專利名稱：一種led控制驅(qū)動芯片級聯(lián)信號單線傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件之間數(shù)字信號的串行傳輸?shù)木幋a方法，尤其涉及一種 LED控制驅(qū)動芯片級聯(lián)信號單線傳輸裝置。
背景技術(shù)：
近幾年來，隨著人們對半導(dǎo)體發(fā)光材料研究的不斷深入，LED制造工藝的不斷進步和新材料的開發(fā)和應(yīng)用，各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進展，其發(fā)光效率提高了近1000倍，色度方面已實現(xiàn)了可見光波段的所有顏色，廣泛應(yīng)用于指示燈、信號燈、顯示屏、景觀照明等顯示領(lǐng)域。目前國內(nèi)外大多數(shù)大型LED顯示系統(tǒng)中，LED控制電路與驅(qū)動電路構(gòu)成的通信系統(tǒng)的主體，往往采用各種總線協(xié)議來實現(xiàn)信號的傳輸。一般情況下，可用于LED顯示系統(tǒng)中的總線包括4根或者更多根串接傳輸線。例如，多個LED驅(qū)動電路通過數(shù)據(jù)線、片選信號、時鐘信號線和鎖存信號線來實現(xiàn)數(shù)據(jù)和指令的傳輸，該通信方法要求4條傳輸線上的信號之間保證嚴(yán)格的時序配合關(guān)系，一旦時序配合不準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)信號就不能正確傳輸，整個LED 顯示系統(tǒng)的串接信號也就無法正確傳輸，造成整個LED顯示系統(tǒng)的癱瘓。然而由于實際生產(chǎn)中，由于傳輸線上的阻抗不匹配、傳輸先延時不一致、驅(qū)動端驅(qū)動能力不足以及外界電磁干擾的問題存在，數(shù)字信號在傳輸過程中會出現(xiàn)各種信號變形、時序關(guān)系混亂，導(dǎo)致傳輸失敗。為了這些解決這些問題，LED顯示系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)計方，需要投入高額的資金和大量人力來保證產(chǎn)品的合格。因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，有待于進一步改進和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是實現(xiàn)LED級聯(lián)芯片間級聯(lián)信號的單線傳輸，使級聯(lián)信號位寬減少,傳輸過程中抗時序干擾的能力加強,并提高傳輸速度和距離。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的采用以下技術(shù)方案
一種LED控制驅(qū)動芯片級聯(lián)信號單線傳輸裝置，其特征在于包括串聯(lián)的N個LED芯片，每個LED芯片包括
能識別灰度數(shù)據(jù)，并對級聯(lián)信號中的數(shù)據(jù)進行采集，在多片級聯(lián)時，將本級的灰度數(shù)據(jù)提取出來，將后續(xù)所有級的灰度數(shù)據(jù)整形后送出的數(shù)據(jù)解碼模塊；
用于識別RESET信號，且在檢測到RESET信號后將數(shù)據(jù)解碼模塊提取到的灰度數(shù)據(jù)送入LED顯示的RESET檢測模塊；
在所述LED芯片組成的級聯(lián)系統(tǒng)中，級聯(lián)信號以幀為格式進行傳輸，LED芯片接收到的數(shù)據(jù)幀包含以下內(nèi)容以上升沿作為指示數(shù)據(jù)到來的同步信號；以歸零碼表示的LED芯片所驅(qū)動LED的灰度數(shù)據(jù)，歸零碼是以兩種不同占空比的數(shù)字電平信號來分別表示O和I的編碼；在一組數(shù)據(jù)傳輸完成之后的一段低電平時間Treset表不RESET信號。所述數(shù)據(jù)解碼模塊包含同步采樣時鐘生成模塊、RC振蕩器、數(shù)據(jù)采集模塊和串并轉(zhuǎn)換模塊。同步采樣時鐘生成模塊對RC振蕩器的輸出進行處理，在每一位同步信號到來時，產(chǎn)生一個寬為RC振蕩器周期的采樣時鐘脈沖，該脈沖的上升沿與同步信號間隔I. 5個 RC振蕩器周期；數(shù)據(jù)采集模塊利用同步采樣時鐘脈沖對數(shù)據(jù)信號進行采集，將歸零碼轉(zhuǎn)換成普通二進制碼，并經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換模塊后得到該級LED芯片的灰度數(shù)據(jù)。所述RESET檢測模塊至少包含RC振蕩模塊和計數(shù)模塊。RC振蕩模塊，產(chǎn)生周期為Treset/4的時鐘信號，計數(shù)模塊在有數(shù)據(jù)輸入時，將內(nèi)部計數(shù)器清零，輸出狀態(tài)復(fù)位；在無數(shù)據(jù)時，計數(shù)器工作，并在正常工作Treset時間后，將輸出狀態(tài)反向。本發(fā)明具有以下有益效果
