1、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26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

2、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 1、led的參數(shù)的參數(shù) led的主要參數(shù)是vf/if，其他的是顏色、亮度、波長(zhǎng)、發(fā) 光角度、效率、功耗等。 vf：前降電壓，led發(fā)光時(shí)自身正負(fù)極兩端的壓降。 if：前降電流，一定發(fā)光強(qiáng)度下通過led的電流，發(fā)光 強(qiáng)度和if成正比，相同的if下燈的發(fā)光強(qiáng)度相同。 手機(jī)lcd背光用白光led正常發(fā)光時(shí)的if為20ma，vf一般 為3.03.4v 。 led 在導(dǎo)通時(shí)，其電流的變化率遠(yuǎn)大于前向?qū)妷旱淖?化率，所以led廠家在測(cè)試其光學(xué)特性及分類時(shí)，大多基于 一

3、致的額定電流值（比如5ma 或者20ma），再給出前向?qū)?通電壓的變化范圍，因而要獲得預(yù)期的亮度要求，并保證各 個(gè)led 亮度、色度的一致性， 需要相同的驅(qū)動(dòng)電流。 背光驅(qū)動(dòng) 2、白光、白光led驅(qū)動(dòng)電路的基本要求驅(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??； 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

4、第一位。 背光驅(qū)動(dòng) 3、白光驅(qū)動(dòng)方式、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 導(dǎo)通電壓而自適應(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 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)過各個(gè) 燈的電流都是一樣的，從而保證了

5、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3.03.4v，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) 以s18-a上用的華潤(rùn)矽威的pt4101為例，典型的串聯(lián)型背 光驅(qū)動(dòng)電路如下圖所示： 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下式算得： r1=104mv/iled 若iled=20ma，則r1=104mv/20ma= 5.2oh

6、m，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)，通過調(diào)節(jié)pwm信號(hào)的占 空比來(lái)調(diào)節(jié)實(shí)際流過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) ov管腳為過壓輸入端，當(dāng)led電路出現(xiàn)斷路，即ic輸出 開路時(shí)，fb端的反饋電壓恒定為0v，此時(shí)ic就會(huì)將占空比調(diào) 整到最大，促使輸出端電壓越來(lái)越高，直到ic燒壞。ov腳連 接到輸出端，當(dāng)監(jiān)測(cè)到輸出電壓超過20v時(shí)，該ic就會(huì)關(guān) 斷 ，直到電源重新上電，從而起到輸出開路保護(hù)的作用。 有的ic沒有ov腳，此種情況需在輸出端加一個(gè)齊納二極 管，利用它的

7、擊穿來(lái)保護(hù)內(nèi)部的開關(guān)管，如下圖： 背光驅(qū)動(dòng) 并聯(lián)型驅(qū)動(dòng)電路并聯(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)?題，它把電池電壓統(tǒng)一通過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) 電

8、荷泵升壓原理電荷泵升壓原理 電荷泵即通常我們看到的charge pump，是dc/dc的一 種，屬于電容式dc/dc，它的原理和電感式dc/dc不同，電 感式dc/dc是利用電感來(lái)實(shí)現(xiàn)升壓，而電荷泵則是利用電容 來(lái)實(shí)現(xiàn)升壓，前者的emi問題比后者嚴(yán)重很多，電荷泵可以 升壓，也可以降壓，還可以輸出反壓。手機(jī)背光中用到的一 般都是升壓，其升壓模式有1x、1.5x、2x等。1x模式即輸 出電壓和輸入電壓相同，1.5x模式即輸出電壓是輸入電壓的 1.5倍，2x模式即輸出電壓是輸入電壓的2倍，下面以2x模式 為例說(shuō)明電荷泵的升壓原理。 背光驅(qū)動(dòng) cin cfly cout s1 s4s3 s2 vin

9、vout + - + - i 充電 cin cfly cout s1 s4s3 s2 vin vout + - + - i 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)，開關(guān)s1和s4閉合，s2和s3斷開，vin對(duì) cf充電，cout對(duì)負(fù)載供電； 2)、放電狀態(tài)時(shí)，開關(guān)s2和s3閉合，s1和s4斷開，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關(guān)的開關(guān)頻率，開關(guān)的開關(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

10、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： s1 s2 s3 s4 cfly1 cfly2 cin cout control / oscillator vin vout enable 電荷泵的效率： 2x模式時(shí)， =vout/2*vin 1.5x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)v

11、in=4.2v,vout=5v時(shí)，理論效率最高就只有59.5%。 電荷泵內(nèi)部開關(guān)工作在高速開關(guān)狀態(tài)，所以電荷泵也存在 emi問題，可以在升壓電容處測(cè)到其開關(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) 為了解決固定模式并聯(lián)驅(qū)動(dòng)電路的缺點(diǎn)，現(xiàn)在的并聯(lián)驅(qū) 動(dòng)電路一般采用自適應(yīng)模式升壓，并且增加恒流源電路。 白光led在工作電流為20ma時(shí)前向壓降一般為 3.03.4v，鋰電池滿電的電壓為4.2v，額定電壓為3.7v，所 以當(dāng)鋰電池充滿電后，

12、其電壓足以直接驅(qū)動(dòng)白光led工作， 此時(shí)電荷泵電路不工作，電池的電壓通過一個(gè)開關(guān)直接到 vout然后驅(qū)動(dòng)led。而隨著電池的放電，電池電壓會(huì)逐步降 低，當(dāng)降低到一定的程度不足以直接驅(qū)動(dòng)led時(shí)，電荷泵電 路開始工作。此即所謂集成1x模式和1.5x模式的自適應(yīng)升壓 模式，并且在盡可能的情況下，讓電路工作在1x的直通模式 下。此種模式的電路成為當(dāng)今背光驅(qū)動(dòng)的主流模式。1x和 1.5x的轉(zhuǎn)換電壓一般為3.5v。 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

