手機(jī)背光驅(qū)動(dòng)的原理與應(yīng)用

顯示屏按其顯示原理大致可分為CRT(顯像管)、LCD(液晶)及OLED三類，從市場(chǎng)應(yīng)用看，手機(jī)中使用的顯示屏主流是LCD，OLED只在翻蓋機(jī)的小屏中占有少量份額，而CRT在手機(jī)中沒(méi)有用到。

LCD本身不會(huì)發(fā)光，要想讓其顯示所要數(shù)據(jù)和圖像，就必需使用白光背光源，手機(jī)中的白光背光源一般由數(shù)個(gè)側(cè)發(fā)光白色LED燈組成，LED燈的個(gè)數(shù)由屏的大小尺寸決定，一般由2~6個(gè)不等。本文就以該LED燈的驅(qū)動(dòng)為對(duì)象，介紹手機(jī)中背光驅(qū)動(dòng)的原理與應(yīng)用。背光驅(qū)動(dòng)

下圖是手機(jī)LCD模組的大概架構(gòu)，背光LED即在反光膜之上，導(dǎo)光板之下。

背光驅(qū)動(dòng)反射自燈管所入射的光，提高光的利用率支撐導(dǎo)光板和所有膜材，防止變形貼歪

接受光源,引導(dǎo)光的散射方向

將反射光源均勻擴(kuò)散,遮蓋網(wǎng)點(diǎn),防止正面出現(xiàn)散射點(diǎn)

提高光的利用率2、白光LED驅(qū)動(dòng)電路的基本要求

1）滿足背光的亮度要求；

2）整個(gè)顯示屏亮度均勻（不允許有某一部分較亮、另一部分較暗的情況）；3）亮度可以方便地調(diào)節(jié)；

4）驅(qū)動(dòng)電路占PCB空間要?。?/p>

5）工作效率高；

6）綜合成本低；

7）對(duì)系統(tǒng)其他模塊干擾小。背光驅(qū)動(dòng)

以上條件應(yīng)用場(chǎng)合不同，側(cè)重點(diǎn)也不同，有的方案中可能會(huì)把背光驅(qū)動(dòng)電路的成本放在第一位，而有的方案中則可能會(huì)把背光驅(qū)動(dòng)電路的性能放在第一位。

背光驅(qū)動(dòng)3、白光驅(qū)動(dòng)方式

白光LED驅(qū)動(dòng)方式主要有兩種：一種是采用電感升壓式DC/DC升壓變換的原理來(lái)驅(qū)動(dòng)，所有的LED串聯(lián)接在一起，一般也叫做串聯(lián)型驅(qū)動(dòng)方式；另一種是采用升壓式電荷泵驅(qū)動(dòng)電路，所產(chǎn)生的電壓一般在5V/4.5V或者是根據(jù)LED的正向?qū)妷憾赃m應(yīng)確定的一個(gè)電壓，所有的LED并聯(lián)在一起，一般也叫做并聯(lián)型驅(qū)動(dòng)方式。

背光驅(qū)動(dòng)

串聯(lián)型驅(qū)動(dòng)電路

串聯(lián)型驅(qū)動(dòng)電路是出現(xiàn)比較早的驅(qū)動(dòng)電路，早期手機(jī)的LED背光大都采用此種方式，顧名思義，串聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電路中各白光LED采用串聯(lián)的方式連接在一起，因此，經(jīng)過(guò)各個(gè)燈的電流都是一樣的，從而保證了每顆燈的亮度一樣，發(fā)光亮度均勻是該方式的最大優(yōu)點(diǎn)。由于各燈采用串聯(lián)連接方式，而每顆燈Vf電壓為3.0~3.4V，所以該方式的驅(qū)動(dòng)電路就需要采用DC/DC升壓電路把電壓升到所需電壓，從而會(huì)使該電路產(chǎn)生EMI輻射，可能影響到手機(jī)的射頻指標(biāo)。

背光驅(qū)動(dòng)

該IC的FB管腳為反饋輸入端，R1為反饋電阻，LED的最大電流由該反饋電阻控制，IC內(nèi)部FB管腳上的參考電壓為104mV，反饋電阻的阻值可通過(guò)下式算得：

