LED调光技术提高视频播放画面质量

　　视频广告牌和超大屏幕等均要求大量的小型子系统，其包括电源、视频编码器及解器码、线路驱动器、数字信号处理器 (DSP) 等等，这些子系统密切协作以产生视频图像。对观众来说，最终结果是要拥有令人惊奇的高清晰度图像质量的超大屏幕全彩色视频。虽然观众对某个视频回放发出的欢呼声让整个体育场为之震动，但他们一点也不了解该视频系统中由 LED 驱动器实现的诸多功能。如果您仔细观察一下显示屏，您就会看到数以百计的单个视频面板。再靠近一点，您会发现每个面板都包含 16X16 像素。每个像素由三个 LED 组成：红色、绿色和蓝色。每个 LED 的阳极都电气连接到一个 LED 驱动器的输出。最终，这些数以万计的 LED 驱动器会控制通过几十万个 LED 的正向电流来生成视频图像。

　　电气设计人员面临的挑战是了解使用 LED 驱动器控制 LED 电流的最佳方法。大多数高端 LED 驱动器都为设计人员提供了多种控制其系统中 LED 电流的方法。这些驱动器拥有一些帮助调低 LED 亮度的特性，例如：点校正 (DC)、脉宽调制 (PWM) 调光和全局亮度控制 (BC) 等。尽管这些特性均提供同一种基本功能即调节 LED 亮度，但它们的使用却不同。理解如何正确地利用这些特性是拥有最佳品质视频的关键。

　　模拟与 PWM 亮度调节的对比

　　在了解 LED 驱动器的诸多高级特性以前，您首先必须了解降低 LED 亮度的两种方法：模拟调光方法和脉宽调制 (PWM) 调光方法。模拟调光方法是指改变流经 LED 的正向电流。利用一半的电流驱动 LED 可降低一半的亮度。尽管并不是绝对的 1：1，但是 LED 亮度会随着正向电流的变化而高度线性地变化。

　　图 1 模拟调光与 PWM 调光的对比

　　点校正

　　LED 生产加工容差较难控制。对高质量显示较为重要的两个主要 LED 特性是发光强度和光谱纯度。不幸的是，每个 LED 的这两个特性都有可能差别很大，即使这些 LED 都来自同一家制造企业。在理想情况下，当处理器命令 LED 驱动器以相同电流开启所有红色 LED 时，它们便以相同亮度开启。实际上，相同电流的 LED 存在极大的亮度差异。相同正向电流条件下，一个典型可购得的 LED 部件型号具有 2：1 的亮度差异。

　　如果不对这种差异进行补偿，则 LED 面板的像素间亮度匹配就会非常的低。点校正 (DC) 提供了一款优异的解决方案，来对这些发光强度差异进行补偿。术语 DC 是指校正或者标准化某个 LED 显示器中每个像素(点)的强度。这是通过调节流经每个单独 LED 的模拟电流来实现的。必须在面板生产出来以后在工厂中进行初始 DC。测试设备测量 LED 发光强度，然后生成可编程到 IC 中的 DC 系数，从而达到调节 LED 亮度的目的。

　　一个典型的 LED 驱动器(如：TLC5946 等)利用单个电阻 Rset 设置每个输出的最大 LED 电流。点校正使用模拟调光方法来调节电流至该最大电流的某个百分比。DC 校正位数越大，最终 LED 亮度匹配也就越紧密。一个 6 位 DC 具有 64 离散电流水平，其从 0mA 到 Rset 电阻定义的最大电流。这样便可提供 1.59% 步长的正向电流。一个 7 位 DC 具有 0.79% 步长的正向电流。图 2 显示了一个成品面板点校正前后的亮度水平。

　　点校正以前，所有LED均具有相同的正向电流，其会导致 2：1 的亮度差异。实施点校正以后，LED 驱动器以不同的电流来驱动每个 LED，使所有 LED 的亮度均相同。必须对 DC 进行精心地设计以使亮度水平降低到比面板中最暗 LED 更低的一个值，这一点非常重要应该注意。在生产环境中，把许多面板组合到一起来生产出更大尺寸的显示器，这时所有 LED 的亮度水平必须被设定为系统最暗 LED 的值或者更小。LED 的产品说明书应提供最小规定亮度范围。

　　图 2 点校正前后的 LED 亮度(图片由 MDS 提供)

　　点校正还可用于调光整个显示器的亮度。在阳光明媚的正午时分，竖立在户外的显示屏使用全亮度可能较为适合，但在晚上或者室内观看时这一亮度可能就会让人受不了。通过将所有 DC 值减小至其原有值的某一百分比，可以实现全面板亮度调光。使用有 DC 功能的 IC 但却没有利用这种 DC 特性的某个系统，可以通过将所有 DC 值均编程为其最大值的一半，来获得 50% 的亮度。利用 7 位点校正的 LED 驱动器，可通过将所有 DC 值从 127 减小至 63，来获得 50% 的亮度。下列方程式设定了使用 DC 时某个 LED 的正向电流：

　　I_LEDx=Imax*DCx/2^n

　　其中：

　　Imax 为由 Rset 设定的最大输出电流

　　DCx 为输出 x 的点校正值

　　n 为点校正位数

　　利用上述实例，Imax 等于 40 mA，DC 等于 63，则所有 LED 电流均被设置为 40 mA * 63 / 127 = 19.84 mA。

　　如果系统已经利用 DC 特性来获得统一的面板亮度，则 DC 仍然可以用于亮度调光。通过将 DC 值编程为原始值的一半，可以获得 50% 的亮度调光。作为一个使用 7 位 DC LED 驱动器的例子，如果 LED 要求一个 108 的 DC 值来设定其电流到获得统一面板亮度所需的正确值，则可以通过将新的 DC 值编程为 54 来获得 50% 的亮度调光。

　　使用 DC 调光点校正面板的缺点是它降低了亮度匹配有效位的有效数。