LED中的交流响应现象

现在大街上随处可见的LED显示屏，还有装饰用的LED彩灯以及LED车灯，处处可见LED灯的身影，LED已经融入到生活中的每一个角落。LED驱动芯片有一个重要的特性——交流响应，而奇怪的是它常常被忽略。交流响应影响着LED显示器的很多影像品质，如EMI、线性度、灰阶、信赖性。

虽然这些特性彼此间有着不可剥离的取舍关系，但是一片好的驱动芯片是能够在这些特性中游刃有余并且取得较佳的平衡。本文将着重探讨交流响应在LED驱动芯片设计时的重要性，以及在此基础上的LED驱动芯片与电路板设计技术，以协助设计出优质影像良好的显示器。

1 最短OE脉波宽度及线性度

每一个颜色超过1024个的灰阶已经成为LED全彩显示器的基本规格，几乎成为行业的标准了，而制造商们往往需要更多灰阶的驱动芯片，以表现出更丰富的色彩。灰阶数的多寡由OE的最短脉波宽度及反应时间(tr/tf)决定的，但许多驱动芯片往往为了缩短OE脉波宽度而牺牲了线性度(所谓线性度就是输入数据与输出亮度间的关系)。例如图1中，OUTn的输出电压波形比OE脉波宽度还要来得短，其线性度关系如图2所示。很明显地可以看到，LED亮度与OE脉波宽度的设定不成正比，特别是在OE脉波宽度低于0.1us时，此时的线性度不佳。

图1 OE脉波宽度与OUTn输出电压波形之间的关系

图2 LED亮度与OE脉波宽度的关系

目前市面上对最短OE脉波宽度的定义众口不一，一些芯片制造商将输出端可以反应的时间定义为最短OE脉波宽度，可是，如果是这样的定义就会忽略掉对于线性度的影响。因此还是需要加以实际量测线性度才能确保芯片能够表现出足够的灰阶数。

2 抑制输出突波

LED驱动芯片管脚关闭瞬间产生的电压突波，经常不小心导致芯片损坏，这也直接影响了显示器的信赖性。此一电压突波是来自于VLED和OUTn之间的寄生电感所产生的，图3及图4中说明了此突波的实验方式与结果。在此实验中，刻意加入一个电感L1，以仿真实际电路中的寄生电感，并勾取图3中CH1~CH3三个节点上的电压波形以示波器观察，其波形如图4所示。从图4中可以看到在输出管脚(CH3)上的电压达到26.6V之高，远高于驱动芯片的耐压。

图3 Thecircuitofovershootexperiment

图4 ThewaveformsofdifferentnodesonPCB

突波的电压值可以透过以下公式加以计算：

V=Lxdi/dt

其中，V是寄生电感所产生的突波电压，L是寄生电感感值，di/dt是切换瞬间的电流变化率。

通常，有三种方式可以抑制或消除电压突波：

a 降低输出管脚开关切换速度。由前述公式可知，切换速度(tr/tf)太快的驱动芯片会导致突波过高，因此选择切换速度适中且够用的驱动芯片即可。

b 减少寄生电感，同时因为VLED在线的突波也会累积到VOUT上面，电源线与每个输出管脚的线路必须尽可能地缩短。前述提到的均匀配置的分布式电容也可以减少VLED及VOUT的突波。

c 将输出突波加以分散，可以选择输出管脚间具有交错时间迟滞功能的驱动芯片，避免所有的输出管脚同时切换，这种方法可以减少不同管脚间的突波透过电源线互相迭加而升高的问题。

3 结论

妥善选择一个合适的驱动芯片，并合理设计电路板线路是可以帮助显示器制造商们改进和完善显示器的灰阶与信赖性的，不仅可以提高用户体验，可以兼顾反应速度与信赖性的平衡选择，而客户也可以依据自己的实际需求选择合适的芯片。现在的LED灯或许会有一些问题，但是我们相信随着科学技术的快速发展，在我们科研人员的努力下，这些问题终将呗解决，未来的LED一定是高效率，高质量的。