R1=104mV/Iled

若Iled=20mA，則R1=104mV/20mA=5.2ohm，可選5.1ohm的1%精度的電阻。實(shí)際應(yīng)用中EN腳接PWM信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的占空比來(lái)調(diào)節(jié)實(shí)際流過(guò)LED的電流，使LED從不亮到滿亮度之間逐級(jí)可變。我們公司一般設(shè)五級(jí)，分別為20%、40%、60%、80%、100%。背光驅(qū)動(dòng)

并聯(lián)型驅(qū)動(dòng)電路

雖然串聯(lián)型電路具有電流匹配度高和效率高的優(yōu)點(diǎn)，但是其整體的方案中需要一個(gè)功率電感和和一個(gè)大的肖特基二極管，這些使得其綜合成本和并聯(lián)型驅(qū)動(dòng)電路相比沒(méi)有太大優(yōu)勢(shì)。同時(shí)所需貼片電感尺寸比較大，而且處理不好的話容易產(chǎn)生EMI問(wèn)題，所以當(dāng)前手機(jī)上用的背光驅(qū)動(dòng)電路以并聯(lián)型電路為主。早期的并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電路只是解決了LED所需要的電壓?jiǎn)栴}，它把電池電壓統(tǒng)一通過(guò)電荷泵的方式升壓到5V或者4.5V的這樣一個(gè)固定的電壓，然后每一個(gè)LED通過(guò)串聯(lián)一定的電阻阻值來(lái)控制LED的電流。

下面先簡(jiǎn)要說(shuō)明電荷泵的升壓原理。

背光驅(qū)動(dòng)充電放電背光驅(qū)動(dòng)電荷泵基本原理框圖VOUT=2*VIN取樣電阻誤差放大器內(nèi)部開(kāi)關(guān)

電荷泵的工作狀態(tài)可為兩部分：充電和放電

1)、充電狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)S1和S4閉合，S2和S3斷開(kāi)，Vin對(duì)

Cf充電，Cout對(duì)負(fù)載供電；

2)、放電狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)S2和S3閉合，S1和S4斷開(kāi)，Vin和

Cf串聯(lián)后對(duì)負(fù)載供電，同時(shí)給Cout充電。輸出電壓

Vout=Vin+Vcf

充放電的頻率取決于開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率，開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率由其前級(jí)的控制電路決定。頻率越高，則對(duì)Cf和Cout的容值要求越小。取樣電阻取出Vout送入誤差放大器和Vref進(jìn)行比較，比較后的信號(hào)經(jīng)放大后控制Cf的充電時(shí)間及充電電壓，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。背光驅(qū)動(dòng)背光驅(qū)動(dòng)

1.5X模式原理框圖如下：

電荷泵的效率：

2X模式時(shí)，

=Vout/2*Vin1.5X模式時(shí)，

=Vout/1.5*Vin

由上式可知，在輸出電壓一定的情況下，輸入電壓越小，電荷泵的效率越高，2X模式下效率如下：當(dāng)VIN=3.1V，VOUT=5V時(shí)，理論效率可以達(dá)到83.3%；當(dāng)VIN=4.2V,VOUT=5V時(shí)，理論效率最高就只有59.5%。電荷泵內(nèi)部開(kāi)關(guān)工作在高速開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以電荷泵也存在EMI問(wèn)題，可以在升壓電容處測(cè)到其開(kāi)關(guān)波形，但電荷泵的噪聲相對(duì)于電感式的DC/DC來(lái)說(shuō)是很小的。

背光驅(qū)動(dòng)

如下圖，是早期的固定模式并聯(lián)驅(qū)動(dòng)電路，該電路的缺點(diǎn)很明顯，一是當(dāng)電池電壓較高時(shí)，電路的效率太低；二是電流匹配度較差。背光驅(qū)動(dòng)

下圖是某背光IC的內(nèi)部框圖，同時(shí)帶電荷泵和恒流源兩部分電路，Vout輸出的是正壓。背光驅(qū)動(dòng)

下圖為RT9364的應(yīng)用圖，該IC內(nèi)部也包含了電荷泵和恒流源電路，其電荷泵輸出的是負(fù)壓。背光驅(qū)動(dòng)

下圖為艾為的AW9364的應(yīng)用原理圖，其外圍沒(méi)有電荷泵的升壓電容，屬恒流源型背光驅(qū)動(dòng)IC，每顆燈電流為20mA時(shí)，恒流源的壓降為40mV。背光驅(qū)動(dòng)此處壓降為40mV

