移位寄存器在LED應用設計中的特點分析

在使用LED的設計中，移位寄存器可能是十分有用的器件。例如，假設系統包括七段顯示器、單個指示器或LED陣列組成網格或面板，可以使用標準8位移位寄存器，以便允許低引腳數微控制器驅動多個LED。

圖1給出一個例子。單個5V 74HC595移位寄存器集成串行輸入和串行或并行輸出，為微控制器提供I/O擴展。串行數據施加至74HC595的串行輸入，并通過輸入時鐘獲取時鐘信息。74HC595載入后，輸出時鐘將數據施加至存儲寄存器和并行與串行輸出。74HC595控制的外部驅動器隨后便激活相應的LED。

圖1. 8位移位寄存器7HC595驅動多個LED

將7HC595用于I/O擴展意味著它只需三個MCU控制引腳便可驅動多達八個LED。降低控制引腳數使得使用低引腳數的MCU成為可能，最終實現尺寸更小、性價比更高的設計。

另外，由于7HC595集成串行輸出，因此可級聯多個器件。圖2為布局圖。

圖2. 級聯74HC595器件以驅動更多LED

這樣，級聯之后，同樣三個微控制器引腳可以用來控制多達16或24個LED，而非僅僅8個。移位寄存器的級聯能力可降低設計所需的微控制器總數，有助于降低成本并縮小尺寸。

某些情況下，5 V、8位寄存器（比如75HC595）可用來直接驅動LED。當LED額定具有相對較低的電壓和正向電流時，這樣做可獲得最佳效果。若LED工作電壓高于6 V，或者要求正向電流超過70 mA，那么通常需要用到外部驅動器。

開漏輸出

為移位寄存器加入開漏輸出可構成單芯片解決方案，無需使用外部驅動器。這樣可以大幅減少物料清單，因為每個移位寄存器輸出都能直接驅動LED。

圖3給出了這類器件——恩智浦的NPIC6C596A LED驅動器——的輸出原理圖，它結合了類似于74HC595的移位寄存器功能，具有高壓（HV） MOSFET驅動器。

圖3. 帶開漏輸出的移位寄存器輸出原理圖

圖4顯示使用NPIC6C596A代替74HC595。

圖4. 帶開漏輸出的移位寄存器輸出原理圖

以NPIC6C596A代替74HC595后，無需使用外部驅動器，從而建立了更為緊湊且物料更少的設計。

NPIC6C器件具有33 V容壓開漏輸出。每個輸出設計為可吸收100 mA電流，沒有接地電流限制。所有輸出可同時主動吸收100 mA。輸出包括限流電路，將可吸收的電流最大值設為250 mA，每路輸出還包括熱保護。集成這些保護功能意味著相比74HC595，NPIC6C496A器件可用來驅動更多種類的LED，包括工作電壓更高以及具有更高正向電流的LED。

保護特性

圖5顯示NPIC6496A開漏輸出的限流電路特性。該電路限制每個輸出可以吸收的最大電流。漏極-源極電流隨著漏極電壓的增加而降低。它可以保護所驅動的輸出和元器件。25 °C時，輸出鉗位通常在漏極-源極電流為250 mA時激活。

圖6顯示NPIC6C596A的開漏輸出如何提供熱保護。鉗位電流與溫度成反比。隨著溫度升高，輸出電阻也會增加，從而限制漏極-源極電流，并防止輸出以及它所驅動的元器件受損。25 °C時，輸出通常將漏極-源極電流限制在120 mA。

圖5. NPIC6C596A中的限流特性

圖6. NPIC6C596A中的熱保護

多種選項：

表1顯示恩智浦提供的NPIC6C LED驅動器。NPIC6C596和NPIC6C596A均為8位解決方案，而NPIC6C4894是12位解決方案。所有這些器件都集成可用來級聯的串行輸出。數據在輸入時鐘的上升沿通過移位寄存器傳播。使用NPIC6C595和NPIC6C4894時，相同的上升沿可用來將數據送至串行輸出QS。NPIC6C596和NPIC6C596A將串行輸出延遲至輸入時鐘的下一個下降沿執行。延遲會延長數據保持時間，改善時序裕量并使多個移位寄存器的級聯變得簡單。

可在4.5和5.5 V范圍內使用NPIC6C596和NPIC6C4894，以便讓這些器件適用于5.0 V控制邏輯接口?？稍?.3至5.5 V范圍內使用NPIC6C596A，以便它能用于5.0、3.3和2.5 V控制邏輯接口。所有NPIC6C器件均在-40至+125 °C范圍內工作，且輸入時鐘頻率至少為10 MHz。

表1. 恩智浦NPIC6C LED驅動器

NPIC6C LED驅動器采用業界標準SO和TSSOP封裝，以及節省空間的DQFN無引腳封裝，相比TSSOP封裝最高減少76%的面積，相比QFN最高減少40%面積。DQFN封裝還集成散熱片，是使用更高電流的空間受限型應用首選封裝。另外還提供汽車級版本。

表2. NPIC6C LED驅動器封裝選項

結論

當設計中含有LED時，采用移位寄存器使得尺寸更小、成本更低的微控制器應用成為可能。包括恩智浦在內的很多供應商都提供標準8位移位寄存器（比如75HC595）。使用集成開漏輸出的移位寄存器（比如恩智浦NPIC6C系列）則可在此基礎上更進一步，無需使用外部LED驅動器。

責任編輯：gt