LED矩陣驅(qū)動(dòng)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究

圖3：charlieplexed矩陣的平行路徑。

事實(shí)上，每一個(gè)單個(gè)LED都與多個(gè)串行雙LED燈平行。這意味著，在矩陣中的LED必須具有相似的正向電壓：如果LED [02,A]和平行路徑上的LED之間的正向電壓誤差接近兩倍，那么在平行路徑上的LED可能會(huì)被無(wú)意中點(diǎn)亮。

在實(shí)踐中，一個(gè)管理良好的顯示器生產(chǎn)過(guò)程可以確保LED匹配達(dá)到遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于兩倍的正向電壓誤差。

第二個(gè)由Charlieplexing帶來(lái)的問(wèn)題無(wú)法輕易避免。當(dāng)LED因短路或開(kāi)路發(fā)生故障時(shí)，該問(wèn)題就會(huì)產(chǎn)生。圖4a顯示了短路的結(jié)果。讓我們假定LED[01,B]短路，LED[03,B]應(yīng)該被開(kāi)啟。02通道被配置為電流源，從電源為行02提供電流。通道03被配置為一個(gè)開(kāi)關(guān)，連接行03至地。由于[01,B]的短路，列A和行01無(wú)意中被拉高(以紅色顯示)。因此，列A中的每個(gè)LED在陽(yáng)極都存在正壓。由于行03被拉低從而點(diǎn)亮[03,B]，行03中的每個(gè)LED在陰極都接地(以藍(lán)色顯示)。因此，由于短路的原因，LED[03,A]兩端電壓與LED[03,B]完全一樣，也同樣被點(diǎn)亮了。

圖4：短路中的Charlieplexed點(diǎn)陣(4a，左)以及開(kāi)路狀態(tài)(4b，右)。

一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)有LED短路時(shí)，連接到下面通道上的LED會(huì)發(fā)生討厭的重影現(xiàn)象：

● 發(fā)生短路的通道(和相應(yīng)的行)。(在該示例中，就是通道01)

● 通過(guò)短路直接連接上面通道的通道(和相應(yīng)的行)。(在該示例中，就是通道02)

該問(wèn)題在一個(gè)開(kāi)路LED情況下顯得更加突出。在圖4b中，激活有問(wèn)題的LED[01,B]。通道01被配置作為開(kāi)關(guān)連接行01至接地，通道03仍然保持與原先相同的狀態(tài)。因此，行02和列B被拉高(顯示為紅色)，行01和列A被拉低(圖中藍(lán)色部分)。由于在配置的LED中有一個(gè)開(kāi)路，行02和列B上的電壓開(kāi)始上升(紅色中所示)。只要其中一個(gè)達(dá)到正向電壓，行03和列C就將通過(guò)LED[03,B]產(chǎn)生偏壓(黃色中所示)。所有[X,B]LED燈都會(huì)產(chǎn)生同樣的情況。列B中的電壓進(jìn)一步上升，直到到達(dá)兩倍的LED正向電壓?，F(xiàn)在，所有在[X,B]和[01,x]的LED完全處于偏壓并被點(diǎn)亮。

過(guò)去，重影現(xiàn)象以及開(kāi)路LED帶來(lái)的潛在問(wèn)題阻礙了實(shí)施charlieplexed點(diǎn)陣的嘗試。但現(xiàn)在，由Charlieplexing改進(jìn)而來(lái)的crossplexing技術(shù)，將有效消除前者帶來(lái)的缺陷并提供較少的引腳數(shù)量，這是LED顯示器的設(shè)計(jì)師們一直在尋找的解決方案。

為了實(shí)施crossplexing算法，第一個(gè)要求就是系統(tǒng)必須知道是否存在開(kāi)路或短路。為了便于說(shuō)明，讓我們假設(shè)，驅(qū)動(dòng)器的布置由位于陽(yáng)極側(cè)的電源和陰極側(cè)的低電阻開(kāi)關(guān)組成。每一行都需要一個(gè)電源和一個(gè)開(kāi)關(guān)的組合。

