單線LED調(diào)光芯片的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

文章來源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2014-02-22

瀏覽次數(shù):次

 1.引言

LED以其使用時(shí)間長,、大視角、高亮度,、色彩斑斕等特點(diǎn)而在近年來迅速的發(fā)展,， led質(zhì)量，它是繼白熾燈,、高強(qiáng)度放電燈,、熒光燈之后第四代新能源。LED屬于P/N結(jié)型半導(dǎo)體,，它作為一種固態(tài)冷光源,，與傳統(tǒng)光源相比，具有耗電量小,、環(huán)保,、安全可靠、體積小的優(yōu)點(diǎn)。為了加強(qiáng)節(jié)能減排的目,，所以各種類型的led驅(qū)動(dòng)器中加上調(diào)光的功能是大勢所趨,。通常，LED驅(qū)動(dòng)器的調(diào)光方式有3種：可控硅調(diào)光,、模擬調(diào)光,、PWM(脈寬調(diào)制)調(diào)光。每種調(diào)光方式都有其優(yōu)點(diǎn)及局限性,。為了便于數(shù)字信號(hào)控制,，本芯片主要采用脈寬調(diào)制(PWM)來調(diào)光。脈沖寬度調(diào)制(PWM)就是脈沖調(diào)制方法中的一種,，是指工作頻率恒定(即工作周期不變),，通過改變功率開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間或截止時(shí)間來改變占空比。占空比是指高電平在一個(gè)周期之內(nèi)所占的時(shí)間比率,，電工照明,，通過占空比的調(diào)整使輸出電壓穩(wěn)定的方式。廣泛應(yīng)用在從測量,、通信到功率控制與變換及LED照明等許多領(lǐng)域中,。

2.芯片結(jié)構(gòu)框圖

圖1所示為該調(diào)光芯片的結(jié)構(gòu)框圖，其中SDI用于接收數(shù)據(jù),，SDO用于數(shù)據(jù)的向后傳輸,，振蕩器為芯片提供時(shí)鐘晶振，VLED為芯片提供電源,，LDO為一線性穩(wěn)壓器,，數(shù)字控制單元包括decode模塊、PWM模塊,，OUTR,、OUTG、OUTB為芯片的三個(gè)輸出端,，用于顏色顯示,。

3.芯片的工作原理

本芯片采用單線通訊方式傳輸數(shù)據(jù)，采用歸零碼的方式發(fā)送信號(hào),。系統(tǒng)在上電以后,，SDI接收從控制器傳輸來的數(shù)據(jù)流，節(jié)能與環(huán)保,，該數(shù)據(jù)流為基于歸零碼的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，恒光,，當(dāng)每個(gè)芯片接收36bit后,，SDO輸出口開始轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，為下一個(gè)芯片提供輸入數(shù)據(jù)。RGB是工業(yè)界的一種顏色標(biāo)準(zhǔn),，是通過紅(R),、綠(G)、藍(lán)(B)三個(gè)顏色通道的變化以及它們相互之間的疊加來得到各式各樣的顏色,。

系統(tǒng)OUTR,、OUTG、OUTB三個(gè)PWM輸出端經(jīng)過數(shù)字控制單元,，每通道接收到12bit數(shù)據(jù),，每通道有12位PWM灰階控制，有4096灰度等級(jí),。每通道發(fā)出相應(yīng)不同占空比的信號(hào),，店鋪照明，如果輸入的是RESET信號(hào),，系統(tǒng)將接收到的數(shù)據(jù)送LED顯示,。

4.主要功能模塊的實(shí)現(xiàn)

