16位分辨率仿真改善视频显示中的LED亮度控制

为了得到更好的功效和色彩一致性，LED亮度通常通过调节LED驱动器的PWM周期占空比控制。一个PWM周期可以划分成2的“控制位”次方(2Control BITS)个时钟周期。消费类电子应用中，控制位分辨率通常是8位。8位PWM分辨率可对应提供256个不同的亮度电平，相应的PWM周期由256个时钟周期组成。如消费类电子产品中，典型的时钟频率是32kHz，则PWM周期为256/32kHz或8ms。因此，PWM刷新率大约是125Hz，由此得到的PWM分辨率和刷新率足以支持亮度调整，并可消除人眼能够觉察的闪烁。
为LED驱动提供16位分辨率
对于要求同时达到16位PWM分辨率和2kHz刷新率的应用，设计将面临诸多挑战。16位分辨率要求一个PWM周期包含216 = 65,536个时钟周期。2kHz的PWM刷新率要求时钟频率为2000 × 65,536 = 131.072MHz。通过CMOS接口以这个速度发送数据，即使在合理的传输距离上，也会造成数据通信的不可靠。而实际应用中，LED驱动器的输出端口不可能提供如此高的速度支持LED的加载和相关的连接。没有精确的开/关时序，也无法实现16位分辨率的优势。
作为一个折衷方案，利用一组PWM周期分辨率低于16位信号仿真16位PWM周期。通过这种方式在每个PWM周期内减少一定数量的时钟，可以采用低时钟频率达到所要求的2kHz PWM规格。一旦PWM刷新率高于几百赫兹，人眼将无法区分其变化/闪烁，从而保持16位分辨率的视觉效果。

图 1 传统的4位和16点PWM波形图Maxim 应用工程师Watter Chen

图 2 2/2分割4位仿真的LSB效果
我们以摄像机为例，摄像机工作在(或接近于) 1/2000的快门速度。摄像机将以较低的分辨率抓拍帧画面，但这仍然比在抓拍黑屏时的低刷新率要好得多。虽然快门速度可以非常高，但摄像机仍然可以每秒抓拍60帧，多帧图像的平均效果非常接近16位分辨率的图像。
16位分辨率可以分为不同的MSB/LSB (最高/最低有效位)比值进行仿真，由此可以得到几个分辨率为MSB的PWM周期：2的“最高有效位”次方(2MSB )，周期数等于LSB的分辨率：2的LSB次方(2LSB)。还可以按照其它不同的分配形式得到PWM的仿真组，比较简单的方法是由LSB决定每组中的最后一个时钟周期的开/关状态；MSB决定其余的时钟周期。简而言之，所有组的时钟周期的开/关次数由MSB决定。
MAX6975测试方案
利用2/2分割仿真4位分辨率，举例说明上述方案。图1 显示了由4为分辨率实现的16个PWM波形模板。2/2分割仿真产生4组4点PWM周期。2个LSB用来选择哪一组的最后一个时钟周期应该处于导通状态；2个M...