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  • 大功率RGB LED驱动器支持彩色照明设计

       下一代建筑和装饰照明通过适当组合红、绿、蓝LED的输出能够获得更全面的色彩。在这种高亮度、多LED串联的应用中,典型导通压降可能达到22V至36V,吸收电流为1A至2A。图1所示LED驱动器能够为多个LED串联的模块提供2A的驱动电流,正向导通电压可以达到36V。该电路仅驱动RGB LED的一种颜色,驱动三种颜色需要三路这样的驱动器。由于LED产生的光强与其导通电流并非线性关系,选择通过PWM(而非LED电流幅度)控制亮度等级,每个LED由脉冲调制的固定电流控制灯光亮度。IC控制器利用平均电流模式提供LED驱动,需要最少的外部元件。  工作原理  为了高效提供电流驱动,LED驱动器采用连续导通模式(CCM)的boost拓扑,利用平均电流模式控制输入电压的升压转换,为LED负载提供恒流驱动。单一芯片(MAX16821B)工作在300kHz,控制boost转换器工作。由于boost转换器拓扑在转换器输入和输出之间提供了一个直接通道,必须确保串联LED的最小导通电压大于输入电源电压的最大值。LED负载通过MOSFET (Q1)和检流电阻(R13)跨接在boost转换器的输出端,PWM ON期间Q1接通LED电流,PWM OFF期间则断开电流通道。检测R13两端的电压(代表通过LED的电流)时,IC可以抑制共模噪声并在DIFF引脚提供以地为参考的输出,增益为6V/V。检流放大器输出信号与内部电压误差放大器的0.6V基准相比较,差分检流放大器的6V/V增益能够使电流检测的参考点从0.6V降至0.1V,即在额定负载电流下R13的压差只有0.1V,有助于提高效率。该boost转换器采用平均电流控制模式,通过两个反馈环路控制LED电流。外环路检测LED电流,并将其与基准电压相比较,在EAOUT (第17引脚)产生放大后的误差信号。内环路检测误差放大器的电压输出,相应地控制流过电感(L1)的电流。误差放大器输出还决定了以R13设置的电流驱动LED时所需要的电感电流,LED额定电流在R13产生的压降为0.1V。  第二个检流电阻(R15)用于设置电感返回通道的电流。U2内部的差分电流检测放大器提供34.5V/V增益。电流误差放大器将该输出电压与电压误差放大器的输出进行对比,产生内部平均电流控制环路的误差信号。这一放大后的误差信号与内部振荡器斜波进行比较,最终产生PWM信号(在DL第3引脚)用于驱动MOSFET Q2。电流误差放大器的高增益使得电路能够根据电压环路的要求产生平均电感电流(在所允许的限制范围内),保持非常低的误差。在指定的输入电源电压和LED正向导通电压(忽略开关、二极管、检流电阻等元件的压差)下,boost转换器的CCM工作模式决定了PWM开关的占空比,固定占空比与所要求的LED电流相对应,由此确定所需要的电感电流。电压环路控制电流环路产生这一平均电感电流,从而提供所需的LED电流。两个控制环路都应提供独立补偿,以确保稳定工作。转换器设计  转换器参数要求如下:  ● 输入电压范围:9V至15V  ● 最大LED正向导通电压:33V  ● LED电流:2A  ● 开关频率:300kHz(频率较低时会提高滤波成本,频率较高时则会降低效率、提高EMI。根据这些因素,将开关频率优化在300kHz)。  利用下式计算Q2的ON占空比:  式中VLEDMAX为LED的最大导通电压(应该包括MOSFET Q1的压降和检流电阻R13的压降),VD是整流二极管D1两端的电压,VINMIN是最小输入电压,VFET为ON期间MOSFET Q2的平均电压。该电路中:DMAX = 0.74。  选择电感(L1)时,必须考虑其电感量和额定峰值电流,利用下式计算最大平均电感电流 (ILAVG):  确定电感峰值电流(ILPEAK)时,须注意流过电感的纹波电流,与电感值和开关频率有关。假设电感电流的最大峰峰值纹波(ILPP)为20%。由于ILPP为平均电感电流ILAVG的20%,则:  上式中代入已知参数,得到:ILAVG = 7.7A、ILPEAK = 9.24A。接下来计算最小电感值LMIN,电感电流纹波设置在最大值:  式中FSW为开关频率。  将已知参数代入上式,可得:ILMIN=7.05mH。电感值增加20%容限,可选择10mH标准电感。  电阻R15检测通过电感的平均电流,在R15上产生25.7mV(最小值)压差的电流是平均电流控制环路所允许的最大电感电流。借助该项功能,能够在过载情况下保护外部器件,通过钳制作用在电流误差放大器的基准电压的最大值实现这一保护功能。选择R15应确保其流过最大电感电流时电阻两端的电压低于25.7mV。该应用中,正常工作时R15两端的最大电压为24mV。可以利用公式:计算R15,在式中代入已知参数,可得:R15=3.11mW,实际电路选择3mW电阻。  滤波电容  利用公式计算输出电容COUT (C6、C7、C8和C9并联),式中,VLEDPP为boost输出电压的峰峰值。该峰峰值结合LED在额定电流下的动态电阻、决定了LED的纹波电流。为保持色度和LED的使用寿命,LED的纹波电流应该保持在平均电流的10%以内。上式中代入已知参数,得到:COUT=17mF,电路中各电容近似选择为4.7mF、50V陶瓷电容。利用公式计算输入电容CIN (C3、C4、C5并联),式中VINPP是输入电压纹波的峰峰值,本应用中取值为输入电压的0.4%。将已知参数代入等式,可得:CIN = 22.3mF,近似用三个10mF、25V陶瓷电容(L1左侧)替代。  反馈补偿  平均电流控制环路  为确保平均电流控制环路的稳定性,电流误差放大器的增益应该限定在某一数值以内(频率接近开关频率)。理由是:Q2处于OFF期间,通过R15测得的电流不断衰减,在此期间为负斜率变化。负斜率信号放大后作用到误差放大器的输入,经过电流误差放大器再次放大,最终转换成正斜率信号作用在PWM比较器输入。为了保证电流环路稳定,这个正斜率信号不能超过作用在PWM比较器另一输入端的三角波信号的正斜率。这一条件限定了信号到达PWM比较器之前电感电流的总增益(开关频率处)。低频总增益可以更高一些,允许平均电感电流精确建立在所设定的稳态值。从IC(U2)架构可以看出,通过控制电流误差放大器的增益级可满足稳定性要求。利用下式可以计算开关频率处的最大增益,确保放大器环路稳定:  式中VRPP为内部纹波的峰峰值(2V),L为L1电感值,AVCSA为电流检测放大器的差分增益(34.5V/V)。将已知参数代入公式可得:ACEA=1.75V/V。内部电流误差放大器为跨导放大器,增益为550mS (550mA/V)。电阻R10连接到误差放大器输出CLP (第16引脚),控制电流误差放大器在开关频率处的增益。电阻R10为:  代入已知参数,可得:R10= 3.18kW。应用中采用3.16kW标准电阻。  如果R10接GND,频率低于3dB截止频率时,电流误差放大器的增益为1.75V/V。为保证环路稳定,要求在接近开关频率时总增益为1.75V/V。较低频率下即使具有较高增益,也不会放大线性衰减的电感电流,电感电流纹波不存在低频分量。电流误差放大器传输函数中引入一个零点,将使电流环路增益在零点频率以上变得平坦(1.75V/V),并在零点频率以下增益明显提升。零点频率由C11和R10决定,本应用中最佳零点频率为开关频率的1/12,能够快速地将平均电感电流建立在设定值。为了在1/12开关频率处放置一个零点,按照下式计算。 代入已知参数,得到:C11=1.99nF,选择2.2nF标准电感。  C10在开关频率处引入高频极点,抑制开关操作引入的各种噪声:。代入已知参数,得到:C10=152pF,可选择180pF标准电感。  电压控制环路  通过反馈环路保持R13两端的电压固定,最终得到固定的LED电流。根据LED电流和开关占空比产生一个固定值,电压控制环路为电流控制环路产生一个输入基准,用于设置电感的平均电流。比较R13两端的压降和100mV基准,电压误差放大器对这一差值进行放大,产生一个与所要求的电感平均电流相对应的基准电压,利用下式计算基于LED电流的R13电阻值::,式中,ILED为LED电流(本应用中为2A),0.1V是电压控制环路的反馈基准。代入已知参数,得到:R13=0.05W。电阻额定功率应该高于ILED2×R13。      由于boost转换器工作在连续导通模式,电源电路传输函数存在一个右半平面(RHP)零点。该零点提供20dB/十倍频程的增益和90度的相位滞后,很难补偿。最简单的方法是在低于RHP零点频率处抵消该零点,将环路增益降至0dB(利用-20dB/十倍频程)。对于boost转换器,下式给出了最差工作条件下的RHP零点频率(FZRHP):,代入已知参数,可以得到:FZRHP=17.7kHz。  平均电流控制环路将电感和输出电容COUT构成的双极点、2阶系统转换成1阶系统,1阶系统的单个极点由输出滤波电容和输出负载电阻决定。输出滤波电容和输出负载动态电阻构成的极点频率由下式计算:,式中,RLD是LED负载的动态电阻(本应用中所使用的LED电阻为4.5W)。代入已知参数后,可得:FP2=1.88kHz。电压误差放大器的输出到差分电压放大器输出的电压控制环路直流增益(最大占空比时)由下式计算:,式中6V/V是图1中U2内部差分电压放大器的增益,代入已知参数,可得:GP=0.75V/V。  为了补偿电压控制环路(使环路保持稳定并具有足够的相位裕量),环路单位增益的频率(FC)应该低于RHP零点频率的1/5。本应用中,为了获得较好的相位裕量,单位增益频率选择RHP零点频率的1/10:,代入已知参数,可得:FC=1.77kHz。电压误差放大器传输函数具有一个主极点(FP1)和一个零点(FZ1),用于补偿输出极点FP2和高频极点(FP3)。补偿零点(FZ1)放置在输出极点频率,利用下式计算电压误差放大器的增益(FZ1处),总环路增益在FC频点的增益为0dB:,代入已知参数,得到:AEA1=1.25V/V。电阻R14和R12决定增益AEA1:。将R12任意设置在2.2kW,得到:R14 = 2.75kW。  C14和R14决定补偿零点频率FZ1,按照下式计算C14:,代入已知参数,得到:C14=30.8nF,实际应用可以选择100nF电容。选择较大的电容有助于改善PWM性能,在PWM OFF期间通过断开Q3可以保持C14上的电荷。C12将高频极点(FP3)置于开关频率的一半,按照下式计算C12:,代入已知参数后可得:C12 = 386pF,选择470pF标准电容。PWM调光和LED保护  LED通过连接在PWMDIM输入端的低频PWM信号调节亮度(外部信号作用在图1电路),PWM信号幅度范围:3V至10V,频率可达2kHz。电路中,外部MOSFET (Q1)与LED串联能够快速接通、切断LED电流。PWM ON期间,Q1导通;PWM OFF期间Q1断开。LED关闭时,U3将CLP拉低,禁止PWM开关工作,关闭Q2。  小信号MOSFET Q3用于完成一个重要功能,PWM调光时可直接影响LED电流控制环路的响应时间。PWM OFF期间处于断开状态,阻断C12/C14通路使其在OFF周期内保持电荷量不变;PWM返回ON状态时,电压误差放大器的输出可以立即达到前期的稳态值,几乎在LED导通的同时建立LED电流。通用运算放大器(U1)能够在LED温度达到85℃时阻止电流的流通,为LED提供保护。利用EPCOS NTC电阻检测温度,将其安装在LED板,假设25℃时对应的阻值为10kW,运算放大器的输出控制U2的EN输入,当温度达到85℃时关闭LED,温度降至75℃时恢复LED导通。  如果没有过压保护,LED开路时升压转换器可能使电压上升到不安全的水平。图1所示电路能够在输出电压上升到33.5V时关闭转换器。当U2的OVI输入超过1.276V (电阻R5/R7电阻分压器设置的门限,对应于33.5V过压门限)时,关闭PWM开关,提供系统保护。为了保持过压门限精度,R7选择25kW电阻。利用下式计算过压门限对应的R5:   ,式中VOVT为所要求的门限。