當(dāng)單個(gè)部署的LED發(fā)生短路時(shí)，電源仍將繼續(xù)提供電流。然而，從電壓角度來(lái)看，卻引起了一定的變化：電流源輸出的電壓將不會(huì)達(dá)到LED的正向電壓(因?yàn)槎搪返脑?，而會(huì)處于接地的狀態(tài)，明確指示短路的存在。因此，將確定的電壓閾值與實(shí)際的陽(yáng)極電壓進(jìn)行比較就可以檢測(cè)是否存在短路。

在開(kāi)路LED的例子中，陽(yáng)極電壓將上升至兩倍的正向電壓——同樣地也會(huì)產(chǎn)生存在開(kāi)路的明確指示。在這種情況下，是否達(dá)到絕對(duì)電壓水平將取決于所使用LED的正向電壓，而如今市場(chǎng)中的LED此參數(shù)上存在相當(dāng)大的差異。所以單個(gè)電壓閾值不能概括所有的LED。

根據(jù)LED的數(shù)據(jù)手冊(cè)來(lái)分析所有可能的變化并計(jì)算開(kāi)路閾值的最低值在理論上是可行的，但這個(gè)最低值可能對(duì)許多LED是無(wú)效的。事實(shí)上，這個(gè)值可以采用更明智的方法來(lái)計(jì)算。任何給定的PCB面板所具有的最優(yōu)電壓閾值正是面板上所有LED的最高正向電壓。然而，確定這個(gè)最優(yōu)電壓閾值，必須測(cè)量每一個(gè)PCB電路板并在組裝時(shí)完成配置，這又是不可行且昂貴的制造步驟。

目前，類(lèi)似于這種方法的技術(shù)方案可以通過(guò)AS1119得以實(shí)現(xiàn)，該芯片是一款新的144 LED crossplexing矩陣驅(qū)動(dòng)器IC。通過(guò)該芯片實(shí)現(xiàn)的開(kāi)路/短路檢測(cè)過(guò)程與矩陣內(nèi)LED的正向電壓，就可以確定并自動(dòng)設(shè)置開(kāi)路狀態(tài)下最優(yōu)的閾值電壓。

當(dāng)然，僅僅知道開(kāi)路或短路的位置無(wú)法消除重影。但是，一旦檢測(cè)到開(kāi)路的存在，系統(tǒng)就可以存儲(chǔ)它的坐標(biāo)。驅(qū)動(dòng)器每次按指令布置LED時(shí)就會(huì)“掩蓋”該位置并忽略指令。這個(gè)措施可以防止LED在剩余的點(diǎn)陣顯示中發(fā)生意外操作。在大型矩陣中，單個(gè)LED的關(guān)閉完全不會(huì)影響到用戶(hù)的使用感受。

對(duì)于短路，防止重影顯得更為困難。如上所示，單個(gè)LED短路會(huì)引起其他多個(gè)LED的重影效果。掩蓋所有這些發(fā)生故障的LED來(lái)避免重影并不能解決問(wèn)題。與短路相關(guān)的通道都需要停用，這可能會(huì)導(dǎo)致矩陣中大量LED的故障。在一個(gè)四通道的矩陣中，停用通道01和通道02后，只剩下兩個(gè)可運(yùn)作的LED。這將損失整個(gè)矩陣的83%。對(duì)于16×16的矩陣中，停用兩個(gè)通道后，240個(gè)LED中將只留下182個(gè)仍處于工作狀態(tài)，損失整個(gè)矩陣的24%。

每個(gè)設(shè)計(jì)師可以選擇自己認(rèn)為最好的方法，矩陣越大，停用兩個(gè)通道所引起的影響就越小。是否可以接受這些影響，很大程度上取決于應(yīng)用本身。對(duì)于較小的矩陣，停用兩通道可能就無(wú)法正常運(yùn)作。