提供了一種LED控制驅(qū)動芯片級聯(lián)信號單線傳輸裝置，該設(shè)計要求級聯(lián)信號只需進行簡單的串行編碼，簡化了傳輸過程的信號量，提高信號單線傳輸?shù)乃俣?、質(zhì)量和成功率。與現(xiàn)有的級聯(lián)信號總線傳輸相比，不必考慮總線信號間的時序配合，提高了傳輸?shù)姆€(wěn)定性；降低了線纜使用量，節(jié)約了成本。與其它領(lǐng)域中的單線傳輸相比，編碼簡單，易于應(yīng)用；各實現(xiàn)模塊，邏輯簡潔，時序穩(wěn)定明確，產(chǎn)品合格率高。


圖I為歸零碼和RESET信號邏輯示意圖。圖2為應(yīng)用本發(fā)明實現(xiàn)的LED芯片單線傳輸示意圖。圖3為3片式LED芯片級聯(lián)時級聯(lián)信號幀示意圖。圖4為應(yīng)用本發(fā)明實現(xiàn)的LED芯片內(nèi)部部分原理示意圖。圖5為應(yīng)用本發(fā)明實現(xiàn)的LED芯片內(nèi)部時序關(guān)系圖。
具體實施例方式下面結(jié)合一個具體的采用本發(fā)明的LED芯片級聯(lián)實例，輔以相關(guān)的附圖，作進一步的說明。A、LED芯片的級聯(lián)信號以幀為格式進行傳輸，每一級芯片接收到的數(shù)據(jù)幀包含以下內(nèi)容以上升沿作為指示數(shù)據(jù)到來的同步信號；以歸零碼表示的芯片所驅(qū)動LED的灰度數(shù)據(jù)；長為Treset的低電平表示的RESET信號。上述內(nèi)容A中所提到的數(shù)據(jù)信號以歸零碼的形式表示，歸零碼是以兩種不同占空比的數(shù)字電平信號表示O和I的編碼，編碼在發(fā)送“O”或“I”時，在一碼元的時間內(nèi)會返回初始狀態(tài)(零)，它與二進制碼的關(guān)系如圖I所示。RESET信號為時長為Treset的低電平。 其中THO為O碼高電平時間；其中TLO為O碼低電平時間；其中THl為I碼高電平時間；其中TLl為I碼低電平時間。無數(shù)據(jù)時級聯(lián)信號保持為低電平。B、每一級LED芯片中包含有數(shù)據(jù)解碼模塊，對級聯(lián)信號中的數(shù)據(jù)進行采集，將本級的灰度數(shù)據(jù)提取出來，將后續(xù)所有級的灰度數(shù)據(jù)整形后送出。內(nèi)容B中提到的數(shù)據(jù)解碼模塊至少包含BI和B2子模塊
BI為同步采樣時鐘生成模塊，該模塊檢測到級聯(lián)信號的同步信號，也就是每一位數(shù)據(jù)的到來時，對RC振蕩器的輸出進行處理，產(chǎn)生一個寬為周期的采樣時鐘脈沖，該脈沖的上升沿與同步信號間隔I. 5個RC振蕩器周期。BI模塊至少包含B11、B12和B13子模塊。
Bll子模塊為帶使能端的RC振蕩器，在使能信號有效時輸出時鐘信號，無效時輸出低電平；
B12子模塊為時序組合模塊，輸入的是Bll產(chǎn)生的時鐘信號和數(shù)據(jù)信號，輸出同步采樣時鐘脈沖信號；
B13子模塊產(chǎn)生Bll模塊的使能信號，在每一位數(shù)據(jù)信號到達時，使能信號有效，同步采樣時鐘脈沖產(chǎn)生后，使能信號無效。B2為數(shù)據(jù)采集模塊，以BI模塊產(chǎn)生的同步時鐘信號對數(shù)據(jù)進行采集。至少包含 B21和B22子模塊。B21子模塊在時鐘信號的上升沿采集數(shù)據(jù)，把歸零碼轉(zhuǎn)換成普通二進制碼；
