一种LED驱动PWM脉宽调制装置和方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域。更具体地，涉及一种LED驱动PWM脉宽调制装置和方法。

背景技术

目前，利用PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制技术)脉宽调制对LED进行调光的方式得到越来越多的应用，随着应用场景的延伸，LED电子显示屏越来越多的出现在人们的生活当中，视觉刷新率和灰度等级是衡量LED电子显示屏性能的重要指标：视觉刷新率越高，画面显示越稳定，同时在用高速摄像机拍摄的情况下，仍能呈现连续画面，不会出现水平横条纹、闪屏等现象；灰度等级越高，显示的画面内容会更加细腻丰富。对于传统的PWM脉宽调制方法，无法在较低的PWM时钟情况下，同时兼顾较高的视觉刷新率和较高的灰度等级。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个实施例提供一种LED驱动PWM脉宽调制装置，包括：

灰度数据模块、PWM计数器、译码器、选择器和PWM脉宽产生模块，其中，

所述灰度数据模块用于将所述灰度数据拆分成高比特位灰度数据和低比特位灰度数据，并根据所述高比特位灰度数据生成第一高比特位灰度数据和第二高比特位灰度数据；

所述PWM计数器用于对PWM时钟信号计数，并将所述PWM时钟信号分为高比特位时钟数据和低比特位时钟数据；

所述选择器用于根据译码器的译码结果，将第一高比特位灰度数据或第二高比特位灰度数据分时选通至所述PWM脉宽产生模块；

所述PWM脉宽产生模块用于根据第一高比特位灰度数据、第二高比特位灰度数据和低比特时钟数据输出PWM脉宽信号。

在一个具体实施例中，所述灰度数据模块还用于确定PWM脉宽信号的打散子周期数，并根据所述PWM脉宽信号的打散子周期数、灰度精度要求和PWM脉宽信号的刷新率要求计算PWM时钟信号的频率；

根据所述PWM脉宽信号的打散子周期数确定高比特位灰度数据的位数和低比特位灰度数据的位数。

在一个具体实施例中，所述灰度数据模块还包括加法操作模块，用于将高比特位灰度数据作为第一高比特位灰度数据，并第一高比特位灰度数据与第一数值相加后的数据作为第二高比特位灰度数据。

在一个具体实施例中，所述高比特位时钟数据的位数与所述低比特位灰度数据的位数相同，所述低比特位时钟数据的位数与所述高比特位灰度数据的位数相同。

在一个具体实施例中，所述译码器存储有译码表，根据所述译码表、接收的所述低比特位灰度数据和所述高比特位时钟数据确定输出第一高比特灰度数据的PWM脉宽信号的子周期数和位置以及输出第二高比特灰度数据的PWM脉宽信号的子周期数和位置。

在一个具体实施例中，所述译码器包括译码逻辑电路，接收的所述低比特位灰度数据和所述高比特位时钟数据经所述译码逻辑电路处理后，确定输出第一高比特灰度数据的PWM脉宽信号的子周期数和位置以及输出第二高比特灰度数据的PWM脉宽信号的子周期数和位置。

本发明的第二个实施例提供一种LED驱动PWM脉宽调制方法，包括：

将灰度数据拆分成高比特位灰度数据和低比特位灰度数据，并根据所述高比特位数据生成第一高比特位数据和第二高比特位数据；

将PWM时钟信号分为高比特位时钟数据和低比特位时钟数据；

根据译码器的译码结果，将第一高比特位灰度数据或第二高比特位灰度数据分时选通至PWM脉宽产生模块；

根据第一高比特位灰度数据、第二高比特位灰度数据和低比特时钟数据输出PWM脉宽信号。

在一个具体实施例中，确定PWM脉宽信号的打散子周期数，并根据所述PWM脉宽信号的打散子周期数、灰度精度要求和PWM脉宽信号的刷新率要求计算PWM时钟信号的频率；

根据所述PWM脉宽信号的打散子周期数确定高比特位灰度数据的位数和低比特位灰度数据的位数。

在一个具体实施例中，所述低比特位灰度数据和所述高比特位时钟数据经过所述译码器包括的译码逻辑电路处理后，确定输出第一高比特灰度数据的PWM脉宽信号的子周期数和位置以及输出第二高比特灰度数据的PWM脉宽信号的子周期数和位置。