    时间:2009-11-20 关键词: LED 大功率 彩色 rgb

  • 大功率RGB LED驱动器支持彩色照明设计

       下一代建筑和装饰照明通过适当组合红、绿、蓝LED的输出能够获得更全面的色彩。在这种高亮度、多LED串联的应用中,典型导通压降可能达到22V至36V,吸收电流为1A至2A。图1所示LED驱动器能够为多个LED串联的模块提供2A的驱动电流,正向导通电压可以达到36V。该电路仅驱动RGB LED的一种颜色,驱动三种颜色需要三路这样的驱动器。由于LED产生的光强与其导通电流并非线性关系,选择通过PWM(而非LED电流幅度)控制亮度等级,每个LED由脉冲调制的固定电流控制灯光亮度。IC控制器利用平均电流模式提供LED驱动,需要最少的外部元件。  工作原理  为了高效提供电流驱动,LED驱动器采用连续导通模式(CCM)的boost拓扑,利用平均电流模式控制输入电压的升压转换,为LED负载提供恒流驱动。单一芯片(MAX16821B)工作在300kHz,控制boost转换器工作。由于boost转换器拓扑在转换器输入和输出之间提供了一个直接通道,必须确保串联LED的最小导通电压大于输入电源电压的最大值。LED负载通过MOSFET (Q1)和检流电阻(R13)跨接在boost转换器的输出端,PWM ON期间Q1接通LED电流,PWM OFF期间则断开电流通道。检测R13两端的电压(代表通过LED的电流)时,IC可以抑制共模噪声并在DIFF引脚提供以地为参考的输出,增益为6V/V。检流放大器输出信号与内部电压误差放大器的0.6V基准相比较,差分检流放大器的6V/V增益能够使电流检测的参考点从0.6V降至0.1V,即在额定负载电流下R13的压差只有0.1V,有助于提高效率。该boost转换器采用平均电流控制模式,通过两个反馈环路控制LED电流。外环路检测LED电流,并将其与基准电压相比较,在EAOUT (第17引脚)产生放大后的误差信号。内环路检测误差放大器的电压输出,相应地控制流过电感(L1)的电流。误差放大器输出还决定了以R13设置的电流驱动LED时所需要的电感电流,LED额定电流在R13产生的压降为0.1V。  第二个检流电阻(R15)用于设置电感返回通道的电流。U2内部的差分电流检测放大器提供34.5V/V增益。电流误差放大器将该输出电压与电压误差放大器的输出进行对比,产生内部平均电流控制环路的误差信号。这一放大后的误差信号与内部振荡器斜波进行比较,最终产生PWM信号(在DL第3引脚)用于驱动MOSFET Q2。电流误差放大器的高增益使得电路能够根据电压环路的要求产生平均电感电流(在所允许的限制范围内),保持非常低的误差。在指定的输入电源电压和LED正向导通电压(忽略开关、二极管、检流电阻等元件的压差)下,boost转换器的CCM工作模式决定了PWM开关的占空比,固定占空比与所要求的LED电流相对应,由此确定所需要的电感电流。电压环路控制电流环路产生这一平均电感电流,从而提供所需的LED电流。两个控制环路都应提供独立补偿,以确保稳定工作。转换器设计  转换器参数要求如下:  ● 输入电压范围:9V至15V  ● 最大LED正向导通电压:33V  ● LED电流:2A  ● 开关频率:300kHz(频率较低时会提高滤波成本,频率较高时则会降低效率、提高EMI。根据这些因素,将开关频率优化在300kHz)。  利用下式计算Q2的ON占空比:  式中VLEDMAX为LED的最大导通电压(应该包括MOSFET Q1的压降和检流电阻R13的压降),VD是整流二极管D1两端的电压,VINMIN是最小输入电压,VFET为ON期间MOSFET Q2的平均电压。该电路中:DMAX = 0.74。  选择电感(L1)时,必须考虑其电感量和额定峰值电流,利用下式计算最大平均电感电流 (ILAVG):  确定电感峰值电流(ILPEAK)时,须注意流过电感的纹波电流,与电感值和开关频率有关。假设电感电流的最大峰峰值纹波(ILPP)为20%。由于ILPP为平均电感电流ILAVG的20%,则:  上式中代入已知参数,得到:ILAVG = 7.7A、ILPEAK = 9.24A。[!--empirenews.page--]接下来计算最小电感值LMIN,电感电流纹波设置在最大值:  式中FSW为开关频率。  将已知参数代入上式,可得:ILMIN=7.05mH。电感值增加20%容限,可选择10mH标准电感。  电阻R15检测通过电感的平均电流,在R15上产生25.7mV(最小值)压差的电流是平均电流控制环路所允许的最大电感电流。借助该项功能,能够在过载情况下保护外部器件,通过钳制作用在电流误差放大器的基准电压的最大值实现这一保护功能。选择R15应确保其流过最大电感电流时电阻两端的电压低于25.7mV。该应用中,正常工作时R15两端的最大电压为24mV。可以利用公式:计算R15,在式中代入已知参数,可得:R15=3.11mW,实际电路选择3mW电阻。  滤波电容  利用公式计算输出电容COUT (C6、C7、C8和C9并联),式中,VLEDPP为boost输出电压的峰峰值。该峰峰值结合LED在额定电流下的动态电阻、决定了LED的纹波电流。为保持色度和LED的使用寿命,LED的纹波电流应该保持在平均电流的10%以内。上式中代入已知参数,得到:COUT=17mF,电路中各电容近似选择为4.7mF、50V陶瓷电容。利用公式计算输入电容CIN (C3、C4、C5并联),式中VINPP是输入电压纹波的峰峰值,本应用中取值为输入电压的0.4%。将已知参数代入等式,可得:CIN = 22.3mF,近似用三个10mF、25V陶瓷电容(L1左侧)替代。  反馈补偿  平均电流控制环路  为确保平均电流控制环路的稳定性,电流误差放大器的增益应该限定在某一数值以内(频率接近开关频率)。理由是:Q2处于OFF期间,通过R15测得的电流不断衰减,在此期间为负斜率变化。负斜率信号放大后作用到误差放大器的输入,经过电流误差放大器再次放大,最终转换成正斜率信号作用在PWM比较器输入。为了保证电流环路稳定,这个正斜率信号不能超过作用在PWM比较器另一输入端的三角波信号的正斜率。这一条件限定了信号到达PWM比较器之前电感电流的总增益(开关频率处)。低频总增益可以更高一些,允许平均电感电流精确建立在所设定的稳态值。从IC(U2)架构可以看出,通过控制电流误差放大器的增益级可满足稳定性要求。利用下式可以计算开关频率处的最大增益,确保放大器环路稳定:  式中VRPP为内部纹波的峰峰值(2V),L为L1电感值,AVCSA为电流检测放大器的差分增益(34.5V/V)。将已知参数代入公式可得:ACEA=1.75V/V。内部电流误差放大器为跨导放大器,增益为550mS (550mA/V)。电阻R10连接到误差放大器输出CLP (第16引脚),控制电流误差放大器在开关频率处的增益。电阻R10为:  代入已知参数,可得:R10= 3.18kW。应用中采用3.16kW标准电阻。  如果R10接GND,频率低于3dB截止频率时,电流误差放大器的增益为1.75V/V。为保证环路稳定,要求在接近开关频率时总增益为1.75V/V。较低频率下即使具有较高增益,也不会放大线性衰减的电感电流,电感电流纹波不存在低频分量。电流误差放大器传输函数中引入一个零点,将使电流环路增益在零点频率以上变得平坦(1.75V/V),并在零点频率以下增益明显提升。零点频率由C11和R10决定,本应用中最佳零点频率为开关频率的1/12,能够快速地将平均电感电流建立在设定值。为了在1/12开关频率处放置一个零点,按照下式计算。 代入已知参数,得到:C11=1.99nF,选择2.2nF标准电感。[!--empirenews.page--]  C10在开关频率处引入高频极点,抑制开关操作引入的各种噪声:。代入已知参数,得到:C10=152pF,可选择180pF标准电感。  电压控制环路  通过反馈环路保持R13两端的电压固定,最终得到固定的LED电流。根据LED电流和开关占空比产生一个固定值,电压控制环路为电流控制环路产生一个输入基准,用于设置电感的平均电流。比较R13两端的压降和100mV基准,电压误差放大器对这一差值进行放大,产生一个与所要求的电感平均电流相对应的基准电压,利用下式计算基于LED电流的R13电阻值::,式中,ILED为LED电流(本应用中为2A),0.1V是电压控制环路的反馈基准。代入已知参数,得到:R13=0.05W。电阻额定功率应该高于ILED2×R13。      由于boost转换器工作在连续导通模式,电源电路传输函数存在一个右半平面(RHP)零点。该零点提供20dB/十倍频程的增益和90度的相位滞后,很难补偿。最简单的方法是在低于RHP零点频率处抵消该零点,将环路增益降至0dB(利用-20dB/十倍频程)。对于boost转换器,下式给出了最差工作条件下的RHP零点频率(FZRHP):,代入已知参数,可以得到:FZRHP=17.7kHz。  平均电流控制环路将电感和输出电容COUT构成的双极点、2阶系统转换成1阶系统,1阶系统的单个极点由输出滤波电容和输出负载电阻决定。输出滤波电容和输出负载动态电阻构成的极点频率由下式计算:,式中,RLD是LED负载的动态电阻(本应用中所使用的LED电阻为4.5W)。代入已知参数后,可得:FP2=1.88kHz。电压误差放大器的输出到差分电压放大器输出的电压控制环路直流增益(最大占空比时)由下式计算:,式中6V/V是图1中U2内部差分电压放大器的增益,代入已知参数,可得:GP=0.75V/V。  为了补偿电压控制环路(使环路保持稳定并具有足够的相位裕量),环路单位增益的频率(FC)应该低于RHP零点频率的1/5。本应用中,为了获得较好的相位裕量,单位增益频率选择RHP零点频率的1/10:,代入已知参数,可得:FC=1.77kHz。电压误差放大器传输函数具有一个主极点(FP1)和一个零点(FZ1),用于补偿输出极点FP2和高频极点(FP3)。补偿零点(FZ1)放置在输出极点频率,利用下式计算电压误差放大器的增益(FZ1处),总环路增益在FC频点的增益为0dB:,代入已知参数,得到:AEA1=1.25V/V。电阻R14和R12决定增益AEA1:。将R12任意设置在2.2kW,得到:R14 = 2.75kW。  C14和R14决定补偿零点频率FZ1,按照下式计算C14:,代入已知参数,得到:C14=30.8nF,实际应用可以选择100nF电容。选择较大的电容有助于改善PWM性能,在PWM OFF期间通过断开Q3可以保持C14上的电荷。C12将高频极点(FP3)置于开关频率的一半,按照下式计算C12:,代入已知参数后可得:C12 = 386pF,选择470pF标准电容。PWM调光和LED保护  LED通过连接在PWMDIM输入端的低频PWM信号调节亮度(外部信号作用在图1电路),PWM信号幅度范围:3V至10V,频率可达2kHz。电路中,外部MOSFET (Q1)与LED串联能够快速接通、切断LED电流。PWM ON期间,Q1导通;PWM OFF期间Q1断开。LED关闭时,U3将CLP拉低,禁止PWM开关工作,关闭Q2。  小信号MOSFET Q3用于完成一个重要功能,PWM调光时可直接影响LED电流控制环路的响应时间。PWM OFF期间处于断开状态,阻断C12/C14通路使其在OFF周期内保持电荷量不变;PWM返回ON状态时,电压误差放大器的输出可以立即达到前期的稳态值,几乎在LED导通的同时建立LED电流。通用运算放大器(U1)能够在LED温度达到85℃时阻止电流的流通,为LED提供保护。利用EPCOS NTC电阻检测温度,将其安装在LED板,假设25℃时对应的阻值为10kW,运算放大器的输出控制U2的EN输入,当温度达到85℃时关闭LED,温度降至75℃时恢复LED导通。  如果没有过压保护,LED开路时升压转换器可能使电压上升到不安全的水平。图1所示电路能够在输出电压上升到33.5V时关闭转换器。当U2的OVI输入超过1.276V (电阻R5/R7电阻分压器设置的门限,对应于33.5V过压门限)时,关闭PWM开关,提供系统保护。为了保持过压门限精度,R7选择25kW电阻。利用下式计算过压门限对应的R5:   ,式中VOVT为所要求的门限。

    时间:2009-11-18 关键词: LED 驱动器 照明 大功率 电源技术解析 设计 彩色 rgb 支持

  • 大功率RGB LED驱动器支持彩色照明设计

       下一代建筑和装饰照明通过适当组合红、绿、蓝LED的输出能够获得更全面的色彩。在这种高亮度、多LED串联的应用中,典型导通压降可能达到22V至36V,吸收电流为1A至2A。图1所示LED驱动器能够为多个LED串联的模块提供2A的驱动电流,正向导通电压可以达到36V。该电路仅驱动RGB LED的一种颜色,驱动三种颜色需要三路这样的驱动器。由于LED产生的光强与其导通电流并非线性关系,选择通过PWM(而非LED电流幅度)控制亮度等级,每个LED由脉冲调制的固定电流控制灯光亮度。IC控制器利用平均电流模式提供LED驱动,需要最少的外部元件。  工作原理  为了高效提供电流驱动,LED驱动器采用连续导通模式(CCM)的boost拓扑,利用平均电流模式控制输入电压的升压转换,为LED负载提供恒流驱动。单一芯片(MAX16821B)工作在300kHz,控制boost转换器工作。由于boost转换器拓扑在转换器输入和输出之间提供了一个直接通道,必须确保串联LED的最小导通电压大于输入电源电压的最大值。LED负载通过MOSFET (Q1)和检流电阻(R13)跨接在boost转换器的输出端,PWM ON期间Q1接通LED电流,PWM OFF期间则断开电流通道。检测R13两端的电压(代表通过LED的电流)时,IC可以抑制共模噪声并在DIFF引脚提供以地为参考的输出,增益为6V/V。检流放大器输出信号与内部电压误差放大器的0.6V基准相比较,差分检流放大器的6V/V增益能够使电流检测的参考点从0.6V降至0.1V,即在额定负载电流下R13的压差只有0.1V,有助于提高效率。该boost转换器采用平均电流控制模式,通过两个反馈环路控制LED电流。外环路检测LED电流,并将其与基准电压相比较,在EAOUT (第17引脚)产生放大后的误差信号。内环路检测误差放大器的电压输出,相应地控制流过电感(L1)的电流。误差放大器输出还决定了以R13设置的电流驱动LED时所需要的电感电流,LED额定电流在R13产生的压降为0.1V。  第二个检流电阻(R15)用于设置电感返回通道的电流。U2内部的差分电流检测放大器提供34.5V/V增益。电流误差放大器将该输出电压与电压误差放大器的输出进行对比,产生内部平均电流控制环路的误差信号。这一放大后的误差信号与内部振荡器斜波进行比较,最终产生PWM信号(在DL第3引脚)用于驱动MOSFET Q2。电流误差放大器的高增益使得电路能够根据电压环路的要求产生平均电感电流(在所允许的限制范围内),保持非常低的误差。在指定的输入电源电压和LED正向导通电压(忽略开关、二极管、检流电阻等元件的压差)下,boost转换器的CCM工作模式决定了PWM开关的占空比,固定占空比与所要求的LED电流相对应,由此确定所需要的电感电流。电压环路控制电流环路产生这一平均电感电流,从而提供所需的LED电流。两个控制环路都应提供独立补偿,以确保稳定工作。转换器设计  转换器参数要求如下:  ● 输入电压范围:9V至15V  ● 最大LED正向导通电压:33V  ● LED电流:2A  ● 开关频率:300kHz(频率较低时会提高滤波成本,频率较高时则会降低效率、提高EMI。根据这些因素,将开关频率优化在300kHz)。  利用下式计算Q2的ON占空比:  式中VLEDMAX为LED的最大导通电压(应该包括MOSFET Q1的压降和检流电阻R13的压降),VD是整流二极管D1两端的电压,VINMIN是最小输入电压,VFET为ON期间MOSFET Q2的平均电压。该电路中:DMAX = 0.74。  选择电感(L1)时,必须考虑其电感量和额定峰值电流,利用下式计算最大平均电感电流 (ILAVG):  确定电感峰值电流(ILPEAK)时,须注意流过电感的纹波电流,与电感值和开关频率有关。假设电感电流的最大峰峰值纹波(ILPP)为20%。由于ILPP为平均电感电流ILAVG的20%,则:  上式中代入已知参数,得到:ILAVG = 7.7A、ILPEAK = 9.24A。[!--empirenews.page--]接下来计算最小电感值LMIN,电感电流纹波设置在最大值:  式中FSW为开关频率。  将已知参数代入上式,可得:ILMIN=7.05mH。电感值增加20%容限,可选择10mH标准电感。  电阻R15检测通过电感的平均电流,在R15上产生25.7mV(最小值)压差的电流是平均电流控制环路所允许的最大电感电流。借助该项功能,能够在过载情况下保护外部器件,通过钳制作用在电流误差放大器的基准电压的最大值实现这一保护功能。选择R15应确保其流过最大电感电流时电阻两端的电压低于25.7mV。该应用中,正常工作时R15两端的最大电压为24mV。可以利用公式:计算R15,在式中代入已知参数,可得:R15=3.11mW,实际电路选择3mW电阻。  滤波电容  利用公式计算输出电容COUT (C6、C7、C8和C9并联),式中,VLEDPP为boost输出电压的峰峰值。该峰峰值结合LED在额定电流下的动态电阻、决定了LED的纹波电流。为保持色度和LED的使用寿命,LED的纹波电流应该保持在平均电流的10%以内。上式中代入已知参数,得到:COUT=17mF,电路中各电容近似选择为4.7mF、50V陶瓷电容。利用公式计算输入电容CIN (C3、C4、C5并联),式中VINPP是输入电压纹波的峰峰值,本应用中取值为输入电压的0.4%。将已知参数代入等式,可得:CIN = 22.3mF,近似用三个10mF、25V陶瓷电容(L1左侧)替代。  反馈补偿  平均电流控制环路  为确保平均电流控制环路的稳定性,电流误差放大器的增益应该限定在某一数值以内(频率接近开关频率)。理由是:Q2处于OFF期间,通过R15测得的电流不断衰减,在此期间为负斜率变化。负斜率信号放大后作用到误差放大器的输入,经过电流误差放大器再次放大,最终转换成正斜率信号作用在PWM比较器输入。为了保证电流环路稳定,这个正斜率信号不能超过作用在PWM比较器另一输入端的三角波信号的正斜率。这一条件限定了信号到达PWM比较器之前电感电流的总增益(开关频率处)。低频总增益可以更高一些,允许平均电感电流精确建立在所设定的稳态值。从IC(U2)架构可以看出,通过控制电流误差放大器的增益级可满足稳定性要求。利用下式可以计算开关频率处的最大增益,确保放大器环路稳定:  式中VRPP为内部纹波的峰峰值(2V),L为L1电感值,AVCSA为电流检测放大器的差分增益(34.5V/V)。将已知参数代入公式可得:ACEA=1.75V/V。内部电流误差放大器为跨导放大器,增益为550mS (550mA/V)。电阻R10连接到误差放大器输出CLP (第16引脚),控制电流误差放大器在开关频率处的增益。电阻R10为:  代入已知参数,可得:R10= 3.18kW。应用中采用3.16kW标准电阻。  如果R10接GND,频率低于3dB截止频率时,电流误差放大器的增益为1.75V/V。为保证环路稳定,要求在接近开关频率时总增益为1.75V/V。较低频率下即使具有较高增益,也不会放大线性衰减的电感电流,电感电流纹波不存在低频分量。电流误差放大器传输函数中引入一个零点,将使电流环路增益在零点频率以上变得平坦(1.75V/V),并在零点频率以下增益明显提升。零点频率由C11和R10决定,本应用中最佳零点频率为开关频率的1/12,能够快速地将平均电感电流建立在设定值。为了在1/12开关频率处放置一个零点,按照下式计算。 代入已知参数,得到:C11=1.99nF,选择2.2nF标准电感。[!--empirenews.page--]  C10在开关频率处引入高频极点,抑制开关操作引入的各种噪声:。代入已知参数,得到:C10=152pF,可选择180pF标准电感。  电压控制环路  通过反馈环路保持R13两端的电压固定,最终得到固定的LED电流。根据LED电流和开关占空比产生一个固定值,电压控制环路为电流控制环路产生一个输入基准,用于设置电感的平均电流。比较R13两端的压降和100mV基准,电压误差放大器对这一差值进行放大,产生一个与所要求的电感平均电流相对应的基准电压,利用下式计算基于LED电流的R13电阻值::,式中,ILED为LED电流(本应用中为2A),0.1V是电压控制环路的反馈基准。代入已知参数,得到:R13=0.05W。电阻额定功率应该高于ILED2×R13。      由于boost转换器工作在连续导通模式,电源电路传输函数存在一个右半平面(RHP)零点。该零点提供20dB/十倍频程的增益和90度的相位滞后,很难补偿。最简单的方法是在低于RHP零点频率处抵消该零点,将环路增益降至0dB(利用-20dB/十倍频程)。对于boost转换器,下式给出了最差工作条件下的RHP零点频率(FZRHP):,代入已知参数,可以得到:FZRHP=17.7kHz。  平均电流控制环路将电感和输出电容COUT构成的双极点、2阶系统转换成1阶系统,1阶系统的单个极点由输出滤波电容和输出负载电阻决定。输出滤波电容和输出负载动态电阻构成的极点频率由下式计算:,式中,RLD是LED负载的动态电阻(本应用中所使用的LED电阻为4.5W)。代入已知参数后,可得:FP2=1.88kHz。电压误差放大器的输出到差分电压放大器输出的电压控制环路直流增益(最大占空比时)由下式计算:,式中6V/V是图1中U2内部差分电压放大器的增益,代入已知参数,可得:GP=0.75V/V。  为了补偿电压控制环路(使环路保持稳定并具有足够的相位裕量),环路单位增益的频率(FC)应该低于RHP零点频率的1/5。本应用中,为了获得较好的相位裕量,单位增益频率选择RHP零点频率的1/10:,代入已知参数,可得:FC=1.77kHz。电压误差放大器传输函数具有一个主极点(FP1)和一个零点(FZ1),用于补偿输出极点FP2和高频极点(FP3)。补偿零点(FZ1)放置在输出极点频率,利用下式计算电压误差放大器的增益(FZ1处),总环路增益在FC频点的增益为0dB:,代入已知参数,得到:AEA1=1.25V/V。电阻R14和R12决定增益AEA1:。将R12任意设置在2.2kW,得到:R14 = 2.75kW。  C14和R14决定补偿零点频率FZ1,按照下式计算C14:,代入已知参数,得到:C14=30.8nF,实际应用可以选择100nF电容。选择较大的电容有助于改善PWM性能,在PWM OFF期间通过断开Q3可以保持C14上的电荷。C12将高频极点(FP3)置于开关频率的一半,按照下式计算C12:,代入已知参数后可得:C12 = 386pF,选择470pF标准电容。PWM调光和LED保护  LED通过连接在PWMDIM输入端的低频PWM信号调节亮度(外部信号作用在图1电路),PWM信号幅度范围:3V至10V,频率可达2kHz。电路中,外部MOSFET (Q1)与LED串联能够快速接通、切断LED电流。PWM ON期间,Q1导通;PWM OFF期间Q1断开。LED关闭时,U3将CLP拉低,禁止PWM开关工作,关闭Q2。  小信号MOSFET Q3用于完成一个重要功能,PWM调光时可直接影响LED电流控制环路的响应时间。PWM OFF期间处于断开状态,阻断C12/C14通路使其在OFF周期内保持电荷量不变;PWM返回ON状态时,电压误差放大器的输出可以立即达到前期的稳态值,几乎在LED导通的同时建立LED电流。通用运算放大器(U1)能够在LED温度达到85℃时阻止电流的流通,为LED提供保护。利用EPCOS NTC电阻检测温度,将其安装在LED板,假设25℃时对应的阻值为10kW,运算放大器的输出控制U2的EN输入,当温度达到85℃时关闭LED,温度降至75℃时恢复LED导通。  如果没有过压保护,LED开路时升压转换器可能使电压上升到不安全的水平。图1所示电路能够在输出电压上升到33.5V时关闭转换器。当U2的OVI输入超过1.276V (电阻R5/R7电阻分压器设置的门限,对应于33.5V过压门限)时,关闭PWM开关,提供系统保护。为了保持过压门限精度,R7选择25kW电阻。利用下式计算过压门限对应的R5:   ,式中VOVT为所要求的门限。