B22子模塊將采集到的二進制碼進行串并轉(zhuǎn)換得到該級LED的灰度數(shù)據(jù)。C、每一級LED 芯片中包含RESET信號檢測模塊，檢測級聯(lián)信號中的RESET信號，在檢測到RESET信號后將 B中提取到的本級灰度數(shù)據(jù)送入LED顯示。至少包含Cl和C2兩個子模塊。Cl子模塊時鐘產(chǎn)生模塊，產(chǎn)生周期為Treset/4的時鐘信號。C2子模塊為帶異步清零端的計數(shù)器，以數(shù)據(jù)信號為清零信號，對Cl產(chǎn)生的時鐘進行計數(shù)。清零端在有數(shù)據(jù)出現(xiàn)時有效，將計數(shù)器清零，輸出狀態(tài)復(fù)位；當(dāng)級聯(lián)信號中出現(xiàn) RESET信號時，清零端無效，計數(shù)器工作，當(dāng)正常工作Treset時間后，將輸出狀態(tài)反向，達到 RESET信號檢測的目的。通過以上內(nèi)容中提到的信號編碼，信號識別方法，可以使得LED芯片級聯(lián)時，發(fā)送端可以將控制LED的數(shù)據(jù)單線送出，接收端也可以正確識別單一信號線上的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)單線傳輸。如圖2所示，在一個三通道LED驅(qū)動控制電路的3片式級聯(lián)中，每一個LED可進行256級的灰度調(diào)節(jié)，則每一芯片需要從級聯(lián)信號中讀入24bit的灰度數(shù)據(jù)。將傳輸給每一級芯片的數(shù)據(jù)采用歸零碼進行編碼，其中TLl和THO為O. 5us，TL0和THl為2. 0μ8，并和 RESET信號(Treset為24Ps)—起打包成一幀的數(shù)據(jù)格式，如圖3所示。每一級芯片接收到的數(shù)據(jù)幀包含當(dāng)前級24bit灰度數(shù)據(jù)+后續(xù)每級的灰度數(shù)據(jù)+ RESET信號。每一級芯片在上電復(fù)位以后，接受DIN端打來的數(shù)據(jù)，接受24bit后，DOUT端口開始轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，供下一個芯片提供輸入數(shù)據(jù)。在轉(zhuǎn)發(fā)之前，DOUT 口一直拉低。此時芯片將不接受新的數(shù)據(jù)，芯片R、G、B三個PWM輸出口根據(jù)接受到的24bit數(shù)據(jù)，發(fā)出相應(yīng)的不同占空比的信號，該信號周期在4ms。如果DIN端輸入信號為RESET信號，芯片將接收到的數(shù)據(jù)送顯示，芯片將在該信號結(jié)束后重新接受新的數(shù)據(jù)，在接受完開始的24bit數(shù)據(jù)后，通過DOUT 口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，芯片在沒有接受到RESET碼前，R、G、B管腳原輸出保持不變，當(dāng)接受到24μ8以上低電平RESET碼后，芯片將剛才接收到的24bit PWM數(shù)據(jù)脈寬輸出到R、G、B引腳上。其中芯片I內(nèi)部的部分實現(xiàn)原理如圖4所示，各信號時序關(guān)系如圖5所示。圖4中模塊Bll在輸入使能信號mode 1_EN為I時，CLK_CTR輸出周期為O. 6μ8的時鐘；輸入信號model_EN為O時，CLK_CTR輸出O。圖4中模塊B12在數(shù)據(jù)信號Data上升沿后的第二個CLK_CTR上升沿將CLK_data 置0，第3個CLK_CTR上升沿將CLK_data置I。TRAN_DATA是Data整形后的信號。圖4中模塊B13在數(shù)據(jù)信號Data上升沿時將model_EN置1，在CLK_data上升沿時將 model_EN 置 O。
圖4中B21模塊在采樣時鐘信號CLK_data上升沿時，將Data當(dāng)前值輸出到data_ S。由圖5中可看出，CLK_data上升沿與Data上升沿時間間隔為I. 25Ps，因此當(dāng)Data輸入的是歸零碼I時，輸出為I，Data輸入的是歸零碼O時，輸出為0，實現(xiàn)歸零碼到普通二進制碼的轉(zhuǎn)換。圖4中B22模塊是串并轉(zhuǎn)換模塊，將串行數(shù)據(jù)信號data_s的前24bit轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)<DIN23:0>，當(dāng)讀取到24bit數(shù)據(jù)后，TRAN_CTR將輸出I ;reg_R0UT上升沿到來時， TRAN_CTR 將輸出 O。圖4中Cl模塊產(chǎn)生周期為6Ps的時鐘信號CLK_DFF。圖4中C2模塊在輸入信號Data為I時，計數(shù)器模塊清零，復(fù)位信號reg_R0UT將輸出O ;當(dāng)Data為O時，計數(shù)器模塊工作，經(jīng)過24μ8后，復(fù)位信號reg_R0UT將輸出1，達到復(fù)位信號檢測的目的。圖4中D模塊是LED驅(qū)動級，在reg_R0UT上升沿時，根據(jù)〈DIN23: 0>中的值，改變所驅(qū)動LED的電流大小，調(diào)節(jié)LED灰度。