13、負(fù)壓。 背光驅(qū)動(dòng) 自適應(yīng)模式并聯(lián)背光解決了固定模式并聯(lián)背光的效率和電 流匹配度的問題，但增加了額外的電路。隨著白光led制造 技術(shù)的提高，其在20ma工作時(shí)的前向壓降有降低的趨勢(shì)，并 且該電壓的一致性有所提高，致使手機(jī)背光中白光led的工 作電壓?jiǎn)栴}成為次要問題，目前，在4燈及其以下的并聯(lián)背光 方案中，省掉電荷泵部分電路，白光led直接由鋰電池驅(qū)動(dòng) 的恒流源模式背光驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)，此種背光驅(qū)動(dòng)ic內(nèi)部 只有恒流源部分電路，效率比較高，但此種ic在電池電壓較 低時(shí)（3.4v以下），理論上會(huì)出現(xiàn)白光led變暗的問題，但 實(shí)際使用過程中至今還沒出現(xiàn)該問題。 背光驅(qū)動(dòng) 下圖為艾為的aw9364的應(yīng)用

14、原理圖，其外圍沒有電荷泵的 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) 恒流源型背光驅(qū)動(dòng)雖然性價(jià)比比較高，但在手機(jī)行業(yè)激烈 的競(jìng)爭(zhēng)中，其價(jià)格還是顯得較高，所以在成本要求很高的方 案中，直接用ldo來(lái)做背光驅(qū)動(dòng)，目前的ldo輸出電流一般 都能達(dá)到300ma，用來(lái)做背光驅(qū)動(dòng)已足夠。該背光驅(qū)動(dòng)解決 方案的缺點(diǎn)也是顯而易見的：背光不能調(diào)節(jié)，電流匹配度不 高，但以其較

15、低的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，該解決方案也有一定的市場(chǎng)。 背光驅(qū)動(dòng) 背光背光led亮度調(diào)節(jié)方法亮度調(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(pulse width modulation) 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軟件進(jìn)行設(shè)置。一般 通過硬件設(shè)置通過led的最大電流imax，然后通過設(shè)置pwm 的占空比來(lái)調(diào)節(jié)實(shí)際流過led的電流，占空比為100%時(shí)，流 過led的實(shí)際電流即為imax，占空比為50%時(shí)，流過led的 實(shí)際電流即為imax的50%。 一般使用三

16、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，以打開該 ic，在led電流大小設(shè)置完成后，en 引腳需保持

17、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) 案例分析案例分析 案例一：m280-b上出現(xiàn)無(wú)規(guī)律死機(jī)問題 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 60*12/13us=55.4us，具體的軟件有個(gè)檢測(cè)工具可 以判斷是否有超過這個(gè)時(shí)間。如果超過這個(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)問題就 是 屏蔽中斷的時(shí)間超過了這個(gè)值而引起的。 背光驅(qū)動(dòng) 案例二：f282上背

18、光等級(jí)調(diào)節(jié)錯(cuò)亂，出現(xiàn)高等級(jí)背光比低等 級(jí)暗的現(xiàn)象。 分析：f282上用的背光ic也是數(shù)字脈沖調(diào)光方式。該方式在 調(diào)節(jié)背光等級(jí)的時(shí)候，首先要把背光關(guān)掉，然后再發(fā) 送所要調(diào)節(jié)等級(jí)的對(duì)應(yīng)脈沖。而f282的軟件在關(guān)背光 時(shí)所發(fā)送的低電平時(shí)間不合背光ic的要求，導(dǎo)致背光 沒有關(guān)掉就開始發(fā)送下一個(gè)等級(jí)的脈沖，所以出現(xiàn)了 背光等級(jí)調(diào)節(jié)錯(cuò)亂的問題。 背光驅(qū)動(dòng) 案例三：m524 v1.7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 在背光ic的en腳上增加了一個(gè)rc濾波電路，軟件通過

19、gpio口發(fā)出的調(diào)節(jié)背光的脈沖信號(hào)經(jīng)過rc濾波后， 其高低電平持續(xù)的時(shí)間都有所變短，達(dá)不到背光ic 的時(shí)序要求，所以出現(xiàn)了該問題。后續(xù)mt6235的案 子都會(huì)增加該rc電路，所以大家在做35平臺(tái)的案子時(shí) 要注意該問題，要提醒軟件拉長(zhǎng)背光調(diào)節(jié)脈沖高低電 平的持續(xù)時(shí)間，軟件的具體做法請(qǐng)參考m240項(xiàng)目。 背光驅(qū)動(dòng) 謝謝大家！ majpjmvcyzj21hlfrvy96dv02lppfygxus7iymzkyemz0kgeyzs3bplckyh1lt4ek7cxmux3ijoysoer7zuavwygz4epzruirvpmzzvntf1xzw5oswsxotfaejnocmfe1lzgnn1rsxg8wlcg8cvq3xpjmvodpfwcpiyjgzaznsepniaklysu7qsd1upaxmzdlpn9zw7kljfslcli26yv109ffbndh8lbun1g6acurq39eg12khl9txsz1jzgock8g1kunoh5efvcmvt5zyvqt9zk3rp3qlnf02fovexxvrxjccfrnppijljniouk6fonnyx7fygg7sxz49bmcn5oy9ves