在一个具体实施例中，遍历所述译码器存储的译码表，根据遍历结果对所述低比特位灰度数据和所述高比特位时钟数据进行处理，确定输出第一高比特灰度数据的PWM脉宽信号的子周期数和位置以及输出第二高比特灰度数据的PWM脉宽信号的子周期数和位置。

本发明的有益效果如下：

本发明提供了一种LED驱动PWM脉宽调制装置和方法，通过将灰度数据拆分成高比特位灰度数据和低比特位灰度数据，并根据译码器的译码结果，将高比特位的灰度数据中的灰度信息，均匀分布于PWM子周期里，在提升了视觉刷新率的同时，仍保持了显示灰度，并且提升显示的细腻度，具有广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出现有的PWM脉冲信号波形的示意图

图2示出根据本发明一个实施例的LED驱动PWM脉宽调制装置示意图。

图3示出根据本发明一个实施例的译码表的示意图。。

图4示出根据本发明一个实施例的最终输出的PWM脉冲信号波形的示意图。

图5示出根据本发明一个实施例的LED驱动PWM脉宽调制方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了在较低的PWM时钟情况下，同时兼顾较高的视觉刷新率和较高的灰度等级，目前较为主流的技术采用改进激进脉波宽度调变PWM技术，该技术在传统的PWM(如图1的PWM1信号所示)基础上，将一个灰度控制信号的高电平时间打散为多个较短的导通时间，在维持原来的显示灰度情况下，提升视觉刷新率。其改进激进脉波宽度调变PWM技术主要的实现原理为，将灰度数据分为高比特位数据(MSB)以及低比特位数据(LSB)两部分，将MSB数据重复计数N次(N为打散的份数)，再将LSB数据计数一次，得到如图1的PWM2信号所示的最终完整的PWM波形。该技术，虽然提升了视觉刷新率，同时也保持了显示灰度，但并未将低比特位LSB数据的显示部分较均匀的分布至高比特位MSB数据的脉冲内，仍在一定程度上损失了显示的细腻度。

为了解决上述问题，如图2所示，本发明的一个实施例提供一种LED驱动PWM脉宽调制装置，包括：

灰度数据模块10、PWM计数器20、译码器40、选择器50和PWM脉宽产生模块60，其中，

所述灰度数据模块10用于将灰度数据拆分成高比特位灰度数据和低比特位灰度数据，并根据所述高比特位灰度数据生成第一高比特位灰度数据和第二高比特位灰度数据；

所述PWM计数器20用于对PWM时钟信号计数，并将所述PWM时钟信号分为高比特位时钟数据和低比特位时钟数据；

所述选择器50用于根据译码器40的译码结果，将第一高比特位灰度数据或第二高比特位灰度数据分时选通至所述PWM脉宽产生模块；

所述PWM脉宽产生模块60用于根据所述第一高比特位灰度数据、第二高比特位灰度数据和所述低比特时钟数据输出PWM脉宽信号。

本实施例提供的LED驱动PWM脉宽调制装置，通过将灰度数据拆分成高比特位灰度数据和低比特位灰度数据，并根据译码器的译码结果，将高比特位的灰度数据中的灰度信息，均匀分布于PWM子周期里，在提升了视觉刷新率的同时，仍保持了显示灰度，并且提升显示的细腻度，具有广泛的应用前景。

在一个具体实施例中，所述灰度数据模块还用于确定PWM脉宽信号的打散子周期数，并根据所述PWM脉宽信号的打散子周期数、灰度精度要求和PWM脉宽信号的刷新率要求计算PWM时钟信号的频率；

在本实施例中，确定PWM的打散子周期份数m＝16，获取预设的灰度精度要求和PWM脉宽信号的刷新率要求，其中，

灰度数据为16’b0010101010111000，灰度等级要求为65536，PWM脉宽信号的刷新率要求为Fpwm＝4KHZ，则根据PWM的打散子周期份数，PWM时钟信号为：