    时间:2009-11-18 关键词: LED 驱动器 照明 大功率 电源技术解析 设计 彩色 rgb 支持

  • 3通道、RGB激光驱动器(Maxim)

    Maxim推出3通道、RGB激光驱动器MAX3600,能够将高分辨率的微型投影仪集成至小体积设备中。该器件采用Maxim最新的BiCMOS工艺,具有小于2ns的超快速切换时间,支持高达1080p (1920 x 1080像素)和WXGA (1400 x 768像素)的高分辨率图片。此外,器件省去了3个分立的激光驱动器,使系统设计者能够将微型投影仪嵌入至新一代消费类电子设备。器件的目标应用包括:智能电话、便携式媒体播放器、移动计算设备、数码相机/便携式摄像机、投影仪配件以及数码相框。MAX3600在单个5mm x 5mm芯片中集成了3个分立激光驱动器,这种集成方案与分立设计相比节省了75%的空间和30%的电能,非常适合用于紧凑的电池供电设备。此外,25%的方案成本降幅将使设备制造商从中获益,更不用说可使便携式设备获得业内最佳的WVGA或SVGA分辨率。该器件集成了所有所需的功能,可以很方便地将10位数字RGB视频源连接至所有工业标准的低功耗RGB激光二极管。MAX3600独特地具备了3个10位RGB DAC,可从主器件的10位RGB总线读取视频数据。这些DAC允许系统设计者精准地控制激光电流,并获得数十亿种色彩以及5000:1或更高的对比度。此外,可以通过串行端口和寄存器调节增益和失调,从而在实际应用中可以方便快捷地对图像进行调节。MAX3600提供5mm x 5mm、40引脚TQFN封装,工作在0°C至+70°C商业级温度范围。

    时间:2009-10-26 关键词: maxim 激光驱动器 rgb

  • S3C2440A驱动RGB接口TFT LCD的研究

    1 引言    随着科技的进步,TFT LCD作为显示器件在各种嵌入式系统中得到越来越广泛的应用。带触摸屏的TFT LCD模组在系统应用中不仅能为人机界面提供高质量的画面显示,而且能提供更直观、方便的交互性输入。TMT035DNAFWU1是深圳天马微电子股份有限公司生产的8.89 cm(3.5 in)TFT LCD模组,该模组内置了LCD驱动器,集成了四线电阻式触摸屏和背光电路。S3C2440A 是三星公司设计的一款基于ARM920T内核的32位嵌入式RISC(reduced instructions set computer)微处理器,它的最高工作频率可达533 MHz,内部集成了通用的LCD控制器、8通道10位ADC和触摸屏接口,且具备高性能、低功耗的优点,适用于智能手机、便携式媒体播放器、手持导航仪等领域。本文基于S3C2440A嵌入式系统,以TMT035DNAFWU1为显示设备,设计了TFT LCD驱动电路,并完成Linux下驱动显示效果的调试。2 TFT LCD接口时序    TMT035DNAFWU1的显示分辨率为320×240,采用24位数字RGB接口,可以显示16.7 M颜色。    RGB接口是为TFT LCD模组提供高品质显示而设计的接口,该接口可以高速、低功耗地完成动画显示,其中包含4个重要的控制信号VSYNC、HSYNC、DCLK 和VDEN,分别用于帧、行、像素的数据传输。    图1为TMT035DNAFWU1模组RGB接口时序示意图。图1 RGB接口时序图3 S3C2440A LCD控制器介绍    S3C2440A 内置的LCD控制器能将显示在LCD上的数据从系统内部的数据缓冲区通过逻辑单元传送到外部的LCD驱动器中。它可以支持不同分辨率的显示,如:640×480、320×240等,最大可支持24位数据的16.7 M 彩色TFT模块,其控制器框图如图2所示。图2 S3C2440A LCD控制器框图3.1 控制总框图    LCD控制器主要由REGBANK、LCDCDMA两大部分组成,用于产生必要的控制信号和传输数据信号,如图2所示。REGBANK有17个可编程寄存器组和256×16的调色板存储器,用来设定LCD控制器。LCDCDMA 是一个专用的DMA(Direct Memory Access),自动从帧存储器传输视频数据到LCD控制器,视频数据可以不经CPU处理直接显示在屏上。TIMEGEN 由可编程逻辑器件组成,产生VFRAME/VSYNC、VLINE/HSYNC、VCLK/DCLK、VM/VDEN信号等,以支持不同的LCD驱动器的接口时序和速率。LPC3600与LCC3600是专用LCD控制器,在此不做详细介绍。3.2 TFT控制器介绍    通过对REGBANK 寄存器组中的LCDCON1/2/3/4/5进行配置,TIMEGEN产生可编程控制信号来支持不同类型的LCD驱动器。    VSYNC和HSYNC脉冲与LCDCON2/3的HOZVAL和LINEVAL设置相关,HOZVAL和LINEVAL的值由LCD屏的分辨率决定,如下公式:    HOZVAL=(Horizontal display size)-1    (1)    LINEVAL=(Vertical display size)-1   (2)    VCLK的频率取决于LCDCON1中CLKVAL的设置,在LCDCON1中配置,VCLK和CLKVAL的关系如下(CLKVAL的最小值是0):    VCLK(Hz)=HCLK/[(CLKVAL+1)×2]    (3)    HCLK为S3C2440A 中PLL时钟发生器产生的时钟信号。    VSYNC的频率即为帧频,它与LCDCON1/2/3/4均有关,计算公式如下:Frame Rate=1/{[(VSPW+1)+(VBPD+1)+(LINEVAL+1)+(VFPD+1)1×[(HSPW+1)+(HBPD+1)+(HFPD+1)+(HOZVAL+1)]×[2×(CLKVAL+1)/(HCLK)]} (4)    公式(1)~(4)各参数数值的设置方法在§5.2中给出。4 驱动电路设计    除数据传输信号接口外,TFT LCD模组的驱动电路还包括提供给模组的电源电路、VGL、VGH、VCOM 电压电路等。根据TFT LCD模组的接口和S3C2440A 内嵌的控制器输出管脚,完成LCD显示的控制线路设计。电路接口设计如图3所示。图3 TFT LCD显示接口电路设计    VCOM 电压信号由TFT LCD模组上SOURCEDRIVER IC输出的POL信号提供。POL信号经过VCOM BUFFER电路,产生VCOM电压信号提供给TFT LCD模组。TFT LCD模组采用行翻转方式驱动,设计的VCOM BUFFER 电路能够完成VCOM电压的交流电压成分和直流电压成分的调节。通过调节VCOM BUFFER电路,使VCOM 中心点电压及其幅值达到应用的要求,有效地消除TFT LCD显示闪烁问题并改善显示质量。5 Linux下驱动程序软件设计5.1 帧缓冲设备    帧缓冲为Linux 2.2.XX以上版本内核中的一种驱动程序接口。该接口采用mmap系统调用,将显示设备抽象为帧缓冲区,允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写和I/O控制操作。帧缓冲设备属于字符设备,采用“文件层-驱动层”的接口方式。5.2 LCD驱动设计    TFT LCD驱动程序设计的主要工作包括:初始化S3C2440A 的LCD控制器LCDCON1~5,通过写寄存器设置显示模式和颜色数,然后分配LCD显示缓冲区。根据TMT035DNAFWU1接口时序及显示要求,屏幕显示分辨率Horizontal display size=320,Vertical display size=240,VCLK=6.4 MHz,而HCLK=133 MHz,故CLKVAL=9。缓冲区大小为:点阵行数×点阵列数×用于表示一个像素的比特数/8。缓冲区通常分配在大容量的片外SDRAM 中,起始地址保存在LCD控制寄存器中,需要分配的显示缓冲区为150 kB。最后是初始化一个fb_info结构,填充其中的成员变量,并调用fbmem.C里的register_framebuffer(struct fb_info *fb info)将fb_info登记入内核。5.3 RGB接口显示参数调整    S3C2440A 的LCD 控制寄存器主要有:LCDCON1~5。LCDCON1可以对LCD的类型、数据位数、是否需要VDEN输出及DCLK进行设置;LCDCON2主要对VBPD、VFPD、VSPW进行设置;LCDCON3及LCDCON4对HBPD、HFPD、HSPW 进行设置;LCDCON5可以对DCLK、HSYNC、VSYNC 的极性做设置。图4为RGB接口显示工作原理示意图,各个参数在实际显示中的作用效果见图4所示。图4 RGB接口显示工作原理    图4中,最终显示区域(DISPLAY AREA)是由像素时钟信号(DCLK)、行同步信号(HSYNC)、帧同步信号(VSYNc)、数据使能信号(VDEN/ENABLE)共同作用的结果,其大小及位置由各参数实际配置来确定,其中HSPW、HBPD及HFPD确定显示区域的行有效数据信息,VSPW、VBPD和VFPD确定显示区域中帧有效数据信息。   基于Linux下驱动显示程序,以下为调试成功的部分源代码:/******s3c2440fb.c******/#define H_SW 35;#define H_FP 15;#define H_BP 30;#define V_SW 5;#define V_FP 5;#define V_BP 10;……static struct s3c2440fb_mach_info xxx_stn_info __initdata={pixclock:PIXEL_CLOC, hpp: PIXEL_BPP,xres:H_RESOLUTION, yres: V_RESOLUTION,hsync_len: H_SW, vsync_len : V_SW, left_margin: H_BP, upper_margin:V_BP,right_margin:H_FP, lower_margin:V_FP,sync:0, cmap_static:1,reg:{lcdcon1: LCD1_BPP_16T | LCD1_PNR_TFT | LCD1_CLKVAL(12),lcdcon2: LCD2_VBPD(V_BP) | LCD2_VFPD(V_FP) | LCD2_VSPW(V_SW),lcdcon3: LCD3_HBPD(H_BP) | LCD3_HFPD(H_FP),lcdcon4: LCD4_HSPW(H_SW),lcdcon5: LCD5_FRM565 | LCD5_INVVLINE | LCD5_INVVFRAME | LCD5_HWSWP | LCD5_PWREN, },};    在实际的驱动程序编写过程中,不同的TFTLCD模组的参数会有所不同,因此需要根据实际数据的有效位置进行相关的参数调整。图5为RGB接口参数配置调整前后的系统显示对比效果图。如果软件初始化设置中,未能正确地分配HSPW、HBPD和HFPD,行有效数据的位置会发生相应的错位,表现在实际显示中为显示图像的整体左右偏移,如图5(a)所示,液晶显示器显示画面向左偏移。同理,未能正确地配置VSPW、VBPD和VFPD,帧数据中有效数据的位置会发生相应的错位,表现在实际显示中为显示图像的上下偏移。5.4 触摸屏驱动设计    设置触摸屏接口为等待中断模式(INT_TC中断),如果中断发生,立即激活相应的AD转换。转换模式一般选择分离的X/Y轴坐标转换模式或者自动(连续的)X/Y轴坐标转换模式来获取触摸点的X/Y坐标。在得到触摸点的X/Y轴坐标值后,返回到等待中断模式。触摸屏的驱动流程如图6。图6 触摸屏控制流程图    触摸屏设备在Linux系统中也被定义为一个字符设备,需要对触摸屏设备驱动程序中的全局变量struct TS_DEV进行设置,该变量用来保存触摸屏的相关参数:等待处理的消息队列、当前采样数据、上一次采样数据等信息,变量定义如下:typedef struct{unsigned int penStatus;/* PEN_UP,PEN_DOWN,PEN_SAMPLE */TS_RET buf[MAX_TS_BUF];/*环形缓冲区*/unsigned int head,tail;/* 环形缓冲区的头、尾 */wait_queue_head_t wq;spinlock_t lock;}TS_DEV ;    根据触摸屏对应TFT LCD的分辨率大小,对环形缓冲区的大小进行初始化配置。6 结论    分析了RGB接口的TFT LCD模组接口工作时序,以ARM920T内核的S3C2440A处理器为核心,加外围电路构建了相应的驱动电路,完成Linux显示驱动程序开发,实现了系统清晰稳定的显示。带触摸屏的TFT LCD模组驱动电路设计及显示效果调节方法为各种手持数码电子产品、导航仪等嵌入式系统设计提供了一套完整的解决方案。