4.1 decode模塊

該模塊用于數(shù)據(jù)的采集，判斷輸入的數(shù)據(jù)是1還是0,， led室內(nèi)照明,，并且將數(shù)據(jù)傳送到R、G,、B端口,。采用脈沖邊沿檢測法，質(zhì)量,，照明方案,，獲得輸入數(shù)據(jù)的上升沿sdi_posedge和sdi_negedge信號(hào)，將一個(gè)數(shù)據(jù)周期的高電平時(shí)鐘數(shù),、低電平時(shí)鐘數(shù),、整個(gè)周期的時(shí)鐘數(shù)分別存放在high_count、low_count,、count_cycle三個(gè)寄存器中,，技術(shù)資訊，在數(shù)據(jù)的下降沿來臨時(shí),，LED-T5一體化燈管,，將high_count寄存器中的數(shù)據(jù)與count_cycle寄存器右移一位的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，建筑照明,，裝修照明,，當(dāng)high_count中的數(shù)值大于count_cycle右移一位的數(shù)值時(shí)，我們判斷此時(shí)輸入的數(shù)據(jù)位1,，反之為0.將此時(shí)獲得的0或者1存儲(chǔ)在8位寄存器data_reg的最后一位,，每來一位數(shù)據(jù)下降沿,，將sdi_negedge_count寄存器加1，照明資質(zhì),，當(dāng)該寄存器的數(shù)值分別為12,、24、36時(shí),，將8為寄存器data_reg中的數(shù)據(jù)賦與rdata,、gdata、bdata用于PWM模塊的編碼,。在sdi_negedge_count為36時(shí),，店鋪照明，將frame_flag寄存器置1,，表示該模塊已經(jīng)接收完數(shù)據(jù),，剩下的信號(hào)通過SDO轉(zhuǎn)發(fā)出去。圖2所示為各個(gè)寄存器的Modelsim的仿真波形,。

4.2 PWM模塊

該模塊用于將decode模塊采集的數(shù)據(jù),，LED照明品牌，用于PWM編碼,，輸出不同占空比的波形,。

圖3中，當(dāng)來一個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí),，循環(huán)計(jì)數(shù)器的輸出增大,，寄存器鎖存一個(gè)12bit信號(hào)，鎖存信號(hào)不斷與循環(huán)計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,，當(dāng)鎖存信號(hào)小于循環(huán)計(jì)數(shù)器的輸出時(shí),，比較器輸出高電平，否則輸出低電平,。

循環(huán)計(jì)數(shù)器循環(huán)一個(gè)周期后,，向寄存器發(fā)出一個(gè)使能信號(hào)EN，寄存器鎖存下一個(gè)信號(hào),。

在每一個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)周期,，由于輸入的調(diào)制信號(hào)的大小不同，比較器輸出端輸出的高電平個(gè)數(shù)不一樣,，因而產(chǎn)生出占空比不同的脈沖寬度調(diào)制信號(hào),。圖4所示為各通道PWM波形。

5.芯片的級(jí)聯(lián)驗(yàn)證和驗(yàn)證分析

該芯片采用單線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行級(jí)聯(lián),，它的特點(diǎn)是：僅用一根數(shù)據(jù)線進(jìn)行信號(hào)傳輸,，極大縮小了印刷電路板尺寸，降低了布線的難度,，需要外圍器件也少,，同時(shí)提高了芯片的可靠性和穩(wěn)定性,。如圖5所示為該芯片的三顆級(jí)聯(lián)工作示意圖。

數(shù)據(jù)從左側(cè)SDI進(jìn)入第一顆芯片,，每個(gè)芯片截取36bit數(shù)據(jù)，剩下的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),，SDO1,、SDO2、SDO3分別為前一個(gè)芯片的輸出數(shù)據(jù),。

RTL級(jí)代碼編寫完畢之后,，用Modelsim進(jìn)行功能仿真，利用Synopsys公司的DesignCompile進(jìn)行邏輯綜合,，利用Prime time工具進(jìn)行靜態(tài)時(shí)序分析,，利用Cadence公司的Silicon Ensemble進(jìn)行自動(dòng)布局布線，在經(jīng)過后仿測試,，最后完成流片,。圖7所示為流片完成后的示波器測試波形圖。

6.結(jié)論

本文利用QuartusII平臺(tái)編寫RTL代碼,，利用Modelsim仿真軟件進(jìn)行了功能仿真,，最后用示波器測試實(shí)物，獲取了理想的波形,，基本達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求,，相應(yīng)的RGB輸出正確的波形。本文至此已基本完成設(shè)計(jì)的要求,，但還需要優(yōu)化代碼,，提高可靠性和穩(wěn)定性才可以用于大規(guī)模生產(chǎn)。