圖4中E模塊級聯(lián)信號輸出模塊，在TRAN_CTR為I時，將TRAN_DATA作為級聯(lián)信號DOUT輸出，送入下一級LED芯片；在TRAN_CTR為O時，輸出DOUT為O。本發(fā)明中的單線傳輸設(shè)計實現(xiàn)了 LED芯片級聯(lián)情況下，級聯(lián)信號的單線傳輸。與現(xiàn)有的級聯(lián)信號總線傳輸相比，不必考慮總線信號間的時序配合，提高了傳輸?shù)姆€(wěn)定性；降低了線纜使用量，節(jié)約了成本。本發(fā)明中描述的單線傳輸設(shè)計，與其它領(lǐng)域中的單線傳輸相比，編碼簡單，易于應(yīng)用；各實現(xiàn)模塊，邏輯簡潔，時序穩(wěn)定明確，產(chǎn)品合格率高。
權(quán)利要求
1.一種LED控制驅(qū)動芯片級聯(lián)信號單線傳輸裝置，其特征在于包括串聯(lián)的N個LED芯片，每個LED芯片包括能識別灰度數(shù)據(jù)，并對級聯(lián)信號中的數(shù)據(jù)進行采集，在多片級聯(lián)時，將本級的灰度數(shù)據(jù)提取出來，將后續(xù)所有級的灰度數(shù)據(jù)整形后送出的數(shù)據(jù)解碼模塊；用于識別RESET信號，且在檢測到RESET信號后將數(shù)據(jù)解碼模塊提取到的灰度數(shù)據(jù)送入LED顯示的RESET檢測模塊；在所述LED芯片組成的級聯(lián)系統(tǒng)中，級聯(lián)信號以幀為格式進行傳輸，LED芯片接收到的數(shù)據(jù)幀包含以下內(nèi)容以上升沿作為指示數(shù)據(jù)到來的同步信號；以歸零碼表示的LED芯片所驅(qū)動LED的灰度數(shù)據(jù)，歸零碼是以兩種不同占空比的數(shù)字電平信號來分別表示O和I的編碼；在一組數(shù)據(jù)傳輸完成之后的一段低電平時間Treset表不RESET信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種LED控制驅(qū)動芯片級聯(lián)信號單線傳輸裝置，其特征在于 所述數(shù)據(jù)解碼模塊包含同步采樣時鐘生成模塊、RC振蕩器、數(shù)據(jù)采集模塊和串并轉(zhuǎn)換模塊，同步采樣時鐘生成模塊對RC振蕩器的輸出進行處理，在每一位同步信號到來時，產(chǎn)生一個寬為RC振蕩器周期的采樣時鐘脈沖，該脈沖的上升沿與同步信號間隔I. 5個RC振蕩器周期；數(shù)據(jù)采集模塊利用同步采樣時鐘脈沖對數(shù)據(jù)信號進行采集，將歸零碼轉(zhuǎn)換成普通二進制碼，并經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換模塊后得到該級LED芯片的灰度數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種LED控制驅(qū)動芯片級聯(lián)信號單線傳輸裝置，其特征在于， 所述RESET檢測模塊至少包含RC振蕩模塊和計數(shù)模塊，RC振蕩模塊，產(chǎn)生周期為Treset/4 的時鐘信號，計數(shù)模塊在有數(shù)據(jù)輸入時，將內(nèi)部計數(shù)器清零，輸出狀態(tài)復(fù)位；在無數(shù)據(jù)時，計數(shù)器工作，并在正常工作Treset時間后，將輸出狀態(tài)反向。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種LED控制驅(qū)動芯片級聯(lián)信號單線傳輸裝置，可實現(xiàn)各LED控制驅(qū)動芯片之間的級聯(lián)信號單線傳輸，包括對傳輸給各芯片的串行數(shù)據(jù)信號的編碼；各芯片根據(jù)接收到的串行信號，生成同步采樣時鐘，并采集數(shù)據(jù)；各芯片檢測串行信號中的RESET信號，將采集到的數(shù)據(jù)送出顯示；各級芯片在接收到固定比特數(shù)的數(shù)據(jù)后，將后續(xù)的數(shù)據(jù)自動整形后轉(zhuǎn)發(fā)到下一級。本設(shè)計通過一根信號線完成數(shù)據(jù)的接收與解碼，線性傳輸時，可無限級聯(lián)，簡化了級聯(lián)信號的傳輸，具有速度快，傳輸距離遠的特點。
文檔編號H04L1/00GK102595730SQ201210039020
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月21日
發(fā)明者呂堅, 周云, 江橋, 王璐霞 申請人:電子科技大學(xué)