    时间:2009-02-25 关键词: LCD tft rgb s3c2440a

  • S3C2440A驱动RGB接口TFT LCD的研究

    1 引言    随着科技的进步,TFT LCD作为显示器件在各种嵌入式系统中得到越来越广泛的应用。带触摸屏的TFT LCD模组在系统应用中不仅能为人机界面提供高质量的画面显示,而且能提供更直观、方便的交互性输入。TMT035DNAFWU1是深圳天马微电子股份有限公司生产的8.89 cm(3.5 in)TFT LCD模组,该模组内置了LCD驱动器,集成了四线电阻式触摸屏和背光电路。S3C2440A 是三星公司设计的一款基于ARM920T内核的32位嵌入式RISC(reduced instructions set computer)微处理器,它的最高工作频率可达533 MHz,内部集成了通用的LCD控制器、8通道10位ADC和触摸屏接口,且具备高性能、低功耗的优点,适用于智能手机、便携式媒体播放器、手持导航仪等领域。本文基于S3C2440A嵌入式系统,以TMT035DNAFWU1为显示设备,设计了TFT LCD驱动电路,并完成Linux下驱动显示效果的调试。2 TFT LCD接口时序    TMT035DNAFWU1的显示分辨率为320×240,采用24位数字RGB接口,可以显示16.7 M颜色。    RGB接口是为TFT LCD模组提供高品质显示而设计的接口,该接口可以高速、低功耗地完成动画显示,其中包含4个重要的控制信号VSYNC、HSYNC、DCLK 和VDEN,分别用于帧、行、像素的数据传输。    图1为TMT035DNAFWU1模组RGB接口时序示意图。图1 RGB接口时序图3 S3C2440A LCD控制器介绍    S3C2440A 内置的LCD控制器能将显示在LCD上的数据从系统内部的数据缓冲区通过逻辑单元传送到外部的LCD驱动器中。它可以支持不同分辨率的显示,如:640×480、320×240等,最大可支持24位数据的16.7 M 彩色TFT模块,其控制器框图如图2所示。图2 S3C2440A LCD控制器框图3.1 控制总框图    LCD控制器主要由REGBANK、LCDCDMA两大部分组成,用于产生必要的控制信号和传输数据信号,如图2所示。REGBANK有17个可编程寄存器组和256×16的调色板存储器,用来设定LCD控制器。LCDCDMA 是一个专用的DMA(Direct Memory Access),自动从帧存储器传输视频数据到LCD控制器,视频数据可以不经CPU处理直接显示在屏上。TIMEGEN 由可编程逻辑器件组成,产生VFRAME/VSYNC、VLINE/HSYNC、VCLK/DCLK、VM/VDEN信号等,以支持不同的LCD驱动器的接口时序和速率。LPC3600与LCC3600是专用LCD控制器,在此不做详细介绍。3.2 TFT控制器介绍    通过对REGBANK 寄存器组中的LCDCON1/2/3/4/5进行配置,TIMEGEN产生可编程控制信号来支持不同类型的LCD驱动器。    VSYNC和HSYNC脉冲与LCDCON2/3的HOZVAL和LINEVAL设置相关,HOZVAL和LINEVAL的值由LCD屏的分辨率决定,如下公式:    HOZVAL=(Horizontal display size)-1    (1)    LINEVAL=(Vertical display size)-1   (2)    VCLK的频率取决于LCDCON1中CLKVAL的设置,在LCDCON1中配置,VCLK和CLKVAL的关系如下(CLKVAL的最小值是0):    VCLK(Hz)=HCLK/[(CLKVAL+1)×2]    (3)    HCLK为S3C2440A 中PLL时钟发生器产生的时钟信号。    VSYNC的频率即为帧频,它与LCDCON1/2/3/4均有关,计算公式如下:Frame Rate=1/{[(VSPW+1)+(VBPD+1)+(LINEVAL+1)+(VFPD+1)1×[(HSPW+1)+(HBPD+1)+(HFPD+1)+(HOZVAL+1)]×[2×(CLKVAL+1)/(HCLK)]} (4)    公式(1)~(4)各参数数值的设置方法在§5.2中给出。4 驱动电路设计    除数据传输信号接口外,TFT LCD模组的驱动电路还包括提供给模组的电源电路、VGL、VGH、VCOM 电压电路等。根据TFT LCD模组的接口和S3C2440A 内嵌的控制器输出管脚,完成LCD显示的控制线路设计。电路接口设计如图3所示。图3 TFT LCD显示接口电路设计    VCOM 电压信号由TFT LCD模组上SOURCEDRIVER IC输出的POL信号提供。POL信号经过VCOM BUFFER电路,产生VCOM电压信号提供给TFT LCD模组。TFT LCD模组采用行翻转方式驱动,设计的VCOM BUFFER 电路能够完成VCOM电压的交流电压成分和直流电压成分的调节。通过调节VCOM BUFFER电路,使VCOM 中心点电压及其幅值达到应用的要求,有效地消除TFT LCD显示闪烁问题并改善显示质量。[!--empirenews.page--]5 Linux下驱动程序软件设计5.1 帧缓冲设备    帧缓冲为Linux 2.2.XX以上版本内核中的一种驱动程序接口。该接口采用mmap系统调用,将显示设备抽象为帧缓冲区,允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写和I/O控制操作。帧缓冲设备属于字符设备,采用“文件层-驱动层”的接口方式。5.2 LCD驱动设计    TFT LCD驱动程序设计的主要工作包括:初始化S3C2440A 的LCD控制器LCDCON1~5,通过写寄存器设置显示模式和颜色数,然后分配LCD显示缓冲区。根据TMT035DNAFWU1接口时序及显示要求,屏幕显示分辨率Horizontal display size=320,Vertical display size=240,VCLK=6.4 MHz,而HCLK=133 MHz,故CLKVAL=9。缓冲区大小为:点阵行数×点阵列数×用于表示一个像素的比特数/8。缓冲区通常分配在大容量的片外SDRAM 中,起始地址保存在LCD控制寄存器中,需要分配的显示缓冲区为150 kB。最后是初始化一个fb_info结构,填充其中的成员变量,并调用fbmem.C里的register_framebuffer(struct fb_info *fb info)将fb_info登记入内核。5.3 RGB接口显示参数调整    S3C2440A 的LCD 控制寄存器主要有:LCDCON1~5。LCDCON1可以对LCD的类型、数据位数、是否需要VDEN输出及DCLK进行设置;LCDCON2主要对VBPD、VFPD、VSPW进行设置;LCDCON3及LCDCON4对HBPD、HFPD、HSPW 进行设置;LCDCON5可以对DCLK、HSYNC、VSYNC 的极性做设置。图4为RGB接口显示工作原理示意图,各个参数在实际显示中的作用效果见图4所示。图4 RGB接口显示工作原理    图4中,最终显示区域(DISPLAY AREA)是由像素时钟信号(DCLK)、行同步信号(HSYNC)、帧同步信号(VSYNc)、数据使能信号(VDEN/ENABLE)共同作用的结果,其大小及位置由各参数实际配置来确定,其中HSPW、HBPD及HFPD确定显示区域的行有效数据信息,VSPW、VBPD和VFPD确定显示区域中帧有效数据信息。   基于Linux下驱动显示程序,以下为调试成功的部分源代码:/******s3c2440fb.c******/#define H_SW 35;#define H_FP 15;#define H_BP 30;#define V_SW 5;#define V_FP 5;#define V_BP 10;……static struct s3c2440fb_mach_info xxx_stn_info __initdata={pixclock:PIXEL_CLOC, hpp: PIXEL_BPP,xres:H_RESOLUTION, yres: V_RESOLUTION,hsync_len: H_SW, vsync_len : V_SW, left_margin: H_BP, upper_margin:V_BP,right_margin:H_FP, lower_margin:V_FP,sync:0, cmap_static:1,reg:{lcdcon1: LCD1_BPP_16T | LCD1_PNR_TFT | LCD1_CLKVAL(12),lcdcon2: LCD2_VBPD(V_BP) | LCD2_VFPD(V_FP) | LCD2_VSPW(V_SW),lcdcon3: LCD3_HBPD(H_BP) | LCD3_HFPD(H_FP),lcdcon4: LCD4_HSPW(H_SW),lcdcon5: LCD5_FRM565 | LCD5_INVVLINE | LCD5_INVVFRAME | LCD5_HWSWP | LCD5_PWREN, },};    在实际的驱动程序编写过程中,不同的TFTLCD模组的参数会有所不同,因此需要根据实际数据的有效位置进行相关的参数调整。图5为RGB接口参数配置调整前后的系统显示对比效果图。如果软件初始化设置中,未能正确地分配HSPW、HBPD和HFPD,行有效数据的位置会发生相应的错位,表现在实际显示中为显示图像的整体左右偏移,如图5(a)所示,液晶显示器显示画面向左偏移。同理,未能正确地配置VSPW、VBPD和VFPD,帧数据中有效数据的位置会发生相应的错位,表现在实际显示中为显示图像的上下偏移。5.4 触摸屏驱动设计    设置触摸屏接口为等待中断模式(INT_TC中断),如果中断发生,立即激活相应的AD转换。转换模式一般选择分离的X/Y轴坐标转换模式或者自动(连续的)X/Y轴坐标转换模式来获取触摸点的X/Y坐标。在得到触摸点的X/Y轴坐标值后,返回到等待中断模式。触摸屏的驱动流程如图6。图6 触摸屏控制流程图    触摸屏设备在Linux系统中也被定义为一个字符设备,需要对触摸屏设备驱动程序中的全局变量struct TS_DEV进行设置,该变量用来保存触摸屏的相关参数:等待处理的消息队列、当前采样数据、上一次采样数据等信息,变量定义如下:typedef struct{unsigned int penStatus;/* PEN_UP,PEN_DOWN,PEN_SAMPLE */TS_RET buf[MAX_TS_BUF];/*环形缓冲区*/unsigned int head,tail;/* 环形缓冲区的头、尾 */wait_queue_head_t wq;spinlock_t lock;}TS_DEV ;    根据触摸屏对应TFT LCD的分辨率大小,对环形缓冲区的大小进行初始化配置。6 结论    分析了RGB接口的TFT LCD模组接口工作时序,以ARM920T内核的S3C2440A处理器为核心,加外围电路构建了相应的驱动电路,完成Linux显示驱动程序开发,实现了系统清晰稳定的显示。带触摸屏的TFT LCD模组驱动电路设计及显示效果调节方法为各种手持数码电子产品、导航仪等嵌入式系统设计提供了一套完整的解决方案。

    时间:2009-02-22 关键词: LCD Linux tft rgb s3c2440a

  • 两款高亮度RGB LED像素驱动器(安森美)

    安森美半导体(ON Semiconductor)扩充因收购Catalyst半导体而得的恒流低压降驱动器(LDD™)产品线,推出两款新的高亮度红绿蓝三原色(RGB)发光二极管(LED)像素驱动器。CAT4103和CAT4109 是三通道线性恒流LED驱动器,应用于新兴的高亮度、高视觉冲击力LED建筑物照明中的RGB LED像素控制。 CAT4103为高端、多色彩、“智能”LED建筑物照明应用而设计。它具有高速串行接口,能够支持达25兆赫(MHz)的数据率,提供完全缓冲的数据输出,确保在分布式(长距离)、菊花链型照明系统中维持最高的数据完整性。  CAT4109使用并行接口,每条通道具有专门的脉宽调制(PWM)控制,非常适合更常规的LED视觉效果应用,如混色和建筑物重点照明。  CAT4103和CAT4109都支持每通道达175毫安(mA)的宽广范围LED恒流驱动,电流为60 mA时压降电平至0.3伏(V) ,确保在驱动长串LED时提供最高性能。这些驱动器每通道支持25 V的电压电平,能够以超过10瓦(W)的高亮度功率电平支持RGB像素。   特性 •    三路独立恒流输入通道支持25 V额定电压,而这电压由外部电阻设定 •    每通道达175 mA的宽广LED电流范围 •    缓冲输出确保分布式照明系统中的数据完整性(CAT4103) •    高速25 MHz四线串行接口(CAT4103) •    每通道具有独立PWM控制(CAT4109) •    超低压降电流驱动器 •    封装:16引脚SOIC, 150 mil外壳宽度 价格和供货 CAT4103恒流低压降驱动器每10,000片批量的价格为0.65美元,CAT4109每10,000片批量的单价为0.62美元。现已提供样品。目前的预计量产交货时间为6至8周ARO(自动循环购货计划)。

    时间:2008-11-17 关键词: 安森美 LED rgb 高亮度

  • RGB LED 控制驱动器(东京电子)

    东京电子器件有限公司开始销售高耐压(最大28V)并可根据外部电阻阻值设定输出电流(5mA~30mA 范围内改变)的RGB LED 控制器「TE7118PF」。该控制器适用于LCD 背光,室内LED 照明,LED 彩灯等LED 的控制。 这几年,因为LED 功率低和寿命长的优点,在越来越多的场合LED(发光二极管)取代了白炽灯等传统光源。可以预料今后在各种各样的领域LED 将会被更有效的利用。可是在使用LED 时,因为正向电压VF 的偏差使得LED 的亮度不稳定,为了得到稳定的亮度必须有LED 专用的恒定电流控制电路。TE7118PF 是内含恒定电流控制电路的LED 专用控制驱动器,共有3 通路的恒定电流控制电路,可以通过外部电阻在5mA~30mA 的范围内改变恒定电流输出值来调节各通路的亮度。另外因为端口高耐压(28V),可以串联7 个标准LED。销售重点主要是LED 显示不可或缺的工业设备,游乐设备等。 样品从今天开始上市,预定2008 年12 月开始批量生产。标准售价为200 日元(不含税/购买1万个时)。初期目标是2009 年度销售额达到1 亿日元。 ■RGB LED 控制器「TE7118PF」的主要说明 ・恒定电流控制电路×3 通路 (1 个芯片可串联7 个LED×3 通路 可最多点亮21 个LED) ・高耐压 28V ・恒定电流输出可在5mA~30mA 范围内改变 ・可使用菊花链 ・最大时钟频率 20MHz ・封装 TSSOP-20 同时,今后预定发售提供32 位恒定电流输出,脉宽调制(PWM)方式控制的可表示1024 阶灰度等级的图形面板用LED 控制器「TE7111PF」。(样品上市:预定2008 年12 月)

    时间:2008-11-11 关键词: LED rgb 控制驱动器 东京电子

  • 高集成度RGB LED驱动器(ST)

    意法半导体(ST)推出一款驱动电流高达80mA的24路恒流输出RGB LED驱动器STP24DP05。在一个7 x 7mm的 TQFP48封装内,新产品效能相当于三个普通的8路输出驱动器。  由众多高亮度LED组成的视频显示器和广告牌,采用STP24DP05来驱动,比起输出通道少的传统器件更能节省材料成本。新产品能有效缩小像素间距和LED灯组的间距,因此提高显示器的分辨率。主要目标应用包括户外和室内全彩RGB视频显示板、LED广告牌、图形信息板、彩色交通信号灯和各种信息标牌。 STP24DP05支持25MHz操作,采取串行输入、并行输出的FIFO(先入先出)驱动电路,其高速串行数据速率有助于提高图像还原的响应速度。每个颜色组的八个输出使用一个外部电阻器,通过这个电阻器可以在5-80mA范围内调节每个LED通道的驱动电流,可以独立优化红、绿和蓝光通道的最大亮度。除了优异的驱动功能外,48引脚的TQFP48封装配有高效散热焊盘,这个特性可以提高每瓦光通量和系统可靠性。 STP24DP05还集成内部故障检测功能,可以检测短接地线、短接电源或断路故障。通过芯片上的专用引脚可以控制故障检测模式,或通过SPI端口,使用特殊的数字键也可以控制故障检测模式。无需增加任何额外引脚,只使用同一个SPI端口,即可把故障代码导出芯片。这个特性实现了系统诊断功能,例如向维修协调员直接报警,有效地降低系统故障停机时间。STP24DP05还集成热关断保护功能,采用一个标志引脚传输产品关断状态。 STP24DP05采用ST的BCD6工艺制造,额定工作温度范围–40℃到 +125℃,兼容3.3V和5V数据电平,并提高了与各种主控制器的互操作性,如8位微控制器ST7FLITE 。 STP24DP05即刻可接受生产订单。

    时间:2008-07-13 关键词: 集成 st LED 驱动器 rgb 电源新品

  • 总线控制RGB前置放大器TDA4887PS引脚

    总线控制RGB前置放大器TDA4887PS引脚

      TDA4887PS是用于15''和17''彩色监视器系统的RGB前置放大器单片集成电路,它具有I2C总线控制和OSD,以及束流限制和对比度调制等功能。IC提供亮度控制,既可具有灰度等级跟踪,也可以不具有灰度等级跟踪但容易调整的亮度控制。信号放大后可以驱动通用视频模式的彩色监视器,也可以用于其他个别视频模式的解决方案。有两种黑色电平控制形式可以选择:具有阴极DC耦合负反馈的黑色电平控制;具有阴极AC耦合正反馈和外部控制可关断DAC输出的黑色电平控制。TDA4887PS特别有利用于与TDA485X监视器偏转IC系列联合使用。TDA4887PS的引脚排列及功能如图所示。   

    时间:2008-06-21 关键词: tda ps rgb 视频电路 4887

  • 新型RGB MicroSIDELED(欧司朗)

    欧司朗光电半导体公司推出新型 RGB MicroSIDELED。该产品采用超薄型设计,亮度高,适用于耦合入专为空间敏感型应用提供背光照明而设计的导光板中。  欧司朗的新型 RGB MicroSIDELED采用三块独立色彩芯片,具有业内最广的色域,能在屏幕上 100 % 呈现 NTSC 标准制式,具体情况则取决于所使用的 LCD 性能。该产品特别适用于手机、笔记本电脑、导航系统以及微显示器等要求高度逼真色彩的应用。此外,它还具有业界领先的高效率,电流为 20 毫安时绿色光度可达到 1000 mcd,功率效率可达到 50 流明每瓦。  由于每块芯片都有自己的热触点导线,因此新型 RGB MicroSIDELED具有极佳的热敏电阻性能。此外,由于 LED 可以串联驱动,这就赋予了电气设计极大的自由空间。RGB MicroSIDELED采用无汞设计,符合 RoHS 质量标准,封装紧凑小巧,外形尺寸仅 5.0 × 1.4 × 0.6 毫米,是任何受空间限制的显示器的理想解决方案。  

    时间:2008-05-28 关键词: 欧司朗 rgb microsideled

  • 新型RGB MicroSIDELED(欧司朗)

    欧司朗光电半导体公司推出新型 RGB MicroSIDELED。该产品采用超薄型设计,亮度高,适用于耦合入专为空间敏感型应用提供背光照明而设计的导光板中。  欧司朗的新型 RGB MicroSIDELED采用三块独立色彩芯片,具有业内最广的色域,能在屏幕上 100 % 呈现 NTSC 标准制式,具体情况则取决于所使用的 LCD 性能。该产品特别适用于手机、笔记本电脑、导航系统以及微显示器等要求高度逼真色彩的应用。此外,它还具有业界领先的高效率,电流为 20 毫安时绿色光度可达到 1000 mcd,功率效率可达到 50 流明每瓦。  由于每块芯片都有自己的热触点导线,因此新型 RGB MicroSIDELED具有极佳的热敏电阻性能。此外,由于 LED 可以串联驱动,这就赋予了电气设计极大的自由空间。RGB MicroSIDELED采用无汞设计,符合 RoHS 质量标准,封装紧凑小巧,外形尺寸仅 5.0 × 1.4 × 0.6 毫米,是任何受空间限制的显示器的理想解决方案。  

