分时驱动式LED显示屏图像串扰的解决方法

分时驱动式LED显示屏图像串扰的解决方法

刘哲洪利华

嘉兴市嘉通广告传媒有限公司浙江嘉兴314000

摘要：LED显示屏（LEDdisplay）是LED点阵显示控制系统，随着LED技术的发展而越来越成熟。由于LED具有亮度高、功耗小、寿命长、性能稳定等一系列优点，LED显示屏逐渐成为平板显示的主流产品之一。LED显示屏主要分为静态驱动和分时驱动两种，分时驱动相比于静态驱动能够大量减少驱动元件，节约成本。但是传统的分时驱动控制系统还存在缺陷，在显示图像时，黑色边缘会产生干扰亮点，并遵循一定的规律。本文分析了分时驱动式LED显示屏图像串扰的解决方法。

关键词：分时驱动式；LED显示屏；图像串扰；解决方法；

一、概述

1.LED器件的驱动。从LED器件的发光机理可以知道，当向LED器件施加正向电压时，流过器件的正向电流使其发光。因此LED的驱动就是要使它的PN结处于正偏置，同时为了控制它的发光强度，还要解决正向电流的调节问题。具体的驱动方式有直流驱动、恒流驱动和扫描驱动等。

2.LED显示屏的原理。LED显示屏是一种新型的信息显示媒体，它是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕，具有发光效率高、使用寿命长、色彩丰富等特点。该点阵以计算机为处理控制中心，电子屏幕与电脑显示器窗口某一区域逐点对应，显示内容实时同步。

3.LED显示屏的分类。LED显示屏类别很复杂，分类方法很多。按基色数量分为单色屏、双基色屏、全彩屏。其中单基色显示屏是指单一颜色（红色或绿色）；双基色显示屏指红和绿双基色，256级灰度，可以显示65536种颜色；全彩色显示屏指红、绿、蓝三基色，256级灰度的全彩色显示屏，可以显示一千六百多万种颜色。按显示器件分为LED数码显示屏、LED点阵图文显示屏、LED视频显示屏。LED数码显示屏的显示器件为7段码数码管，适于制作时钟屏、利率屏等，显示数字的电子显示屏；LED点阵图文显示屏的显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适于播放文字、图像信息；LED视频显示屏的显示器件是由许多发光二极管组成，可以显示视频、动画等各种视频文件。按使用地点分为LED室内屏、LED室外屏及车载LED屏。LED室内屏发光点较小，显示面积一般几至十几平方米；LED室外屏面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作，具有防风、防雨、防水功能。

二、分时驱动式LED显示屏图像串扰的解决方法

1.LED显示屏分时驱动电路是规则的阵列排布，主要由3部分组成：行选择电路（RowSelec—tionCircuit）、LED点阵和列控制电路（ColumnContr01Circuit）。行选择电路采用译码器分时选通一行，选中行作为正向LED驱动源，其余行断开，列控制电路将存储的二进制图像信息转换成门电路的通断，从而相应的LED点阵亮暗形成画面。点阵LED采用正交式分布阴极共用列控制电路的输出端，行、列依次级联就形成了LED显示屏分时驱动电路的基本结构。LED分时驱动电路布局密度大，在高频环境下工作时容易受到寄生电容影响，导致严重的行间串扰。寄生电容大量集中于布线紧密的行驱动电路端。由于电容的非瞬态充放电特性，在频繁切换行电路时不能彻底将驱动源截止，寄生电容充当了下一时刻的瞬间驱动源。当行选择电路切换至列控制电路输出端，寄生电容截止瞬间还存在残留电压，残留电荷通过回路流经LED释放，寄生电容通过残留电荷致使不工作的，产生微弱的发光，反应到显示屏上时，图像边缘会有明显的无关亮点。在移动“鼠标手”时，LED显示屏上形成了一条长长的“拖尾”，亮斜线周围有许多微弱的亮点。