Fclk＝65536*Fpwm/m＝16.38MHZ(clk＝61ns)；

PWM子周期的时间为：

T＝1/Fpwm＝1/4KHZ＝250us。

根据所述PWM脉宽信号的打散子周期数确定高比特位灰度数据DATA_MSB的位数和低比特位灰度数据DATA_LSB的位数。

根据所述PWM脉宽信号的打散子周期数确定低比特位灰度数据DATA_LSB的位数为

i＝log

那么，高比特位灰度数据DATA_MSB的位数

j＝log

由于灰度数据为16’b0010101010111000，那么，

DATA_MSB＝12’b001010101011，DATA_LSB＝4’b1000。

值得说明的是，本领域人员可根据实际情况设置灰度数据的位数、低比特位灰度数据的位数和高比特位灰度数据的位数，例如低比特位灰度数据的位数为3，高比特位灰度数据的位数为13，上述示例仅是为了更好地理解本发明实施例的技术方案而列举的示例，不作为对本发明实施例的唯一限制。

在一个具体实施例中，所述高比特位时钟数据CNT_MSB的位数k与所述低比特位灰度数据DATA_LSB的位数i相同，例如k＝i＝4，所述低比特位时钟数据CNT_LSB的位数l与所述高比特位灰度数据的DATA_MSB位数j相同，例如l＝j＝12。

在一个具体实施例中，所述灰度数据模块还包括加法操作模块，所述加法操作模块将高比特位灰度数据作为第一高比特位灰度数据data1，并第一高比特位灰度数据与第一数值相加后的数据作为第二高比特位灰度数据data2。

由于DATA_MSB＝12’b001010101011，则data1＝12’b001010101011，data2＝data1+1＝12’b001010101100。第一高比特位灰度数据和第二高比特位灰度数据用于PWM子周期产生两种不同的PWM脉宽。data1数据对应的PWM子周期的有效脉宽为TP1＝data1*clk＝683clk＝41663ns，data2数据对应的PWM子周期的有效脉宽为TP2＝data2*clk＝684clk＝41724ns。

可以理解地，上述示例仅是为了更好地理解本发明实施例的技术方案而列举的示例，不作为对本发明实施例的唯一限制，本领域人员可根据实际情况设置操作模块的类型以及第一数值，所述第一数值为2、3等，换算成二进制则为10、11或者其他数值，只要第一高比特位灰度数据和第二高比特位灰度数据的位数相同即可。

在一个具体实施例中，所述译码器存储有如图3所示的译码表，根据所述译码表、接收的所述低比特位灰度数据和所述高比特位时钟数据确定输出第一高比特灰度数据的PWM脉宽信号的子周期数和位置以及输出第二高比特灰度数据的PWM脉宽信号的子周期数和位置。

在本实施例中，例如灰度数据为16’b0010101010111000，DATA_LSB＝4’b1000，根据图3译码表，在CNT_MSB＝4’b0000,4’b0010,4’b0110,4’b0100,4’b1000,4’b1010,4’b1100,4’b1110时，译码器输出为1，所以第二高比特灰度数据的PWM脉宽信号的子周期数为8，为位置第1,3,5,7,9,11,13,15份PWM子周期，即在第1,3,5,7,9,11,13,15份PWM子周期里，产生TP2有效脉宽；在CNT_MSB＝4’b0001,4’b0011,4’b0111,4’b0101,4’b1001,4’b1011,4’b1101,4’b1111时，译码器输出为0，所以第一高比特灰度数据的PWM脉宽信号的子周期数为8，为位置第2,4,6,8,10,12,14,16份PWM子周期，即在第2,4,6,8,10,12,14,16份PWM子周期里，产生TP1有效脉宽。通过译码器，将DATA_LSB的灰度信息，均匀分布于16份PWM子周期里。

本领域技术人员应当理解，当灰度数据的位数、低比特位灰度数据的位数或高比特位灰度数据的位数发生变化时，上述译码表应进行相应地变化，在此不再赘述。

在另一个实施例中，所述译码器包括译码逻辑电路，接收的所述低比特位灰度数据和所述高比特位时钟数据经所述译码逻辑电路处理后，确定输出第一高比特灰度数据的PWM脉宽信号的子周期数和位置以及输出第二高比特灰度数据的PWM脉宽信号的子周期数和位置。