    时间:2008-05-26 关键词: 新型 rgb microsideled 电源新品 司朗

  • RGB色彩传感器工作原理及应用方案分析

    RGB色彩传感器工作原理及应用方案分析

    尽管人眼区分色彩的能力非常强,但不同的人在描述同一色彩时会有所不同,这意味着在要求精确的色彩检测和管理的应用中,口头描述是不够的。更好的解决方案是使用充分校准的色彩传感设备,以数字方式描述色彩。这些设备包括昂贵的实验室级分光光谱仪到经济的RGB色彩传感器(如安华高科技生产的色彩传感器)。安华高科技拥有各种色彩传感器,为当前许多实际色彩传感和测量应用提供了实用的解决方案。本文的目标是考察色彩感知、测量和规格、以及怎样应用色彩传感器生成的数据。最后,本文讨论了安华高科技的RGB色彩传感器产品及其怎样为各种色彩传感应用服务。  色彩的感知  在进入电子设备怎样传感色彩的理论之前,有必要了解人类是怎样感知色彩的。色彩是光源、物体和观察者之间交互的结果。在反射的光中,落在一个物体上的光会被反射或吸收,具体取决于表面特点,如反射系数和透射情况。例如,红纸会吸收光谱中大多数带绿色的部分和带蓝色的部分,同时反射光谱中带红色的部分,因此对观察者会表现为红色。在自己发光的物体中,其原理相同:光会到达人眼,然后由眼睛的接受器进行处理,由神经系统和大脑进行解释。  人类视觉系统可以检测到从大约400nm(紫色)到大约700nm(红色)的电磁光谱,可以适应变化广泛的照明度和大量的色彩饱和度(纯粹的颜色在白色中所占的比例)。虽然杆状细胞是能够在广泛的照明度上工作、并对变化提供快速响应的光传感器元件,但这些杆状细胞却无法检测色彩。称为锥状细胞的光传感器元件提供高分辨率的色彩图像。共有三个锥状细胞,在不同波长上实现峰值灵敏度,其分别是红色(580nm)、绿色(540nm)和蓝色(450nm)。可视光谱内任何波长的光都将会在不同程度上刺激这三类锥状细胞中的一个或多个单元,我们感觉到的色彩则是我们的视觉神经和大脑处理的信息。  很明显,拥有正常色彩视觉的人在看到波长组合相同的光时,基本上会感觉到相同的色彩。科学试验表明,人类可以区分非常细微的色彩差异,估计最高可以达到1000万种,问题是我们没有足够的词来描述所有这些有着细微差异的色彩。  色彩测量的原理  图1.1显示了与使用仪器或传感器进行色彩测量相比,人眼检测色彩的基本原理。传感设备可以是高端设备,如分光光谱仪或英国国际照明委员会(CIE)校准的摄像机,也可以是低端设备,如RGB色彩传感器等。  测量仪器通常分为两大类:色度分析方法和测光方法。在使用色度分析方法时,设备使用具有三个滤波器的传感器测量来自物体的光(图1.1b)。正常情况下,传感器廓线经过优化,因此与人眼响应非常相似。输出采用CIE三重刺激值表示:X, Y, Z。  测光方法(图1c)使用各种各样的传感器,在大量的窄波长范围内测量色彩。然后,仪器的微电脑通过对得到的数据求积分,计算三重刺激值。  安华高科技的色彩传感器(图1d)是三滤波器设备,提供了色度分析测量功能。传感器输出由电压输出VR, VG,和VB或模拟数字转换后的R, G和B数字值组成。  图1a 图1b 图1c 图1d 色彩传感器的工作原理 色彩传感器分为三种不同类型:光到光电流转换,光到模拟电压转换,光到数字转换。前者通常只代表实际色彩传感器的输入部分,因为原始光电流的幅度非常低,总是要求放大,以将光电流转换成可用的水平。所以,最实用的模拟输出色彩传感器至少会有一个跨阻抗放大器,并提供电压输出。 光到模拟电压色彩传感器由色彩滤波器后面的光电二极管阵列与整合的电流到电压转换电路(通常是跨阻抗放大器)组成,如图1.2所示。落在每个光电二极管上的光转换成光电流,其幅度取决于亮度及入射光的波长(由于色彩滤波器)。 图1.2: 采用光到模拟电压转换的色彩传感器 如果没有色彩滤波器,典型的硅光电二极管会对从超紫色区域直到可视区域的波长作出响应,在光谱接近红外线的部分,峰值响应区域位于800nm和950nm之间。红色、绿色和蓝色透射色彩滤波器将重塑和优化光电二极管的光谱响应。正确设计的滤波器将对模仿人眼的滤波后的光电二极管阵列提供光谱响应。三个光电二极管中的每个光电二极管的光电流会使用电流到电压转换器,转换成VRout、VGout和VBout。 有两种色彩传感模式:反射传感和透射传感。 在反射传感中,色彩传感器检测从某个表面或对象反射的光,光源和色彩传感器都放在目标表面附近。来自光源(如白炽灯或荧光灯、白色LED或校准后的RGB LED模块)的光弹跳离开表面,被色彩传感器测得。反射离开表面的色彩与表面的颜色有关。例如,白光入射到红色表面上,会反射为红色。反射的红光撞击色彩传感器,产生R, G和B输出电压。通过解释三个电压,可以确定色彩。由于三个输出电压与反射光的密度线性提高,因此色彩传感器还可以测量表面或物体的反射系数。 图1.3: 反射的光的颜色取决于表面反射的颜色和吸收的颜色。 透射传感 在透射工作模式下,传感器朝向光源。色彩传感器搭配滤波器的光电二极管阵列将入射光转换成R, G和B光电流,然后放大并转换成模拟电压。由于所有三个输出都会随着光密度提高而线性提高,因此传感器可以同时测量光的颜色和总密度。 可以使用透射传感,确定透明介质的颜色,如玻璃和透明塑料、液体和气体。在这种应用中,光穿过透明介质,然后撞击在色彩传感器上。透明介质的颜色取决于对色彩传感器电压的理解。 图1.4: 传感器的R, G和B 输出取决于落在传感器上的光的颜色。 图1.5: 透明介质的色彩传感,如色彩滤波器、液体或气体。 解释色彩传感器值 可以使用色彩传感器的三个模拟输出电压直接控制硬件,或转换成数字值,从而数字处理器能够分析数据。然后可以从这些数字值中获得色彩和亮度信息。 描述色彩和亮度有两种方法。 a) 矩阵方法 如果需要区分多种色彩,那么适合采用这种方法。这种方法基于下面给出的矩阵: 其中X, Y, Z代表CIE三重刺激值,RGB代表色彩传感器的数字值。 将测量已知的参考色彩集合,对每个标准X, Y, Z值获得R, G, B 传感器值。矩阵系数C00, C01, C02, C10, C11, C12, C20, C21和C22从这些已知标准值中确定。一旦确定了这些矩阵系数,那么可以从R, G,和B 数字传感器值中计算得出未知色彩的X, Y, Z值。 b) 查表方法 如果要区分少量的参考色彩,适合采用这种方法。首先,在校准过程中获得每个色彩的参考色彩传感器值,其中包括亮度信息。必须确定亮度信息是否重要。如果亮度信息重要,理解中会使用实际色彩传感器值。 如果亮度对应用不重要,那么在校准过程中将对参考色彩及在测试过程中对未知色彩获得红色、绿色和蓝色传感器值的比率或比重。使用一个选定的色彩通道作为所有测量集合的基础,来获得比率。例如,如果选择绿色通道,那么通过将传感器测量值除以相应的绿色通道值,来获得比率,因此得到的绿色通道值一直是1。我们演示一下,如果集合(Rn, Gn, Bn),n=1, 2, 3…N表示所有N个参考色彩的色彩传感器测量结果,那么通过下述集合得出比率: ,n=1,2,3, ...N。 也可以使用红色或蓝色通道值作为除数。选择使用哪条色彩通道与用户偏好有关。 如果未知色彩距离某个参考色彩最近,也就是说,如果未知色彩与该特定参考色彩之间的距离在未知色彩与所有其它参考色彩之间的所有其它距离中最短,那么可以确定未知色彩就是参考色彩。 未知色彩和参考色彩之间的距离使用下面的公式得出: a) 在亮度重要时 b) 在亮度不重要时 注意:1. (Ru, Gu, Bu)是未知色彩传感器值; 2. (Rr, Gr, Br)是参考色彩传感器值; 3. 在亮度不重要时,一条传感器通道的值(如绿色通道)作为除数。 将为每个参考色彩确定最大距离极限,以避免接受不属于参考色彩列表的色彩。这个最大极限对每个参考色彩可以不同,具体视要求的准确性而定。 色彩传感器的类型比较 光到光电流转换器 光到光电流转换器由光电二极管或具有色彩滤波器的光电二极管组成,将光转换成光电流。可以使用外部电路,将光电流转换成成比例的电压输出,然后可以通过模拟数字转换器将电压转换成数字格式,输送到微控制器中。 优点: - 设计灵活。可以针对各个应用订制放大器的增益和带宽及模拟数字转换器的速度和分辨率 缺点: - 增加了组装成本 - 提高了设计复杂程度 光到光电流转换器适合要求响应时间短、定制增益和速度调节及在光线变化条件下工作的应用。 光到模拟电压转换器 光到模拟电压转换器由搭配色彩滤波器的光电二极管阵列组成,并整合一个跨阻抗放大器。要求使用外部电路,将模拟电压转换成数字输出,然后才能输送到数字信号处理器。 优点: - 简化外设电路设计 - 改善空间利用效率 - 降低组装成本 缺点: - 响应时间预先由内置电流到电压转换器确定,如跨阻抗放大器 - 要求额外的模拟数字转换器,将电压输出转换成数字格式 光到模拟电压转换器适合要求设计周期较短、产品开发周期更快、光线条件和空间利用率设计精良的应用。 光到数字电压转换器 光到数字电压转换器由搭配RGB滤波器的光电二极管阵列、模似数字转换器及用于通信和灵敏度控制的数字核心组成。输出允许直接接口微控制器或其它逻辑控制通路,如2线串行接口,以进一步处理信号,而不需额外的器件。 优点: - 提供抗噪声干扰能力 - 简化外围电路设计 - 改善空间利用率 - 降低组装成本 缺点: - 只通过2线串行接口模块提供到微控制器或PC的直接接口 - 响应时间由内置模拟电路和数字电路预先确定 - 预先确定模拟数字转换分辨率 光到数字转换器适合要求抗噪声能力、缩短设计周期、加快产品开发周期及光线条件和空间利用率设计精良的应用。 安华高科技的色彩传感器系列 安华高科技提供广泛的色彩传感器产品,适合显示、照明、工业、消费电子和医疗市场中的各种应用。它同时提供了模拟格式和数字格式的解决方案。 模拟RGB色彩传感器 - 搭配RGB滤波器的光电二极管阵列 - 整合跨阻抗放大器,提供线性模拟电压输出 - 为R, G和B通道独立选择增益 - 分为模块级和元器件级 数字RGB色彩传感器 - 搭配RGB滤波器的光电二极管阵列 - 整合模拟数字转换器和数字核心,通过2线串行接口进行通信 - 直接接口微控制器或其它逻辑控制 - 软件程控增益和灵敏度控制 - 微型包装,适合便携式设备 表1.0: 发布的色彩传感器产品简要技术数据 安华高科技RGB色彩传感器的优点 丰富的色彩传感设备:安华高科技提供各种色彩传感设备,包括裸硅光电二极管到完善的RGB色彩传感器。对首选使用市面上流行的即插即用解决方案的客户,整合的RGB色彩传感器将是正确的选择。希望灵活地设计自己的光电流到电压转换器和模拟数字转换电路的客户,可以购买光电二极管。 简化外围电路设计:安华高科技RGB色彩传感器是一款内置电流到电压转换器的整合的解决方案。输出采用模拟格式或数字格式提供,具体取决于选择的色彩传感器类型。这可以简化外围电路设计,从而降低整个产品的设计周期。 设计灵活:安华高科技RGB色彩传感器为R, G和B色彩通道提供内置独立增益选择。对低亮度操作,可以选择较高的增益;对高亮度应用,可以选择较低的增益。产品资料中详细介绍了每台设备的整体动态范围。 改善空间利用率:安华高科技提供微型封装的传感器,适合便携式设备应用。 降低对不准和污染的影响:每个安华高科技RGB色彩传感器都搭配统一的色彩滤波器阵列,可以大幅度降低偏差和污染所造成的问题。 实现极端温度操作:安华高科技提供可以涵盖极端工作温度的产品,即-40 °C到+85 °C。 无铅产品:所有安华高科技色彩传感器都符合无铅和ROHS标准。 目标市场 汽车市场 安华高科技为下述汽车应用提供具有AEC三级资格的部件: o 导航面板 o 气氛灯 o 仪表盘照明 照明市场 安华高科技为照明和显示应用提供在不同时间和不同温度下拥有稳定的灵敏度的传感器: o 建筑照明 o 装饰照明显示 o 内部照明 o 橱窗照明 实例:橱窗照明 功能:控制环境亮度的影响 o 色彩传感器安装在光学反馈控制系统中 o 光源色彩点管理,实现LED色彩强度控制 o 耐用,能够在不同时间和不同温度下稳定地工作 o 可与安华高科技HDJD-J822-SCR00色彩控制器专利技术结合使用,形成闭环色彩管理系统 实例:装饰照明 o 使用色彩传感器测量LED亮度随时间变化情况,提供光学反馈,控制光源的色彩点 o 可与安华高科技HDJD-J822-SCR00色彩控制器专利技术结合使用,形成闭环色彩管理系统 工业市场 安华高科技提供一系列RGB色彩传感器,满足各种工业应用要求,如: o 包装:标签检查和识别 o 化妆品:产品组装分离,色彩质量 o 纺织:纱线污染检测 o 印染/图形打印 实例:纱线污染检测 - 色彩传感器安装在纱线生产线中,检测是否有污染 - 在检测到污染时系统会自动停止 - 减少人为错误,改善准确性和效率 医疗市场 安华高科技提供灵敏度和准确性高的色彩传感器,满足医疗应用需求,如: o 血糖计 o 血液胆固醇计 o 血酮计 实例:化学分析96井板系统 功能:微型并行液相色谱(μPLC)化学测试分析仪 o 放置四个色彩传感器,提供化学反应的色彩检测 o 自动瞬时检测色彩变化 o 消除人为错误 o 色彩区分准确性高,非常可靠 消费电子市场 安华高科技提供经济的RGB色彩传感器,满足消费电子市场中不断增长的需求: o 便携式色彩阅读器 o 自动麻将桌 o 洗衣机中的干燥检测器 o 游戏 实例:麻将自动洗牌 o 使用色彩传感器管理“麻将牌方向检查”; o 传感、对比和重新排列两面都朝上或都朝下的麻将牌; o 完整的闭环系统接口,对麻将牌的重新排列进行逻辑判断; o 消除手动洗牌和可能的欺骗。 安华高科技配有RGB色彩传感器的照明和色彩管理系统 安华高科技 RGB色彩传感器 (HDJD-S831-QT333)可与安华高科技色彩控制器HDJD-J822-SCR00一起使用,构成RGB LED光源管理系统。色彩管理应用需要准确地混合红色、绿色和蓝色LED输出,来显示色彩。必需定期调节混合率,保持一致准确的色彩,而不管LED亮度变化和LED元件色彩位移如何。HDJD-J822是一种色彩控制器,用于处理色彩传感器信息,保持色彩和亮度。如需详细信息,请参阅应用指南AN 5070。 本文小结 对需要经济的解决方案和设计周期短的应用领域,安华高科技整合的RGB色彩传感器解决方案克服了从头设计色彩传感器所固有的挑战。安华高科技还提供了一个光电二极管级解决方案,为首选设计自己的色彩传感系统服务。通过在强健的无铅封装中提供广泛、经济的色彩传感器产品,安华高科技成为色彩传感行业中的一站式供应商。 参考资料 [1] 安华高科技 HDJD S722 QR999产品资料 出版号:5989-1984EN [2] 安华高科技 HDJD S831 QT333产品资料 出版号:5989-2180EN [3] 使用HDJD-S722色彩传感器 应用指南5096 出版号:5989-1845EN [4] HDJD JD02开发套件用户指南 出版号:5989-3784EN [5] 精确的色彩传达, Minolta Co., Ltd. [6]色彩感知和测量基础知识, HunterLab