下圖是圣邦微電子的SGM3127的應(yīng)用原理圖，該IC也屬于恒流源型背光驅(qū)動(dòng)，其電路更加精簡(jiǎn)，IC只有6個(gè)引腳，EN腳即當(dāng)使能腳用同時(shí)也是IC的電源管腳。背光驅(qū)動(dòng)背光LED亮度調(diào)節(jié)方法目前手機(jī)上常用的背光LED亮度調(diào)節(jié)方法有兩種，一種是PWM調(diào)光，另一種是數(shù)字脈沖調(diào)光。

PWM(PulseWidthModulation)即脈沖寬度調(diào)制，該調(diào)光技術(shù)是一種利用PWM信號(hào)的占空比來(lái)調(diào)節(jié)背光亮度的調(diào)光方法，其信號(hào)的頻率和占空比都可以通過(guò)軟件進(jìn)行設(shè)置。一般通過(guò)硬件設(shè)置通過(guò)LED的最大電流Imax，然后通過(guò)設(shè)置PWM的占空比來(lái)調(diào)節(jié)實(shí)際流過(guò)LED的電流，占空比為100%時(shí)，流過(guò)LED的實(shí)際電流即為Imax，占空比為50%時(shí)，流過(guò)LED的實(shí)際電流即為Imax的50%。一般使用三角波或鋸齒波做載波，調(diào)制信號(hào)可以是正弦信號(hào)也可以是直流信號(hào)，在手機(jī)背光調(diào)節(jié)中該調(diào)制信號(hào)是直流信號(hào)，改變直流信號(hào)的電壓，可以改變PWM信號(hào)的脈寬，改變載波信號(hào)的頻率，可以改變PWM信號(hào)的頻率。背光驅(qū)動(dòng)

數(shù)字脈沖調(diào)光是一種利用脈沖個(gè)數(shù)的不同來(lái)實(shí)現(xiàn)背光調(diào)節(jié)的調(diào)光方法，此種方法占用一個(gè)普通的GPIO口，調(diào)光時(shí)通過(guò)向背光IC的EN端口發(fā)送相應(yīng)個(gè)數(shù)的脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)階數(shù)的背光調(diào)節(jié)，一般有16階可調(diào)，所發(fā)脈沖要滿足IC相應(yīng)的要求。下圖為某IC對(duì)脈沖的相應(yīng)要求，EN腳是芯片的使能引腳，所以EN腳的第一個(gè)高脈沖保持時(shí)間需要大于20us，以打開(kāi)該IC，在LED電流大小設(shè)置完成后，EN引腳需保持高電平。同時(shí)當(dāng)?shù)兔}沖保持時(shí)間大于2ms時(shí)，該IC關(guān)閉。背光驅(qū)動(dòng)案例分析

案例一：M280-B上出現(xiàn)無(wú)規(guī)律死機(jī)問(wèn)題分析：該項(xiàng)目用的背光IC為AAT3195，其調(diào)光模式是數(shù)字脈沖調(diào)光，在使用該方式發(fā)送脈沖調(diào)節(jié)背光時(shí)，原則上需要屏蔽中斷，以防止脈沖發(fā)送過(guò)程中有中斷到來(lái)而打斷脈沖發(fā)送，導(dǎo)致背光調(diào)節(jié)失敗。但MTK

手機(jī)系統(tǒng)屏蔽中斷的時(shí)間有個(gè)限制，不能超過(guò)

60*12/13us=55.4us，具體的軟件有個(gè)檢測(cè)工具可以判斷是否有超過(guò)這個(gè)時(shí)間。如果超過(guò)這個(gè)時(shí)間，系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)死機(jī)等故障，M280-B的死機(jī)問(wèn)題就是屏蔽中斷的時(shí)間超過(guò)了這個(gè)值而引起的。

背光驅(qū)動(dòng)案例三：M524V1.7的機(jī)子背光不能調(diào)節(jié)，致使五個(gè)背光等級(jí)的亮度一樣。分析：M524用的是MT6235平臺(tái)，背光IC是AW9364，該IC

是數(shù)字脈沖調(diào)節(jié)方式。由于35自身平臺(tái)的BUG，我們?cè)诒彻釯C的EN腳上增加了一個(gè)RC濾波電路，軟件通過(guò)

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