2.寄生电容的消除。电容是储能元件，由于功率不能无穷大，所以能量无法突变，电荷释放需要时间。在实际的分时驱动式LED显示电路中，电路板级平行走线分布过密，以及大量的LED单元和晶体管器件自身的结电容都是形成寄生电容的主要原因。为了消除寄生电容影响，本文采用了稳压电路，利用等电势直流放电原理将寄生电容电荷迅速释放到地，而不再流经LED。在行选择电路切换时，如果能够保证截止后的行驱动电路端寄生电容电势低于LED的开启电压，那么寄生电容就无法驱动LED。一般的LED顺向开启电压在2.5V左右，因此设计稳压电路，在行切换的瞬间，寄生电容电荷将优先通过稳压电路释放到地。改变分压电阻的大小可以调整行驱动源在截止时的稳定电势。

3.系统测试。（1）测试仪器：直流稳压电源、数字万用表。（2）测试方法：直流稳压电源提供5V为电路供电，接通交流220V电源，第一行信号接高电平‘1’，第一列信号接低电平‘0’，这时矩阵中第一行、第一列对应的LED灯会亮。第一行信号不变，第二列信号接低电平‘0’，这时矩阵中第一行、第二列对应的LED灯会亮，以此类推。（3）出现问题及解决方法：如果电源通电后灯泡不亮时，数字万用表测量桥式整流后电压是否正常；如果测试过程中遇到某一个灯泡不亮时，检测这个灯泡座下的二极管接线是否有松动；如果测试过程中遇到某一行或某一列灯泡不亮时，检测行列对应的直流固态继电器线圈是否得电、触点是否闭合。

4.改进的列控制电路。传统LED显示屏列控制电路采用单列LED的阴极端选通控制，它只能输出高阻和低电平两种状态。图像信息转换成二进制后由列控制电路输出，在OUT输出端为低电平时导通LED，相反高阻态关断LED。对应信号时序波形作为当前行驱动源时，列控制电路选通电路且由50mA的恒流源驱动，稳定后，实验测得输出端OUT电压近似工作时两端的顺向电压。在截至后行驱动电路继续工作，而此时的输出高阻，由于稳压电路将行电压限制在2V以下，低于输出端OUT为了维持电势平衡，电势降低，实验侧得该值大小在之间。在OUT维持低电势期间导通，但由于行线和0UT存在明显的电势差，电流在瞬间会从行驱动端流过LEDl至低电势端，致使LED发光，时序图中对应为虚线中所示。显然，列控制电路采用传统的不能解决稳压电路引入的问题，它能够输出高电平和低电平两种状态，同时电路设计简单，易于实现。采用FPGA模拟LED列控制驱动电路，输出端由两个MOS晶体管产生两态输出。FPGA内部主要分成3个模块：时钟模块（ClockModule），用于两态门电路时序产生；时序控制模块（TimingControlModule），控制准确的时序产生两个MoS管的开关；恒流源模块（Con—stantCurrentModule），用于产生驱动LED的恒定电流源。对比传统列控制电路，本设计将原有的单晶体管电路改为双晶体管模式，在输出端能够产生高电平输出。将增加的管漏极连接至上拉电压作为高电平输出，“鼠标手”周围已经没有了“拖尾”现象，亮线周围由串扰引起的错误亮点也彻底消失了。

采用稳压电路消除传统LED显示屏电路中由于高频工作引起的寄生电容，并且基于FPGA模拟实现了两态门列控制电路，相比于传统的列控制电路能够解决稳压电路引入的问题，增大显示分辨率对提高显示效果作用最为显著，但目前还有诸多限制，相比于传统的分时驱动式LED能够彻底消除图像串扰现象。

参考文献：

[1]康华光.电子技术基础，数字部分（第六版）[M].北京：高等教育出版社，2016.

[2]阎石.数字电子技术基础，（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2017.