余的压降压在这颗芯片上。

最终，只要按图三所示，给整个电路供上高压电，控制器系统供上电，同时编辑好播放效果，输出，灯串显示的效果将给你带来一种心灵上无法想象的震撼惊奇，视觉上如同冲浪一样的刺激与享受。

在压阶传输技术中，电源的恒压值有一点的小波动，稳压管两端的电压即电势差并不会改变，波动的电压其实压在了CYT1A50的端口上，如果在它的端口耐压范围内，电路还是会正常工作的。这给追求稳定可靠的工程人员来说，无疑多了几分自信。

图三 应用原理图

4. 压阶传输技术应用的前景

这是世界上唯一一款，不需要滤波，周边0器件LED恒流驱动IC。

在如今，用LED点彩技术相当成熟，但是低压大电流的供电方式，给很多的工程施工带来了困扰。压阶传输技术独辟蹊径，开辟了一种新的传输方式，解决了总线大电流的问题，供很小的电流就足以保持正常工作。随着LED全彩驱动IC的集成度增强，智能性更高，IC将会嵌入到LED灯里进行应用，那样利用压阶传输技术，制作工艺步骤会更简便，材料会更少，成本降低，可靠性更有保障。它在装饰灯的应用领域是非常广阔的，如圣诞树装饰灯，酒吧，歌舞厅，办公大楼，桥梁等等，我们有理由相信，迎接它的将会是一个美好的明天……

5. 结束语

在LED技术迅速发展的浪潮下，LED点彩技术也得到了前所未有的突破与发展，不断替代霓虹灯及一些控制简单的LED显示技术，而作为一些领域如圣诞树装饰灯却很难精妙地利用LED点彩显示技术，本文就借此阐述了压阶传输技术的产生环境，应用原理，前景与意义，希望这个行业有更大的突破。