2018/10/17
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LED显示屏振荡问题研究
LED显示屏的显示效果及寿命，很大程度上取决于驱动芯片的性能优劣。LED屏厂在进行LED显示屏驱动芯片的导入时，更多的是关注显示效果，譬如低灰是否显示一致，渐变是否过渡均匀，斜扫是否有暗亮点，开短路情况等，这些测试项会展现给终端客户。
显示效果的测试，是最重要的一步，但也是第一步。
对驱动芯片有更深入的认识，可以使我们LED显示屏的性能及寿命有更清晰的评估。现在，越来越多的屏厂工程师，在进行驱动芯片导入时，开始关注芯片本身的工作环境及工作方式。譬如，驱动电流的一致性，REXT电压的一致性，芯片VDD尖峰，驱动端口的波形等等。
LED显示驱动端口振荡现象
驱动芯片的OUT驱动端口，直接与LED灯相连，是驱动芯片最核心的部分。鉴于振荡给LED显示屏带来的诸多危害，本文将针对某些驱动芯片存在的端口振荡问题做简单介绍，并分析其产生的原因及改善方式。
测试方法
电源为5V40A电源，带单个模组。模组正常点亮，用示波器探头，接地端连接模组地线接入口，探头接触驱动芯片的驱动端口。
测试结果
市场某主流驱动芯片在干扰较大的模组上(譬如P10静态等)，出现了端口振荡现象。
金合光电倾囊相授：LED显示屏振荡问题研究
SM16016/SM16026在干扰较大板型上，没有出现振荡现象
金合光电倾囊相授：LED显示屏振荡问题研究
某主流IC在干扰较大板型上，出现振荡现象
振荡的危害
端口的振荡，带来了诸多危害：
显示效果差
芯片内部的恒流反馈环路，在稳定的工作状态下，才能达到理想的恒流效果。端口振荡，芯片无法达到恒流。更需说明的是，此类易振荡的芯片，在低灰时，仍然会有振荡发生，严重影响低灰效果。对一致性要求较高的全彩屏而言，屏厂花了恒流芯片的钱，比用了恒压芯片甚至更差的效果。
LED灯的使用寿命大幅度降低
从振荡波形可知，LED灯的负极一直在电压差为2V，频率20MHz左右的类正弦波下工作。较大的电源尖峰、瞬态大电流、持续极高频的开关会降低LED灯的使用寿命。
电源波动大，降低电源寿命
如果5V40A电源满负载工作，即40A电流负载，那么对于电源来讲，电流变化将是安培级电流在20MHz左右持续振荡。直流电源输出端电容，在较高频率的大电流波动下，等效内阻发热，降低寿命，进而造成更大的模组尖峰。损坏的不仅仅是电源，而是模组上所有的元器件及驱动芯片。
EMI超标
持续频率20MHz的类正弦波，每个驱动端口的电流变化在0mA到40mA左右，电源则是安培级电流在20MHz左右持续振荡。这样会导致整个箱体，在20MHz左右频率点上的dBuV值叠加，最终导致EMI在该频率点易超标准。
模组电容异响
电容响声往往是由于电容发热损坏造成。同理于电源电容，端口振荡会更易造成电容损坏并发出异响。
振荡的原因及防范措施
振荡原因
以恒流源驱动芯片应用方案为例解释OUT端口振荡现象。
金合光电倾囊相授：LED显示屏振荡问题研究
系统应用图(含寄生参数)
电感L0、L1……LN是系统电源走线上的寄生电感，电容C0是走线寄生电容。
系统电源VIN上电时，OUT端口电压下降超过LED灯电压降后，OUT端口开始输出电流，寄生电感L0~LN上的电流发生变化，因此系统电源走线上的电压出现纹波。
上图中，OUT端口输出电流开启，端口寄生电感L上产生电压突波，同时电源VIN存在电压纹波，因此芯片OUT端口出现较大幅度的电压纹波。
LED显示屏上所有的LED灯同时被点亮，即屏上所有驱动端口开启输出电流，在此瞬间OUT端口的电压纹波来源：1)芯片OUT端口寄生电感产生OUT端口电压纹波;2)各条电源或者地线上的寄生电感导致系统电源VIN上产生电压纹波，串联传输至芯片OUT端口。
另外，增加驱动端口响应时间的做法，会造成低灰显示效果差的问题。
防范措施
从上述分析可知，避免端口振荡的措施为：
1， 驱动芯片稳定性：更换稳定性更好的驱动芯片，从源头上避免振荡出现。
2， 模组走线优化，减少寄生电感：尽量采用地线，电源线铺铜的方式，但是受限于板上空间限制，改善空间不大。
3， 模组电容加大：会带来成本的增加。
结语
由于市面上某些驱动芯片的内部稳定性较差，在板上寄生电感影响下，出现驱动端口振荡的问题。这样会导致显示效果差、缩短LED灯及电源寿命、更高的EMI、电容异响等问题。
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