LED顯示屏通用芯片、雙緩存、PWM三款驅動芯片的工作原理解析

恒流驅動芯片是LED顯示屏里重要的一部分，它的選型直接影響顯示效果。目前常用的驅動芯片按其架構不同可分為通用芯片、雙緩存、PWM三大類。這三類IC的具體工作原理是什么 ？區別又是什么呢？這篇文章一一聊聊。

先說幾個概念：

①刷新：指的是一秒鐘圖像出現的次數，具體到單燈就是一秒鐘內亮滅了多少次。刷新高拍照效果好，但一次刷新也是一次燈珠的開關，燈珠的開關次數是會影響其壽命的。所以刷新夠用就好，并不是越高越好。

②幀頻：指的是一秒鐘內出現了多少副圖像，由于人眼的視覺暫留特性，只要一秒鐘內畫面變化大于24HZ，就不會感到停頓，我們目前使用的是60HZ幀頻。

③灰階：指的是屏體從黑到最亮能夠分成的亮度等級。比如一個顯示屏的亮度是16384cd/㎡，灰階是14Bit（214即16384級）。它是將16384的亮度分成16384級，每一級的亮度是1cd/㎡?；译A越高，每一級對應的亮度越低，顯示效果細膩。

現分別以MBI5024、ICND2038S、MBI5153為代表，介紹一下通用、雙緩存、PWM三大類驅動芯片的具體工作原理和區別。

一：通用芯片（MBI5024）

如圖所示，16位數據信號SDI在時鐘的作用下從低到高，被一一送到16位位移緩存器中（串入）；16位數據存滿后會自動同時進入16位輸出栓鎖器中；通過鎖存信號LE控制，同時輸出到16位驅動器中；最后通過OE控制其輸出（并出）。

常規芯片的灰度是通過把一幀的顯示脈沖信號均分，從而控制燈珠點亮時間獲得。如下圖是一個均分成16Bit的顯示信號脈沖波形圖，灰度等級越高脈沖越寬，對應燈珠點亮的時間越久。

結合原理框圖，我們可以建立一個刷新和時鐘的關系式。CLK=芯片通道數*掃描數*刷新頻率*一組數據芯片個數*換幀頻率（芯片通道數*掃描數*一組數據芯片個數，就是一組數據帶點數）。

二：雙緩存（ICND2038S）

二：PWM（MBI5153）

如上圖可以看出，其工作方式和通用IC及雙緩存IC有很大不一樣了。數據通過數據時鐘DCLK的作用傳入到16位寄存器，存滿后自動進入SRAM，SRAM會將一幀時間內的所有數據先存儲起來。然后通過灰度時鐘GCLK配合comparators(算法電路)控制其輸出脈寬得到具體的灰度值，直接將灰度值以16位的數據形式給到Output Buffers（輸出緩沖器）輸出。（通用IC的灰度可以理解為燈珠N次亮滅得到的，這里是直接輸出灰度值）。? ?

知道了PWM芯片的工作原理后，我們可以建立以下關系式：

①：DCLK=灰階數據數*通道數*掃描數*幀頻*一組數據芯片個數；跟通用IC不一樣的是這里多了一個灰階數據數，從框圖中可以看出輸出灰階為16的數據，所以式中灰階數據數為16。

②：GCLK=灰階*掃描數*幀頻；一個GCLK脈寬就是一級灰階，N個GCLK脈寬疊加就是N級灰階。

PWM芯片不能直接將DCLK或GCLK視為通用芯片的CLK來建立與刷新關系式。PWM芯片的刷新是由灰階決定的，它是先有灰階再有刷新。

③：刷新=（灰階÷打散方式）*幀頻；這里的打散方式是聚積PWM芯片一種提高刷新的手段，不同PWM芯片有不同的打散方式，同一種PWM芯片在不同倍率下也有不同的打散方式。下圖是MBI5153的打散方式：

以一個灰度14Bit,32掃的顯示屏不開倍頻為例：帶入以上關系式可得需要的GCLK約為31MHZ,能夠得到的刷新為1920HZ（本文以上所有關系式均未考慮消影所需的時鐘）。

LED芯片是LED產品的心臟，主要功能就是把電能轉化成光能，在使用過程中，led顯示屏芯片也會出現各種各樣的問題，現在就讓我們一起看看LED芯片常規會出現那六大問題吧！