    时间:2008-05-04 关键词: 传感器 工作原理 rgb 色彩

  • RGB色彩传感器工作原理及应用方案分析

    RGB色彩传感器工作原理及应用方案分析

    尽管人眼区分色彩的能力非常强,但不同的人在描述同一色彩时会有所不同,这意味着在要求精确的色彩检测和管理的应用中,口头描述是不够的。更好的解决方案是使用充分校准的色彩传感设备,以数字方式描述色彩。这些设备包括昂贵的实验室级分光光谱仪到经济的RGB色彩传感器(如安华高科技生产的色彩传感器)。安华高科技拥有各种色彩传感器,为当前许多实际色彩传感和测量应用提供了实用的解决方案。本文的目标是考察色彩感知、测量和规格、以及怎样应用色彩传感器生成的数据。最后,本文讨论了安华高科技的RGB色彩传感器产品及其怎样为各种色彩传感应用服务。  色彩的感知  在进入电子设备怎样传感色彩的理论之前,有必要了解人类是怎样感知色彩的。色彩是光源、物体和观察者之间交互的结果。在反射的光中,落在一个物体上的光会被反射或吸收,具体取决于表面特点,如反射系数和透射情况。例如,红纸会吸收光谱中大多数带绿色的部分和带蓝色的部分,同时反射光谱中带红色的部分,因此对观察者会表现为红色。在自己发光的物体中,其原理相同:光会到达人眼,然后由眼睛的接受器进行处理,由神经系统和大脑进行解释。  人类视觉系统可以检测到从大约400nm(紫色)到大约700nm(红色)的电磁光谱,可以适应变化广泛的照明度和大量的色彩饱和度(纯粹的颜色在白色中所占的比例)。虽然杆状细胞是能够在广泛的照明度上工作、并对变化提供快速响应的光传感器元件,但这些杆状细胞却无法检测色彩。称为锥状细胞的光传感器元件提供高分辨率的色彩图像。共有三个锥状细胞,在不同波长上实现峰值灵敏度,其分别是红色(580nm)、绿色(540nm)和蓝色(450nm)。可视光谱内任何波长的光都将会在不同程度上刺激这三类锥状细胞中的一个或多个单元,我们感觉到的色彩则是我们的视觉神经和大脑处理的信息。  很明显,拥有正常色彩视觉的人在看到波长组合相同的光时,基本上会感觉到相同的色彩。科学试验表明,人类可以区分非常细微的色彩差异,估计最高可以达到1000万种,问题是我们没有足够的词来描述所有这些有着细微差异的色彩。  色彩测量的原理  图1.1显示了与使用仪器或传感器进行色彩测量相比,人眼检测色彩的基本原理。传感设备可以是高端设备,如分光光谱仪或英国国际照明委员会(CIE)校准的摄像机,也可以是低端设备,如RGB色彩传感器等。  测量仪器通常分为两大类:色度分析方法和测光方法。在使用色度分析方法时,设备使用具有三个滤波器的传感器测量来自物体的光(图1.1b)。正常情况下,传感器廓线经过优化,因此与人眼响应非常相似。输出采用CIE三重刺激值表示:X, Y, Z。  测光方法(图1c)使用各种各样的传感器,在大量的窄波长范围内测量色彩。然后,仪器的微电脑通过对得到的数据求积分,计算三重刺激值。  安华高科技的色彩传感器(图1d)是三滤波器设备,提供了色度分析测量功能。传感器输出由电压输出VR, VG,和VB或模拟数字转换后的R, G和B数字值组成。  图1a 图1b 图1c 图1d 色彩传感器的工作原理 色彩传感器分为三种不同类型:光到光电流转换,光到模拟电压转换,光到数字转换。前者通常只代表实际色彩传感器的输入部分,因为原始光电流的幅度非常低,总是要求放大,以将光电流转换成可用的水平。所以,最实用的模拟输出色彩传感器至少会有一个跨阻抗放大器,并提供电压输出。 光到模拟电压色彩传感器由色彩滤波器后面的光电二极管阵列与整合的电流到电压转换电路(通常是跨阻抗放大器)组成,如图1.2所示。落在每个光电二极管上的光转换成光电流,其幅度取决于亮度及入射光的波长(由于色彩滤波器)。 图1.2: 采用光到模拟电压转换的色彩传感器 如果没有色彩滤波器,典型的硅光电二极管会对从超紫色区域直到可视区域的波长作出响应,在光谱接近红外线的部分,峰值响应区域位于800nm和950nm之间。红色、绿色和蓝色透射色彩滤波器将重塑和优化光电二极管的光谱响应。正确设计的滤波器将对模仿人眼的滤波后的光电二极管阵列提供光谱响应。三个光电二极管中的每个光电二极管的光电流会使用电流到电压转换器,转换成VRout、VGout和VBout。 有两种色彩传感模式:反射传感和透射传感。 在反射传感中,色彩传感器检测从某个表面或对象反射的光,光源和色彩传感器都放在目标表面附近。来自光源(如白炽灯或荧光灯、白色LED或校准后的RGB LED模块)的光弹跳离开表面,被色彩传感器测得。反射离开表面的色彩与表面的颜色有关。例如,白光入射到红色表面上,会反射为红色。反射的红光撞击色彩传感器,产生R, G和B输出电压。通过解释三个电压,可以确定色彩。由于三个输出电压与反射光的密度线性提高,因此色彩传感器还可以测量表面或物体的反射系数。 图1.3: 反射的光的颜色取决于表面反射的颜色和吸收的颜色。 透射传感 在透射工作模式下,传感器朝向光源。色彩传感器搭配滤波器的光电二极管阵列将入射光转换成R, G和B光电流,然后放大并转换成模拟电压。由于所有三个输出都会随着光密度提高而线性提高,因此传感器可以同时测量光的颜色和总密度。 可以使用透射传感,确定透明介质的颜色,如玻璃和透明塑料、液体和气体。在这种应用中,光穿过透明介质,然后撞击在色彩传感器上。透明介质的颜色取决于对色彩传感器电压的理解。 图1.4: 传感器的R, G和B 输出取决于落在传感器上的光的颜色。 图1.5: 透明介质的色彩传感,如色彩滤波器、液体或气体。 解释色彩传感器值 可以使用色彩传感器的三个模拟输出电压直接控制硬件,或转换成数字值,从而数字处理器能够分析数据。然后可以从这些数字值中获得色彩和亮度信息。 描述色彩和亮度有两种方法。 a) 矩阵方法 如果需要区分多种色彩,那么适合采用这种方法。这种方法基于下面给出的矩阵: 其中X, Y, Z代表CIE三重刺激值,RGB代表色彩传感器的数字值。 将测量已知的参考色彩集合,对每个标准X, Y, Z值获得R, G, B 传感器值。矩阵系数C00, C01, C02, C10, C11, C12, C20, C21和C22从这些已知标准值中确定。一旦确定了这些矩阵系数,那么可以从R, G,和B 数字传感器值中计算得出未知色彩的X, Y, Z值。 b) 查表方法 如果要区分少量的参考色彩,适合采用这种方法。首先,在校准过程中获得每个色彩的参考色彩传感器值,其中包括亮度信息。必须确定亮度信息是否重要。如果亮度信息重要,理解中会使用实际色彩传感器值。 如果亮度对应用不重要,那么在校准过程中将对参考色彩及在测试过程中对未知色彩获得红色、绿色和蓝色传感器值的比率或比重。使用一个选定的色彩通道作为所有测量集合的基础,来获得比率。例如,如果选择绿色通道,那么通过将传感器测量值除以相应的绿色通道值,来获得比率,因此得到的绿色通道值一直是1。我们演示一下,如果集合(Rn, Gn, Bn),n=1, 2, 3…N表示所有N个参考色彩的色彩传感器测量结果,那么通过下述集合得出比率: ,n=1,2,3, ...N。 也可以使用红色或蓝色通道值作为除数。选择使用哪条色彩通道与用户偏好有关。 如果未知色彩距离某个参考色彩最近,也就是说,如果未知色彩与该特定参考色彩之间的距离在未知色彩与所有其它参考色彩之间的所有其它距离中最短,那么可以确定未知色彩就是参考色彩。 未知色彩和参考色彩之间的距离使用下面的公式得出: a) 在亮度重要时 b) 在亮度不重要时 注意:1. (Ru, Gu, Bu)是未知色彩传感器值; 2. (Rr, Gr, Br)是参考色彩传感器值; 3. 在亮度不重要时,一条传感器通道的值(如绿色通道)作为除数。 将为每个参考色彩确定最大距离极限,以避免接受不属于参考色彩列表的色彩。这个最大极限对每个参考色彩可以不同,具体视要求的准确性而定。 色彩传感器的类型比较 光到光电流转换器 光到光电流转换器由光电二极管或具有色彩滤波器的光电二极管组成,将光转换成光电流。可以使用外部电路,将光电流转换成成比例的电压输出,然后可以通过模拟数字转换器将电压转换成数字格式,输送到微控制器中。 优点: - 设计灵活。可以针对各个应用订制放大器的增益和带宽及模拟数字转换器的速度和分辨率 缺点: - 增加了组装成本 - 提高了设计复杂程度 光到光电流转换器适合要求响应时间短、定制增益和速度调节及在光线变化条件下工作的应用。 光到模拟电压转换器 光到模拟电压转换器由搭配色彩滤波器的光电二极管阵列组成,并整合一个跨阻抗放大器。要求使用外部电路,将模拟电压转换成数字输出,然后才能输送到数字信号处理器。 优点: - 简化外设电路设计 - 改善空间利用效率 - 降低组装成本 缺点: - 响应时间预先由内置电流到电压转换器确定,如跨阻抗放大器 - 要求额外的模拟数字转换器,将电压输出转换成数字格式 光到模拟电压转换器适合要求设计周期较短、产品开发周期更快、光线条件和空间利用率设计精良的应用。 光到数字电压转换器 光到数字电压转换器由搭配RGB滤波器的光电二极管阵列、模似数字转换器及用于通信和灵敏度控制的数字核心组成。输出允许直接接口微控制器或其它逻辑控制通路,如2线串行接口,以进一步处理信号,而不需额外的器件。 优点: - 提供抗噪声干扰能力 - 简化外围电路设计 - 改善空间利用率 - 降低组装成本 缺点: - 只通过2线串行接口模块提供到微控制器或PC的直接接口 - 响应时间由内置模拟电路和数字电路预先确定 - 预先确定模拟数字转换分辨率 光到数字转换器适合要求抗噪声能力、缩短设计周期、加快产品开发周期及光线条件和空间利用率设计精良的应用。 安华高科技的色彩传感器系列 安华高科技提供广泛的色彩传感器产品,适合显示、照明、工业、消费电子和医疗市场中的各种应用。它同时提供了模拟格式和数字格式的解决方案。 模拟RGB色彩传感器 - 搭配RGB滤波器的光电二极管阵列 - 整合跨阻抗放大器,提供线性模拟电压输出 - 为R, G和B通道独立选择增益 - 分为模块级和元器件级 数字RGB色彩传感器 - 搭配RGB滤波器的光电二极管阵列 - 整合模拟数字转换器和数字核心,通过2线串行接口进行通信 - 直接接口微控制器或其它逻辑控制 - 软件程控增益和灵敏度控制 - 微型包装,适合便携式设备 表1.0: 发布的色彩传感器产品简要技术数据 安华高科技RGB色彩传感器的优点 丰富的色彩传感设备:安华高科技提供各种色彩传感设备,包括裸硅光电二极管到完善的RGB色彩传感器。对首选使用市面上流行的即插即用解决方案的客户,整合的RGB色彩传感器将是正确的选择。希望灵活地设计自己的光电流到电压转换器和模拟数字转换电路的客户,可以购买光电二极管。 简化外围电路设计:安华高科技RGB色彩传感器是一款内置电流到电压转换器的整合的解决方案。输出采用模拟格式或数字格式提供,具体取决于选择的色彩传感器类型。这可以简化外围电路设计,从而降低整个产品的设计周期。 设计灵活:安华高科技RGB色彩传感器为R, G和B色彩通道提供内置独立增益选择。对低亮度操作,可以选择较高的增益;对高亮度应用,可以选择较低的增益。产品资料中详细介绍了每台设备的整体动态范围。 改善空间利用率:安华高科技提供微型封装的传感器,适合便携式设备应用。 降低对不准和污染的影响:每个安华高科技RGB色彩传感器都搭配统一的色彩滤波器阵列,可以大幅度降低偏差和污染所造成的问题。 实现极端温度操作:安华高科技提供可以涵盖极端工作温度的产品,即-40 °C到+85 °C。 无铅产品:所有安华高科技色彩传感器都符合无铅和ROHS标准。 目标市场 汽车市场 安华高科技为下述汽车应用提供具有AEC三级资格的部件: o 导航面板 o 气氛灯 o 仪表盘照明 照明市场 安华高科技为照明和显示应用提供在不同时间和不同温度下拥有稳定的灵敏度的传感器: o 建筑照明 o 装饰照明显示 o 内部照明 o 橱窗照明 实例:橱窗照明 功能:控制环境亮度的影响 o 色彩传感器安装在光学反馈控制系统中 o 光源色彩点管理,实现LED色彩强度控制 o 耐用,能够在不同时间和不同温度下稳定地工作 o 可与安华高科技HDJD-J822-SCR00色彩控制器专利技术结合使用,形成闭环色彩管理系统 实例:装饰照明 o 使用色彩传感器测量LED亮度随时间变化情况,提供光学反馈,控制光源的色彩点 o 可与安华高科技HDJD-J822-SCR00色彩控制器专利技术结合使用,形成闭环色彩管理系统 工业市场 安华高科技提供一系列RGB色彩传感器,满足各种工业应用要求,如: o 包装:标签检查和识别 o 化妆品:产品组装分离,色彩质量 o 纺织:纱线污染检测 o 印染/图形打印 实例:纱线污染检测 - 色彩传感器安装在纱线生产线中,检测是否有污染 - 在检测到污染时系统会自动停止 - 减少人为错误,改善准确性和效率 医疗市场 安华高科技提供灵敏度和准确性高的色彩传感器,满足医疗应用需求,如: o 血糖计 o 血液胆固醇计 o 血酮计 实例:化学分析96井板系统 功能:微型并行液相色谱(μPLC)化学测试分析仪 o 放置四个色彩传感器,提供化学反应的色彩检测 o 自动瞬时检测色彩变化 o 消除人为错误 o 色彩区分准确性高,非常可靠 消费电子市场 安华高科技提供经济的RGB色彩传感器,满足消费电子市场中不断增长的需求: o 便携式色彩阅读器 o 自动麻将桌 o 洗衣机中的干燥检测器 o 游戏 实例:麻将自动洗牌 o 使用色彩传感器管理“麻将牌方向检查”; o 传感、对比和重新排列两面都朝上或都朝下的麻将牌; o 完整的闭环系统接口,对麻将牌的重新排列进行逻辑判断; o 消除手动洗牌和可能的欺骗。 安华高科技配有RGB色彩传感器的照明和色彩管理系统 安华高科技 RGB色彩传感器 (HDJD-S831-QT333)可与安华高科技色彩控制器HDJD-J822-SCR00一起使用,构成RGB LED光源管理系统。色彩管理应用需要准确地混合红色、绿色和蓝色LED输出,来显示色彩。必需定期调节混合率,保持一致准确的色彩,而不管LED亮度变化和LED元件色彩位移如何。HDJD-J822是一种色彩控制器,用于处理色彩传感器信息,保持色彩和亮度。如需详细信息,请参阅应用指南AN 5070。 本文小结 对需要经济的解决方案和设计周期短的应用领域,安华高科技整合的RGB色彩传感器解决方案克服了从头设计色彩传感器所固有的挑战。安华高科技还提供了一个光电二极管级解决方案,为首选设计自己的色彩传感系统服务。通过在强健的无铅封装中提供广泛、经济的色彩传感器产品,安华高科技成为色彩传感行业中的一站式供应商。 参考资料 [1] 安华高科技 HDJD S722 QR999产品资料 出版号:5989-1984EN [2] 安华高科技 HDJD S831 QT333产品资料 出版号:5989-2180EN [3] 使用HDJD-S722色彩传感器 应用指南5096 出版号:5989-1845EN [4] HDJD JD02开发套件用户指南 出版号:5989-3784EN [5] 精确的色彩传达, Minolta Co., Ltd. [6]色彩感知和测量基础知识, HunterLab

