TLC5940 PWM调光功能为LED视频显示器提供了卓越的色彩品质(07-100)

　　我们曾写过一篇文章探讨过一种称为单点矫正的设计技术。该技术用于校准大型显示器上的各个独立像素。各个独立像素一经校准或单点矫正，都能达到与设定值一致的亮度水平。这种技术可以校准LED阵列中各LED输出的模拟电流。如果说单点矫正因为能够弥补像素之间的流明输出变化而成为一款卓越的解决方案，那么这种模拟亮度调整只能算是在高端LED显示器开发方面迈出了第一步。为此，本文介绍了一种称为脉冲宽度调制(PWM)调光的技术，这种技术用于在确保卓越的色彩质量的同时，调整LED的亮度。该技术也称为PWM灰度。

　　低端的显示器通常只需单色的LED，具体的应用包括简单的体育记分牌、单线滚动显示屏以及交通道路标志牌。新兴的市场需要高质量的、能够以数百万种颜色全动态显示画面的视频显示器。这些应用涵盖了正在不断发展的广告市场，具体包括便利店、商场、加油站和体育场。然而，LED的新兴市场需求主要来自DLP和LCD电视。色彩能否在这些电视机中准确再现，取决于背光中所能提供的色彩。因此，正确控制红、绿和蓝色(RGB) LED能产生高于电视广播NTSC色域的色谱。相比较而言，冷阴极灯管(CCFL)背光只能产生85%的NTSC色谱。

　　这些显示器需要配置高级且能够提供多种亮度等级的LED驱动器。显示器所能显示的颜色数量与各个RGB LED(其组成整个显示器中的单个像素)中现有的亮度等级数量成正比。显示器厂商之间的竞争正促使设计人员瞄准高端的LED驱动器，这种驱动器配置集成了PWM功能，具有数千种亮度等级。然而，这些亮度等级强化了色差(shading)，改善了视频质量。TLC5940正是基于这些要求而专门设计的。

　　高质量、全色视频需要配置介于0%和100%之间的亮度等级，这种亮度等级多达数百或数千种之多。较早的 LED 驱动器采用模拟调光来提供这些亮度等级。模拟调光通过改变LED的正向电流来改变亮度。例如，如果当正向电流为20mA时，LED的亮度就达到最高，那么在LED输入5mA的正向电流，就可以达到最高亮度的25%。虽然这种调光方法简单易行，而且在低端显示器中运行良好，但是模拟调光的缺点就是LED的颜色随着正向电流的变化而变化。图1显示了一只实际应用中的绿光LED，其色彩随着正向电流变化而变化。LED的最高亮度设定在电流为20mA时，当模拟调光调至最高亮度的25%时，色谱将从525nm变为531nm。然而，对于需要颜色逼真显示的显示器而言，这种颜色变化将无法满足我们要求。

　　图 1 通过模拟调光实现的色彩变化

　　通过在0%和100%之间调整LED的正向电流，PWM调光可降低亮度水平。LED的亮度可通过调整开启时间和关闭时间的相对比例进行控制。在每一个周期的25%，以最大电流运行LED，即可实现25%的亮度水平。图2显示了当20mA LED的亮度调至最大亮度的25%时，模拟调光和 PWM 调光之间的比较情况。再者，为了避免用户看到LED的开关情况，其切换速度必须大于100Hz。当超过100Hz时，人眼就将LED的开启和关闭时间平均化，所以肉眼只能看见与LED闭合时间占空比成正比的有效亮度。PWM调光的优点就是正向电流总是恒定的，因此，LED的色彩不会像模拟调光那样随着亮度的变化而变化。另外，在维持色彩纯度的同时，脉冲调节电流具有准确的亮度控制特性。

　　图 2 模拟调光与PWM调光的对比