01

正向電壓降低、暗光

（1）一種是電極與發光材料為歐姆接觸，但接觸電阻大，主要由材料襯底低濃度或電極缺損所致。

（2）一種是電極與材料為非歐姆接觸，主要發生在芯片電極制備過程中蒸發第一層電極時的擠壓印或夾印，分布位置。

另外封裝過程中也可能造成正向壓降低，主要原因有銀膠固化不充分，支架或芯片電極沾污等造成接觸電阻大或接觸電阻不穩定。

正向壓降低的芯片在固定電壓測試時，通過芯片的電流小，從而表現暗點，還有一種暗光現象是芯片本身發光效率低，正向壓降正常。

02

?難壓焊

（1）打不粘：主要因為電極表面氧化或有膠

（2）有與發光材料接觸不牢和加厚焊線層不牢，其中以加厚層脫落為主。

（3）打穿電極：通常與芯片材料有關，材料脆且強度不高的材料易打穿電極，一般GAALAS材料（如高紅，紅外芯片）較GAP材料易打穿電極。

（4）壓焊調試應從焊接溫度，超聲波功率，超聲時間，壓力，金球大小，支架定位等進行調整。

03

發光顏色差異

（1）同一張芯片發光顏色有明顯差異主要是因為外延片材料問題，ALGAINP四元素材料采用量子結構很薄，生長是很難保證各區域組分一致。（組分決定禁帶寬度，禁帶寬度決定波長）。

（2）GAP黃綠芯片，發光波長不會有很大偏差，但是由于人眼對這個波段顏色敏感，很容易查出偏黃，偏綠。由于波長是外延片材料決定的，區域越小，出現顏色偏差概念越小，故在M／T作業中有鄰近選取法。

（3）GAP紅色芯片有的發光顏色是偏橙黃色，這是由于其發光機理為間接躍進。受雜質濃度影響，電流密度加大時，易產生雜質能級偏移和發光飽和，發光是開始變為橙黃色。

04

閘流體效應

（1）是發光二極管在正常電壓下無法導通，當電壓加高到一定程度，電流產生突變。

（2）產生閘流體現象原因是發光材料外延片生長時出現了反向夾層，有此現象的LED在IF＝20MA時測試的正向壓降有隱藏性，在使用過程是出于兩極電壓不夠大，表現為不亮，可用測試信息儀器從晶體管圖示儀測試曲線，也可以通過小電流IF＝10UA下的正向壓降來發現，小電流下的正向壓降明顯偏大，則可能是該問題所致。

05

反向漏電流IR

在限定條件下反向漏電流為二極管的基本特性，按LED以前的常規規定，指反向電壓在5V時的反向漏電流。隨著發光二極管性能的提高，反向漏電流會越來越小。IR越小越好，產生原因為電子的不規則移動。

（1）芯片本身品質問題原因，可能晶片本身切割異常所導致。

（2）銀膠點的太多，嚴重時會導致短路。外延造成的反向漏電主要由PN結內部結構缺陷所致，芯片制作過程中側面腐蝕不夠或有銀膠絲沾附在測面，嚴禁用有機溶液調配銀膠。以防止銀膠通過毛細現象爬到結區。

（3）靜電擊傷。外延材料，芯片制作，器件封裝，測試一般5V下反向漏電流為10UA，也可以固定反向電流下測試反向電壓。不同類型的LED反向特性相差大：普綠，普黃芯片反向擊穿可達到一百多伏，而普紅芯片則在十幾二十伏之間。

（4）焊線壓力控制不當，造成晶片內崩導致IR升高。

解決方案

（1）銀膠膠量需控制在晶片高度的1／3～1／2；

（2）人體及機臺靜電量需控制在50V以下；

（3）焊線第一點的壓力應控制在30～45g之間為佳。

06

死燈現象

（1）LED的漏電流過大造成PN結失效，使LED燈點不亮，這種情況一般不會影響其他的LED燈的工作。

（2）LED燈的內部連接引線斷開，造成LED無電流通過而產生死燈，這種情況會影響其他的LED燈的正常工作，原因是由于LED燈工作電壓低（紅黃橙LED工作電壓1．8v－2．2v，藍綠白LED工作電壓2．8－3．2v），一般都要用串、并聯來聯接，來適應不同的工作電壓，串聯的LED燈越多影響越大，只要其中有一個LED燈內部連線開路，將造成該串聯電路的整串LED燈不亮，可見這種情況比第一種情況要嚴重的多。

編輯：黃飛

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