    时间:2008-05-02 关键词: 方案 分析 传感器 原理 电源技术解析 工作 应用 rgb 色彩

  • RGB色彩传感器工作原理及应用方案分析

    RGB色彩传感器工作原理及应用方案分析

    尽管人眼区分色彩的能力非常强,但不同的人在描述同一色彩时会有所不同,这意味着在要求精确的色彩检测和管理的应用中,口头描述是不够的。更好的解决方案是使用充分校准的色彩传感设备,以数字方式描述色彩。这些设备包括昂贵的实验室级分光光谱仪到经济的RGB色彩传感器(如安华高科技生产的色彩传感器)。安华高科技拥有各种色彩传感器,为当前许多实际色彩传感和测量应用提供了实用的解决方案。本文的目标是考察色彩感知、测量和规格、以及怎样应用色彩传感器生成的数据。最后,本文讨论了安华高科技的RGB色彩传感器产品及其怎样为各种色彩传感应用服务。  色彩的感知  在进入电子设备怎样传感色彩的理论之前,有必要了解人类是怎样感知色彩的。色彩是光源、物体和观察者之间交互的结果。在反射的光中,落在一个物体上的光会被反射或吸收,具体取决于表面特点,如反射系数和透射情况。例如,红纸会吸收光谱中大多数带绿色的部分和带蓝色的部分,同时反射光谱中带红色的部分,因此对观察者会表现为红色。在自己发光的物体中,其原理相同:光会到达人眼,然后由眼睛的接受器进行处理,由神经系统和大脑进行解释。  人类视觉系统可以检测到从大约400nm(紫色)到大约700nm(红色)的电磁光谱,可以适应变化广泛的照明度和大量的色彩饱和度(纯粹的颜色在白色中所占的比例)。虽然杆状细胞是能够在广泛的照明度上工作、并对变化提供快速响应的光传感器元件,但这些杆状细胞却无法检测色彩。称为锥状细胞的光传感器元件提供高分辨率的色彩图像。共有三个锥状细胞,在不同波长上实现峰值灵敏度,其分别是红色(580nm)、绿色(540nm)和蓝色(450nm)。可视光谱内任何波长的光都将会在不同程度上刺激这三类锥状细胞中的一个或多个单元,我们感觉到的色彩则是我们的视觉神经和大脑处理的信息。  很明显,拥有正常色彩视觉的人在看到波长组合相同的光时,基本上会感觉到相同的色彩。科学试验表明,人类可以区分非常细微的色彩差异,估计最高可以达到1000万种,问题是我们没有足够的词来描述所有这些有着细微差异的色彩。  色彩测量的原理  图1.1显示了与使用仪器或传感器进行色彩测量相比,人眼检测色彩的基本原理。传感设备可以是高端设备,如分光光谱仪或英国国际照明委员会(CIE)校准的摄像机,也可以是低端设备,如RGB色彩传感器等。  测量仪器通常分为两大类:色度分析方法和测光方法。在使用色度分析方法时,设备使用具有三个滤波器的传感器测量来自物体的光(图1.1b)。正常情况下,传感器廓线经过优化,因此与人眼响应非常相似。输出采用CIE三重刺激值表示:X, Y, Z。  测光方法(图1c)使用各种各样的传感器,在大量的窄波长范围内测量色彩。然后,仪器的微电脑通过对得到的数据求积分,计算三重刺激值。  安华高科技的色彩传感器(图1d)是三滤波器设备,提供了色度分析测量功能。传感器输出由电压输出VR, VG,和VB或模拟数字转换后的R, G和B数字值组成。  图1a 图1b 图1c 图1d 色彩传感器的工作原理 色彩传感器分为三种不同类型:光到光电流转换,光到模拟电压转换,光到数字转换。前者通常只代表实际色彩传感器的输入部分,因为原始光电流的幅度非常低,总是要求放大,以将光电流转换成可用的水平。所以,最实用的模拟输出色彩传感器至少会有一个跨阻抗放大器,并提供电压输出。 光到模拟电压色彩传感器由色彩滤波器后面的光电二极管阵列与整合的电流到电压转换电路(通常是跨阻抗放大器)组成,如图1.2所示。落在每个光电二极管上的光转换成光电流,其幅度取决于亮度及入射光的波长(由于色彩滤波器)。 图1.2: 采用光到模拟电压转换的色彩传感器 如果没有色彩滤波器,典型的硅光电二极管会对从超紫色区域直到可视区域的波长作出响应,在光谱接近红外线的部分,峰值响应区域位于800nm和950nm之间。红色、绿色和蓝色透射色彩滤波器将重塑和优化光电二极管的光谱响应。正确设计的滤波器将对模仿人眼的滤波后的光电二极管阵列提供光谱响应。三个光电二极管中的每个光电二极管的光电流会使用电流到电压转换器,转换成VRout、VGout和VBout。 有两种色彩传感模式:反射传感和透射传感。 在反射传感中,色彩传感器检测从某个表面或对象反射的光,光源和色彩传感器都放在目标表面附近。来自光源(如白炽灯或荧光灯、白色LED或校准后的RGB LED模块)的光弹跳离开表面,被色彩传感器测得。反射离开表面的色彩与表面的颜色有关。例如,白光入射到红色表面上,会反射为红色。反射的红光撞击色彩传感器,产生R, G和B输出电压。通过解释三个电压,可以确定色彩。由于三个输出电压与反射光的密度线性提高,因此色彩传感器还可以测量表面或物体的反射系数。 图1.3: 反射的光的颜色取决于表面反射的颜色和吸收的颜色。 透射传感 在透射工作模式下,传感器朝向光源。色彩传感器搭配滤波器的光电二极管阵列将入射光转换成R, G和B光电流,然后放大并转换成模拟电压。由于所有三个输出都会随着光密度提高而线性提高,因此传感器可以同时测量光的颜色和总密度。 可以使用透射传感,确定透明介质的颜色,如玻璃和透明塑料、液体和气体。在这种应用中,光穿过透明介质,然后撞击在色彩传感器上。透明介质的颜色取决于对色彩传感器电压的理解。 图1.4: 传感器的R, G和B 输出取决于落在传感器上的光的颜色。 图1.5: 透明介质的色彩传感,如色彩滤波器、液体或气体。 解释色彩传感器值 可以使用色彩传感器的三个模拟输出电压直接控制硬件,或转换成数字值,从而数字处理器能够分析数据。然后可以从这些数字值中获得色彩和亮度信息。 描述色彩和亮度有两种方法。 a) 矩阵方法 如果需要区分多种色彩,那么适合采用这种方法。这种方法基于下面给出的矩阵: 其中X, Y, Z代表CIE三重刺激值,RGB代表色彩传感器的数字值。 将测量已知的参考色彩集合,对每个标准X, Y, Z值获得R, G, B 传感器值。矩阵系数C00, C01, C02, C10, C11, C12, C20, C21和C22从这些已知标准值中确定。一旦确定了这些矩阵系数,那么可以从R, G,和B 数字传感器值中计算得出未知色彩的X, Y, Z值。 b) 查表方法 如果要区分少量的参考色彩,适合采用这种方法。首先,在校准过程中获得每个色彩的参考色彩传感器值,其中包括亮度信息。必须确定亮度信息是否重要。如果亮度信息重要,理解中会使用实际色彩传感器值。 如果亮度对应用不重要,那么在校准过程中将对参考色彩及在测试过程中对未知色彩获得红色、绿色和蓝色传感器值的比率或比重。使用一个选定的色彩通道作为所有测量集合的基础,来获得比率。例如,如果选择绿色通道,那么通过将传感器测量值除以相应的绿色通道值,来获得比率,因此得到的绿色通道值一直是1。我们演示一下,如果集合(Rn, Gn, Bn),n=1, 2, 3…N表示所有N个参考色彩的色彩传感器测量结果,那么通过下述集合得出比率: ,n=1,2,3, ...N。 也可以使用红色或蓝色通道值作为除数。选择使用哪条色彩通道与用户偏好有关。 如果未知色彩距离某个参考色彩最近,也就是说,如果未知色彩与该特定参考色彩之间的距离在未知色彩与所有其它参考色彩之间的所有其它距离中最短,那么可以确定未知色彩就是参考色彩。 未知色彩和参考色彩之间的距离使用下面的公式得出: a) 在亮度重要时 b) 在亮度不重要时 注意:1. (Ru, Gu, Bu)是未知色彩传感器值; 2. (Rr, Gr, Br)是参考色彩传感器值; 3. 在亮度不重要时,一条传感器通道的值(如绿色通道)作为除数。 将为每个参考色彩确定最大距离极限,以避免接受不属于参考色彩列表的色彩。这个最大极限对每个参考色彩可以不同,具体视要求的准确性而定。 色彩传感器的类型比较 光到光电流转换器 光到光电流转换器由光电二极管或具有色彩滤波器的光电二极管组成,将光转换成光电流。可以使用外部电路,将光电流转换成成比例的电压输出,然后可以通过模拟数字转换器将电压转换成数字格式,输送到微控制器中。 优点: - 设计灵活。可以针对各个应用订制放大器的增益和带宽及模拟数字转换器的速度和分辨率 缺点: - 增加了组装成本 - 提高了设计复杂程度 光到光电流转换器适合要求响应时间短、定制增益和速度调节及在光线变化条件下工作的应用。 光到模拟电压转换器 光到模拟电压转换器由搭配色彩滤波器的光电二极管阵列组成,并整合一个跨阻抗放大器。要求使用外部电路,将模拟电压转换成数字输出,然后才能输送到数字信号处理器。 优点: - 简化外设电路设计 - 改善空间利用效率 - 降低组装成本 缺点: - 响应时间预先由内置电流到电压转换器确定,如跨阻抗放大器 - 要求额外的模拟数字转换器,将电压输出转换成数字格式 光到模拟电压转换器适合要求设计周期较短、产品开发周期更快、光线条件和空间利用率设计精良的应用。 光到数字电压转换器 光到数字电压转换器由搭配RGB滤波器的光电二极管阵列、模似数字转换器及用于通信和灵敏度控制的数字核心组成。输出允许直接接口微控制器或其它逻辑控制通路,如2线串行接口,以进一步处理信号,而不需额外的器件。 优点: - 提供抗噪声干扰能力 - 简化外围电路设计 - 改善空间利用率 - 降低组装成本 缺点: - 只通过2线串行接口模块提供到微控制器或PC的直接接口 - 响应时间由内置模拟电路和数字电路预先确定 - 预先确定模拟数字转换分辨率 光到数字转换器适合要求抗噪声能力、缩短设计周期、加快产品开发周期及光线条件和空间利用率设计精良的应用。 安华高科技的色彩传感器系列 安华高科技提供广泛的色彩传感器产品,适合显示、照明、工业、消费电子和医疗市场中的各种应用。它同时提供了模拟格式和数字格式的解决方案。 模拟RGB色彩传感器 - 搭配RGB滤波器的光电二极管阵列 - 整合跨阻抗放大器,提供线性模拟电压输出 - 为R, G和B通道独立选择增益 - 分为模块级和元器件级 数字RGB色彩传感器 - 搭配RGB滤波器的光电二极管阵列 - 整合模拟数字转换器和数字核心,通过2线串行接口进行通信 - 直接接口微控制器或其它逻辑控制 - 软件程控增益和灵敏度控制 - 微型包装,适合便携式设备 表1.0: 发布的色彩传感器产品简要技术数据 安华高科技RGB色彩传感器的优点 丰富的色彩传感设备:安华高科技提供各种色彩传感设备,包括裸硅光电二极管到完善的RGB色彩传感器。对首选使用市面上流行的即插即用解决方案的客户,整合的RGB色彩传感器将是正确的选择。希望灵活地设计自己的光电流到电压转换器和模拟数字转换电路的客户,可以购买光电二极管。 简化外围电路设计:安华高科技RGB色彩传感器是一款内置电流到电压转换器的整合的解决方案。输出采用模拟格式或数字格式提供,具体取决于选择的色彩传感器类型。这可以简化外围电路设计,从而降低整个产品的设计周期。 设计灵活:安华高科技RGB色彩传感器为R, G和B色彩通道提供内置独立增益选择。对低亮度操作,可以选择较高的增益;对高亮度应用,可以选择较低的增益。产品资料中详细介绍了每台设备的整体动态范围。 改善空间利用率:安华高科技提供微型封装的传感器,适合便携式设备应用。 降低对不准和污染的影响:每个安华高科技RGB色彩传感器都搭配统一的色彩滤波器阵列,可以大幅度降低偏差和污染所造成的问题。 实现极端温度操作:安华高科技提供可以涵盖极端工作温度的产品,即-40 °C到+85 °C。 无铅产品:所有安华高科技色彩传感器都符合无铅和ROHS标准。 目标市场 汽车市场 安华高科技为下述汽车应用提供具有AEC三级资格的部件: o 导航面板 o 气氛灯 o 仪表盘照明 照明市场 安华高科技为照明和显示应用提供在不同时间和不同温度下拥有稳定的灵敏度的传感器: o 建筑照明 o 装饰照明显示 o 内部照明 o 橱窗照明 实例:橱窗照明 功能:控制环境亮度的影响 o 色彩传感器安装在光学反馈控制系统中 o 光源色彩点管理,实现LED色彩强度控制 o 耐用,能够在不同时间和不同温度下稳定地工作 o 可与安华高科技HDJD-J822-SCR00色彩控制器专利技术结合使用,形成闭环色彩管理系统 实例:装饰照明 o 使用色彩传感器测量LED亮度随时间变化情况,提供光学反馈,控制光源的色彩点 o 可与安华高科技HDJD-J822-SCR00色彩控制器专利技术结合使用,形成闭环色彩管理系统 工业市场 安华高科技提供一系列RGB色彩传感器,满足各种工业应用要求,如: o 包装:标签检查和识别 o 化妆品:产品组装分离,色彩质量 o 纺织:纱线污染检测 o 印染/图形打印 实例:纱线污染检测 - 色彩传感器安装在纱线生产线中,检测是否有污染 - 在检测到污染时系统会自动停止 - 减少人为错误,改善准确性和效率 医疗市场 安华高科技提供灵敏度和准确性高的色彩传感器,满足医疗应用需求,如: o 血糖计 o 血液胆固醇计 o 血酮计 实例:化学分析96井板系统 功能:微型并行液相色谱(μPLC)化学测试分析仪 o 放置四个色彩传感器,提供化学反应的色彩检测 o 自动瞬时检测色彩变化 o 消除人为错误 o 色彩区分准确性高,非常可靠 消费电子市场 安华高科技提供经济的RGB色彩传感器,满足消费电子市场中不断增长的需求: o 便携式色彩阅读器 o 自动麻将桌 o 洗衣机中的干燥检测器 o 游戏 实例:麻将自动洗牌 o 使用色彩传感器管理“麻将牌方向检查”; o 传感、对比和重新排列两面都朝上或都朝下的麻将牌; o 完整的闭环系统接口,对麻将牌的重新排列进行逻辑判断; o 消除手动洗牌和可能的欺骗。 安华高科技配有RGB色彩传感器的照明和色彩管理系统 安华高科技 RGB色彩传感器 (HDJD-S831-QT333)可与安华高科技色彩控制器HDJD-J822-SCR00一起使用,构成RGB LED光源管理系统。色彩管理应用需要准确地混合红色、绿色和蓝色LED输出,来显示色彩。必需定期调节混合率,保持一致准确的色彩,而不管LED亮度变化和LED元件色彩位移如何。HDJD-J822是一种色彩控制器,用于处理色彩传感器信息,保持色彩和亮度。如需详细信息,请参阅应用指南AN 5070。 本文小结 对需要经济的解决方案和设计周期短的应用领域,安华高科技整合的RGB色彩传感器解决方案克服了从头设计色彩传感器所固有的挑战。安华高科技还提供了一个光电二极管级解决方案,为首选设计自己的色彩传感系统服务。通过在强健的无铅封装中提供广泛、经济的色彩传感器产品,安华高科技成为色彩传感行业中的一站式供应商。 参考资料 [1] 安华高科技 HDJD S722 QR999产品资料 出版号:5989-1984EN [2] 安华高科技 HDJD S831 QT333产品资料 出版号:5989-2180EN [3] 使用HDJD-S722色彩传感器 应用指南5096 出版号:5989-1845EN [4] HDJD JD02开发套件用户指南 出版号:5989-3784EN [5] 精确的色彩传达, Minolta Co., Ltd. [6]色彩感知和测量基础知识, HunterLab

    时间:2008-05-02 关键词: QT rgb 理及应 方案分

  • Avago 推出“即插即用”高功率RGB LED模块

        Avago Technologies(安华高科技),今日宣布为各种装饰、建筑和专业照明应用领域推出一对高性能24W红色、绿色和蓝色(RGB)发光二极管(LED)模块。这是业内第一批可以提供高达480流明光输出的新型高功率LED模块,适用于要求简便易用并可以显示各种色彩的解决方案的客户。     Avago Technologies(安华高科技)的ADJD-MJ50 (顶部发光)和ADJD-MJ60 (侧面发光) LED模块,体积小巧,可以被垂直或水平堆叠,实现需要的光输出。它们是内部和外部建筑照明设计人员的最佳首选,适用于如拱状照明、墙面清洗、向下照明和外部正面照明等应用领域。这些RGB LED模块同样也是采用了Avago Technologies(安华高科技)专利的色彩管理解决方案的理想光源,可使最终用户在整个照明设备的使用寿命期间设置和维持一致的色彩点。     此外,这些LED模块还为氛围照明、特定任务照明和追光灯等专业应用领域提供了更高的性能和灵活性。这些LED模块将亮度和可靠性集于一身,可为广告牌背光和其它标志应用提供极具灵活性的解决方案。     照明设备的设计人员、标志制造商和建筑师越来越青睐高性能、安全低压布线和超长寿命相结合的固态照明。这些应用需要高亮度输出和有效分散LED光源所产生的热量。Avago Technologies(安华高科技)的新型RGB LED模块特为各种照明应用而优化,其价格极具竞争力,并且具有很高的可靠性。     现在的RGB LED照明组件通常是将照明设备制造商组装和布线的大量单个的高功率LED组合在一起。Avago Technologies(安华高科技)的解决方案是一款可“即插即用”的集成固态光源。它封装在体积小巧、安装简便的金属包装中,且配有为简便连接散热片而设计的集成电源连接器。这将大幅度简化照明设备的制造难度,有助于降低生产时间和成本,而且不需要二级组装流程,免于投资于昂贵的组装设备。     Avago Technologies(安华高科技)ADJD-MJ50和ADJD-MJ60的红色、绿色和蓝色发射器在额定电流以100%占空比驱动时,其连续光输出高达480流明 (在9000 K色彩温度下针对白色输出进行调节时,约为310流明)。它的内置散热片( LED连接和封装底部之间的热电阻仅为2C/W)和机械安装可以有效地将热量从LED传送到照明设备上。这使得这些LED可以在高驱动电流下(总电流高达750 mA)工作,同时最大限度地降低连接温度,简化照明设备设计的热量管理。     这些使用寿命非常长的LED芯片采用硅树脂材料压缩封装,安装在反射器腔体内部,可提供平滑的椭圆形发光模式。优化的光学设计与间距很近的发射器结合在一起,最大限度地提升了光提取能力,实现了最大效率。它还预先将红色、绿色和蓝色芯片中的光混合在一起,可在整个发光模式中实现统一的色彩。通过这一功能,设计人员不再需要提供额外的光混合光学器件。     Avago Technologies(安华高科技)新型高功率RGB LED模块的封装尺寸如下: •    ADJD-MJ50: 100 mm(长) x 18 mm(宽) x 3.6 mm(高)  •    ADJD-MJ60: 100 mm(长) x 18 mm(宽) x 8 mm(高) 