前述实施例提供的译码表与本实施例提供的逻辑译码电路的起到的作用相似，相关之处可以参照上述说明，在此不再赘述。

传统的PWM脉冲波形如图1中的PWM1所示，在总PWM周期时间为65536clk内，其有效PWM脉宽为一个10936clk的高电平时间。

现有改进激进脉波宽度调变PWM技术主要实现方式的PWM脉冲波形的一个示例如图1中的PWM2所示，分为DATA_MSB部分PWM脉宽和DATA_LSB部分PWM脉宽，整合在一起得到完整的PWM波形。其中DATA_MSB部分PWM时间分为16份子周期，每份子周期的所占时间为4095clk，有效PWM脉宽为DATA_MSB*clk＝TP1的高电平时间，然后子周期重复计数16次。而DATA_LSB部分的周期为16clk，有效PWM脉宽为DATA_LSB*clk＝TP3＝8*61ns＝488ns的高电平时间，该周期只计数一次。总的有效PWM脉宽为TP1*16+TP3＝10936clk的高电平时间。

在一个具体实施例中，本发明提供的一个实施例最终输出的调制PWM脉冲波形如图4所示，PWM周期均分为16份子周期，每份子周期所占时间为4096clk，TP1和TP2两种有效脉宽，根据译码结果按序分布在16份子周期里。在本实施例中，TP1＝41663ns的高电平时间，分布在第1,3,5,7,9,11,13,15份子周期里；TP2＝41724ns的高电平时间，分布在第2,4,6,8,10,12,14,16份子周期里。总的有效PWM脉宽为TP1*8+TP2*8＝10936clk的高电平时间。相比于PWM2,低比特位DATA_LSB数据的显示部分较均匀的分布至高比特位DATA_MSB数据的脉冲内，提升显示的细腻度。

本实施例提供的LED驱动PWM脉宽调制装置，通过将灰度数据拆分成高比特位灰度数据和低比特位灰度数据，并根据译码器的译码结果，将高比特位的灰度数据中的灰度信息，均匀分布于PWM子周期里，在提升了视觉刷新率的同时，仍保持了显示灰度，并且提升显示的细腻度，具有广泛的应用前景。

与上述实施例提供的LED驱动PWM脉宽调制装置相对应，如图5所示，本申请的一个实施例还提供一种利用上述LED驱动PWM脉宽调制装置的调制方法，包括：

将灰度数据拆分成高比特位灰度数据和低比特位灰度数据，并根据所述高比特位数据生成第一高比特位数据和第二高比特位数据；

将PWM时钟信号分为高比特位时钟数据和低比特位时钟数据；

根据译码器的译码结果，将第一高比特位灰度数据或第二高比特位灰度数据分时选通至所述PWM脉宽产生模块；

根据第一高比特位灰度数据、第二高比特位灰度数据和低比特时钟数据输出PWM脉宽信号。

在一个具体实施例中，确定PWM脉宽信号的打散子周期数，并根据所述PWM脉宽信号的打散子周期数、灰度精度要求和PWM脉宽信号的刷新率要求计算PWM时钟信号的频率；

根据所述PWM脉宽信号的打散子周期数确定高比特位灰度数据的位数和低比特位灰度数据的位数。

本实施例提供的LED驱动PWM脉宽调制方法，通过将灰度数据拆分成高比特位灰度数据和低比特位灰度数据，并根据译码器的译码结果，将高比特位的灰度数据中的灰度信息，均匀分布于PWM子周期里，在提升了视觉刷新率的同时，仍保持了显示灰度，并且提升显示的细腻度，具有广泛的应用前景。

在一个具体实施例中，所述低比特位灰度数据和所述高比特位时钟数据经过所述译码器包括的译码逻辑电路处理后，确定输出第一高比特灰度数据的PWM脉宽信号的子周期数和位置以及输出第二高比特灰度数据的PWM脉宽信号的子周期数和位置。

在一个具体实施例中，遍历所述译码器存储的译码表，根据遍历结果对所述低比特位灰度数据和所述高比特位时钟数据进行处理，确定输出第一高比特灰度数据的PWM脉宽信号的子周期数和位置以及输出第二高比特灰度数据的PWM脉宽信号的子周期数和位置。

由于本申请实施例提供的上述LED驱动PWM脉宽调制方法与上述几种实施例提供的上述LED驱动PWM脉宽调制装置相对应，因此在前实施方式也适用于本实施例提供的液晶屏测试方法，在本实施例中不再详细描述。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。