    时间:2006-10-10 关键词: avago LED 即插即用 rgb

  • Avago 推出“即插即用”高功率RGB LED模块

        Avago Technologies(安华高科技),今日宣布为各种装饰、建筑和专业照明应用领域推出一对高性能24W红色、绿色和蓝色(RGB)发光二极管(LED)模块。这是业内第一批可以提供高达480流明光输出的新型高功率LED模块,适用于要求简便易用并可以显示各种色彩的解决方案的客户。     Avago Technologies(安华高科技)的ADJD-MJ50 (顶部发光)和ADJD-MJ60 (侧面发光) LED模块,体积小巧,可以被垂直或水平堆叠,实现需要的光输出。它们是内部和外部建筑照明设计人员的最佳首选,适用于如拱状照明、墙面清洗、向下照明和外部正面照明等应用领域。这些RGB LED模块同样也是采用了Avago Technologies(安华高科技)专利的色彩管理解决方案的理想光源,可使最终用户在整个照明设备的使用寿命期间设置和维持一致的色彩点。     此外,这些LED模块还为氛围照明、特定任务照明和追光灯等专业应用领域提供了更高的性能和灵活性。这些LED模块将亮度和可靠性集于一身,可为广告牌背光和其它标志应用提供极具灵活性的解决方案。     照明设备的设计人员、标志制造商和建筑师越来越青睐高性能、安全低压布线和超长寿命相结合的固态照明。这些应用需要高亮度输出和有效分散LED光源所产生的热量。Avago Technologies(安华高科技)的新型RGB LED模块特为各种照明应用而优化,其价格极具竞争力,并且具有很高的可靠性。     现在的RGB LED照明组件通常是将照明设备制造商组装和布线的大量单个的高功率LED组合在一起。Avago Technologies(安华高科技)的解决方案是一款可“即插即用”的集成固态光源。它封装在体积小巧、安装简便的金属包装中,且配有为简便连接散热片而设计的集成电源连接器。这将大幅度简化照明设备的制造难度,有助于降低生产时间和成本,而且不需要二级组装流程,免于投资于昂贵的组装设备。     Avago Technologies(安华高科技)ADJD-MJ50和ADJD-MJ60的红色、绿色和蓝色发射器在额定电流以100%占空比驱动时,其连续光输出高达480流明 (在9000 K色彩温度下针对白色输出进行调节时,约为310流明)。它的内置散热片( LED连接和封装底部之间的热电阻仅为2C/W)和机械安装可以有效地将热量从LED传送到照明设备上。这使得这些LED可以在高驱动电流下(总电流高达750 mA)工作,同时最大限度地降低连接温度,简化照明设备设计的热量管理。     这些使用寿命非常长的LED芯片采用硅树脂材料压缩封装,安装在反射器腔体内部,可提供平滑的椭圆形发光模式。优化的光学设计与间距很近的发射器结合在一起,最大限度地提升了光提取能力,实现了最大效率。它还预先将红色、绿色和蓝色芯片中的光混合在一起,可在整个发光模式中实现统一的色彩。通过这一功能,设计人员不再需要提供额外的光混合光学器件。     Avago Technologies(安华高科技)新型高功率RGB LED模块的封装尺寸如下: •    ADJD-MJ50: 100 mm(长) x 18 mm(宽) x 3.6 mm(高)  •    ADJD-MJ60: 100 mm(长) x 18 mm(宽) x 8 mm(高) 

    时间:2006-10-07 关键词: 模块 avago LED 功率 rgb 推出 电源新品

  • Avago 推出整合RGB光传感器的色彩控制器

      Avago Technologies(安华高科技)今日宣布推出业内第一款整合色彩光传感器的色彩控制器,可满足各种便携式显示设备的LCD背光需求。与传统技术相比,Avago Technologies(安华高科技)新型ADJD-J823可以实现更精确和稳定均匀的RGB LED背光以及更丰富的色彩。这款解决方案非常适用于数码相机、手机、PDA、便携式DVD播放机以及7寸或更小尺寸的显示屏幕之中。   这款器件所拥有的袖珍尺寸和超薄特性使其能够被轻松地安装到电路板空间有限的便携式LCD显示设备之中。 它整合了照明和色彩管理功能(ICM, Illumination and Color Management),产品尺寸为5 mm x5 mm x0.75mm,工作电压低达2.5V。   ADJD-J823是一款为RGB LED背光系统的闭环光学反馈装置而设计的整合了RGB光传感器的CMOS混合信号芯片。这款器件同样拥有多种增益控制选择,采用一个可以自动选择最佳增益的算则。该标准系统包括红、绿和蓝色(RGB)LED的数据阵列、LED驱动器以及ADJD-J823。该器件从RGB LED阵列的光信号输出进行取样,然后进行色彩信息处理,并调节RGB LED的光信号输出,直到达到目标色彩为止。   为了实现这项功能,该器件整合了一个RGB光传感器阵列、一个从模拟到数字的转换器前端电路、一个色彩数据处理逻辑核心以及一个高分辨率的12-bit脉宽调制(PWM, Pulse Width Modulation)输出发生器。通过采用反馈系统以及ADJD-J823,由LED阵列所产生的光信号输出能够在产品使用的寿命期限和工作温度范围内维持稳定均匀的色彩。     Avago Technologies(安华高科技)中国及香港地区总经理李艇先生表示:“Avago Technologies(安华高科技)是业内唯一一家为LCD背光提供整合了RGB传感器、色彩控制器和高亮度LED的完整的色彩管理解决方案的公司。我们通过将传感器和控制器整合在一起,将色彩管理的优势扩展到了更多在更小的消费电子产品中使用彩色LCD屏幕的领域。”

    时间:2006-06-14 关键词: avago 光传感器 rgb 色彩

  • Avago 推出整合RGB光传感器的色彩控制器

      Avago Technologies(安华高科技)今日宣布推出业内第一款整合色彩光传感器的色彩控制器,可满足各种便携式显示设备的LCD背光需求。与传统技术相比,Avago Technologies(安华高科技)新型ADJD-J823可以实现更精确和稳定均匀的RGB LED背光以及更丰富的色彩。这款解决方案非常适用于数码相机、手机、PDA、便携式DVD播放机以及7寸或更小尺寸的显示屏幕之中。   这款器件所拥有的袖珍尺寸和超薄特性使其能够被轻松地安装到电路板空间有限的便携式LCD显示设备之中。 它整合了照明和色彩管理功能(ICM, Illumination and Color Management),产品尺寸为5 mm x5 mm x0.75mm,工作电压低达2.5V。   ADJD-J823是一款为RGB LED背光系统的闭环光学反馈装置而设计的整合了RGB光传感器的CMOS混合信号芯片。这款器件同样拥有多种增益控制选择,采用一个可以自动选择最佳增益的算则。该标准系统包括红、绿和蓝色(RGB)LED的数据阵列、LED驱动器以及ADJD-J823。该器件从RGB LED阵列的光信号输出进行取样,然后进行色彩信息处理,并调节RGB LED的光信号输出,直到达到目标色彩为止。   为了实现这项功能,该器件整合了一个RGB光传感器阵列、一个从模拟到数字的转换器前端电路、一个色彩数据处理逻辑核心以及一个高分辨率的12-bit脉宽调制(PWM, Pulse Width Modulation)输出发生器。通过采用反馈系统以及ADJD-J823,由LED阵列所产生的光信号输出能够在产品使用的寿命期限和工作温度范围内维持稳定均匀的色彩。     Avago Technologies(安华高科技)中国及香港地区总经理李艇先生表示:“Avago Technologies(安华高科技)是业内唯一一家为LCD背光提供整合了RGB传感器、色彩控制器和高亮度LED的完整的色彩管理解决方案的公司。我们通过将传感器和控制器整合在一起,将色彩管理的优势扩展到了更多在更小的消费电子产品中使用彩色LCD屏幕的领域。”

    时间:2006-06-11 关键词: 传感器 控制器 avago rgb 整合 色彩 推出 电源新品

  • 在RGB显示器中生成一致的LED亮度

    在RGB显示器中生成一致的LED亮度

    发光二极管(LED)在各种终端设备中已经被广泛使用,从汽车前照灯、交通信号灯、文字显示器、广告牌及大屏幕视频显示器,到普通及建筑照明和LCD背光等最新应用,LED的迅速采用使得最普通的设备也需要重新设计。随着LED效率与亮度的增加以及成本的减少,LED有可能会取代消费类应用中的传统照明技术。本文通过比较采用基于LED的LCD背光的大屏幕显示器中所使用的一些技术,阐述如何解决在使用LED时所面对的一些设计挑战。 体育场或广告显示牌使用了很多显示面板及成千上万个LED。在每一显示阵列中,各LED(也称为像素)的亮度会有很大的差异,最亮和最暗LED之间的亮度差有时甚至能高达15%~20%。尽管此问题是所有LED应用的通病,但在一些要求有像素一致性的高质量显示系统中显得尤为突出。为弥补这种差异,厂商通常采用两种办法:一是从供应商处购买经过匹配的或经过筛选的LED;二是采用带有“点校正”功能的高质量LED驱动器。 LED供应商提供经过匹配的LED并收取一定的额外费用。他们测试后再将这些RGB(红、绿、蓝)发光二极管与可在规定电流上产生相似亮度的LED组合在一起。利用这种方法虽可以最少的设计工作量来为低端照明系统提供所需的亮度一致性,但每个像素随时间的衰落速度或亮度下降速度各不相同,因而这种方法只能是一种暂时的解决方案。换言之,在今后一到两年内,各像素的亮度将无法再保持一致。另外,当需要更换有缺陷的面板时,新换上的面板的亮度在视觉上也会和其他面板有差异。 高端显示系统对亮度匹配的要求很高,因此仅采用LED匹配这种方法还远远不够。为在显示单元的整个寿命周期内获得像素与面板亮度的一致性,厂商们普遍采用带有点校正功能的高级LED驱动器。点校正是一种通过调整流入阵列中每个LED的电流来控制像素亮度的方法。利用点校正功能,处理器可以控制流入LED面板的所有电流,同时LED驱动器可调整供给每个LED的电流并产生一致的亮度。因此就不再需要查找表,也不需要LED在每个刷新周期的复杂倍乘任务,处理器可以把节省下来的资源用来执行其他任务。为实现点校正,厂商通过照相来测量每个LED的亮度。系统中最暗的LED被指定为基本LED,而其他所有像素均与其进行比较。为进行这种校正,供给每个像素的电流都乘以一个和LED光强成正比的小数(或分数)。在像TI TLC5940中,每个LED的点校正值在每个刷新周期内都可以有很大的不同,并能存储在集成EEPROM中。这种“双点校正”方法可提供让整个面板亮度随外部照明条件的改变而更新的灵活性,并能提供长期及非易失性的点校正信息,来确保面板亮度的一致性。亮度指标会随时间而改变,EEPROM中的数据可以进行重新校正,若面板出现故障要求更换,EEPROM中的数据也可以进行重写。下面用一个具体例子来阐述这种方法。 为简单起见,只考虑由多个面板及数千个LED像素组成的完整显示系统中一种颜色的16个LED。视频面板中绿像素的亮度指标可能要求该像素的绿色LED具有80mcd的亮度。所选LED(Osram LP E675)按亮度分成四个组:45~56mcd、56~71mcd、71~90mcd及90~112mcd。每组亮度均在50mA的电流上测量。选择亮度最高的组并保证其每个LED均具有至少80mcd的亮度。对于像TLC5940这样的芯片,可用一个电阻来设置每片IC的最大电流,使每片IC都能驱动16个LED。该电阻值必须能将电流设置成足够高,以使最暗的LED也能产生80mcd的亮度。因此,根据LP E675的数据资料,芯片必须有43mA的驱动电流才能产生80mcd的亮度。通过在安装位置上测量LED的满电流(43mA)亮度,即可得到如图1所示的LED亮度直方图。其中x轴为以mA表示的LED电流,而y轴则为以mcd表示的LED亮度。如图1所示,在未进行点校正前,所测得的面板中每个LED之间的亮度差可高达±10%。这样大的亮度差在高端显示器中是无法接受的。直方图给出了对每个LED进行调整或进行点校正以产生一致亮度的相应数据。例如,当对满亮度编程后,IC必须将LED1的亮度从83mcd校正为80mcd。TLC5940拥有6位的点校正(即64步)步进,对应于每步1.56%的满量程分辨率。 图1 点校正前的 LED亮度与正向电流直方图 图2 点校正后的LED亮度与正向电流直方图 用下式可计算出每个LED的点校正值。 其中DCproduction为生产时所需的点校正值,Lbaseline为所需的亮度水平,而Linitial则是在最大电流上测得的亮度。 先将计算得到的点校正值四舍五入为最接近的小数,然后再将原始亮度乘以新的点校正系数,即得到更新后的LED亮度值。 在计算并存储每个LED的点校正数据后,即可将LED驱动器编程为其最大电流,以使LED驱动器自动调整供给每个LED的电流,这便产生了如图2所示的直方图。如果将点校正数据编程至TLC5940芯片的EEPROM中,则当面板每次开机时即可加载点校正数据,而且会一直保留至面板下一次被再校准为止。 对于室内或室外工业用视频显示器,例如广告牌及大屏幕显示器等,光有静态调整(即校准后保持不变,直到手动调整为止)还不够。这种面板调整是显示器日常维护程序中的一部分。而新兴市场应用则对此提出了更大的挑战。随着该技术进入到消费电子产品及家庭中,又如何来控制并调整LED随时间的改变呢? 尽管这种发展仍处于初级阶段,但现在已有一些显示器采用了此项技术。索尼40英寸Qualia 005面板及三星46英寸的LNR460D面板,均推出了采用基于LED背光的LCD电视。与流行想法相悖的是,这两种电视显示器中的二极管并不“白”,而是通过控制及混合RGB LED来产生“可调的”白光。与传统灯泡相比,LED背光拥有很多优势:更高的功率效率、更少的运动画面拖影、更宽的色彩频谱(在某些情况下大于105% NTSC)、更长的使用寿命及可调的色温等,其画面质量非常高。尽管在亮度变化方面电视机工程师遇到了和传统面板制造者一样的挑战,他们还必须着重考虑温度变化问题,因为电视背光应用对LED亮度随温度变化的改变很敏感。此外,电视机仅当其背光性质被调整为满足每位消费者起居室各不相同的环境照明条件时,才能达到其最佳显示质量。再加上消费应用的特点,便向人们提出了对动态亮度调整的需求。 为创造这种动态调整环路,需要使用几个测量LED温度及亮度变化的内部传感器,以及测量环境条件改变的外部传感器。以其最基本的形式,控制环路以这些传感器采集数据,并将这些数据输入至处理器中开始,然后处理器再对这些数据进行评估,并向TLC5940等LED驱动器芯片提供智能校正功能。此外,处理器还通过结合原始工厂校准点校正值与新的动态数据来产生更新后的点校正数据。 还用前面的示例,假如环境亮度表测得仅需70%的满亮度或56mcd的环境照明条件,则处理器会算出新的44.8的环境光点校正值。如果由于温度上升而使LED亮度下降10%,则处理器会计算71.1的温度点校正值。结合所有这三种点校正值来产生新的点校正数据,即可对这三种亮度变化进行补偿。 从上可见,运用48的组合点校正值即可得到56mcd的期望亮度。请注意,由于温度引起亮度下降,故本计算中的起始电流被设置为起始生产电流的90%。 只有可提供并能组合运用动、静态点校正方法的高级LED驱动器,才能提供针对消费者特定观看条件的最佳背光解决方案。在由索尼及三星提供的原型电视机中,LED采用串联方式减少控制单个LED的所需资源。要设计对背光显示单元的全动态控制,需对单个LED进行控制。因此,LED厂商目前正在开发可实现更灵活阵列配置的先进技术。 用于电视机的智能背光,是下一项将应用到家庭的创新技术,将使电视机的画面质量大幅度提高,改善人们在使用中的视觉体验。

    时间:2005-12-12 关键词: LED 显示器 rgb

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