MAX6950/MAX6951：高性能LED顯示驅動芯片的深度解析

在電子設備的設計中，LED顯示驅動芯片的選擇至關重要。今天，我們就來深入探討一下Maxim公司的MAX6950/MAX6951這兩款芯片，它們在LED顯示驅動領域有著出色的表現。

文件下載：MAX6950.pdf

芯片概述

MAX6950/MAX6951是緊湊型共陰極顯示驅動芯片，通過SPI?、QSPI?、MICROWIRE?兼容的串行接口，能將微處理器與單個7段數字LED、條形圖或離散LED連接起來。其供電電壓低至2.7V，能適應多種電源環境。其中，MAX6950可驅動多達五個7段數字或40個離散LED，而MAX6951則能驅動多達八個7段數字或64個離散LED。

芯片內部集成了十六進制字符解碼器（0 - 9，A - F）、多路掃描電路、段和數字驅動器，以及用于存儲每個數字的靜態RAM。用戶可以為每個數字選擇十六進制解碼或不進行解碼，以驅動任意組合的7段數字、條形圖或離散LED。同時，通過內部數字亮度控制設置LED的段電流，段驅動器的壓擺率受限，可有效降低EMI。

芯片特性

接口與供電

• 高速串行接口：支持26MHz的SPI、QSPI、MICROWIRE兼容串行接口，能實現快速的數據傳輸。
• 寬電壓范圍：供電電壓范圍為2.7V至5.5V，適應不同的電源系統。

功能特性

• 靈活控制：可對單個LED段進行控制，還具備段閃爍控制功能，且能在多個驅動器間實現同步。
• 亮度調節：通過數字亮度控制，可靈活調整顯示亮度。
• 多種模式：具有低功耗關斷模式、掃描限制寄存器（可顯示1 - 8位數字）、段閃爍同步功能和測試模式（強制所有LED點亮）。

封裝優勢

采用小型16引腳QSOP封裝，節省電路板空間，適合小型化設計。

電氣特性

電源相關

• 供電電壓：工作電源電壓范圍為2.7V至5.5V。
• 關斷電流：關斷模式下，所有數字輸入在V + 或GND時，過溫時典型值為75μA。
• 工作電流：所有段點亮、所有數字掃描、強度設置為滿、內部振蕩器且無顯示負載連接時，典型值為10 - 15mA。

時鐘與掃描

• 主時鐘頻率：內部振蕩器模式下，范圍為1 - 8MHz；外部時鐘驅動時，同樣為1 - 8MHz。
• 顯示掃描速率：八位數字掃描時，內部振蕩器模式下典型值為625Hz，外部時鐘驅動時為155 - 1250Hz。

邏輯與時序

• 邏輯輸入：輸入電流范圍為 - 2μA至2μA，邏輯高輸入電壓為2.4V，邏輯低輸入電壓為0.4V。
• 時序特性：CLK時鐘周期典型值為38.4ns，CLK脈沖寬度高和低均為19ns等。

引腳說明

關鍵引腳

• DIN：串行數據輸入，在CLK上升沿將數據加載到內部16位移位寄存器。
• CLK：串行時鐘輸入，CLK上升沿將數據移入內部移位寄存器，下降沿將數據從DOUT輸出。
• DIGX/SEGX：數字和段驅動輸出，可吸收或提供電流，關閉時為高阻抗。
• ISET：通過電阻RSET連接到GND設置峰值電流，與電容CSET共同設置多路復用時鐘頻率。
• OSC：多路復用器時鐘輸入，可使用內部RC振蕩器或外部時鐘驅動。
• CS：芯片選擇輸入，CS為低時將串行數據加載到移位寄存器，上升沿鎖存最后16位數據。
• V +：正電源電壓，需用0.1μF電容旁路到GND。

串行尋址模式

MAX6950/MAX6951采用SPI兼容的3線串行接口，通過CLK、CS和DIN三個輸入引腳與微處理器通信。串行接口數據字長度為16位，D15 - D8為命令地址，D7 - D0為數據。數據傳輸時，先將CLK置低，CS置低使能內部16位移位寄存器，然后按順序將16位數據（D15先到D0后）時鐘輸入DIN，最后將CS置高。

寄存器功能

無操作寄存器（No - Op）

當MAX6950/MAX6951作為級聯SPI設備鏈中的最后一個設備時使用，確保其他級聯設備接收特定命令時，該芯片接收無操作命令。

顯示測試寄存器（Display - Test）

可在正常模式和顯示測試模式間切換，顯示測試模式下，所有LED點亮，掃描八位數字，占空比為7/16。

掃描限制寄存器（Scan - Limit）

設置顯示的數字數量（1 - 8位），可靈活滿足不同顯示需求。

強度寄存器（Intensity）

通過內部脈沖寬度調制器實現顯示亮度的數字控制，可將平均段電流在16個步驟中從峰值電流的15/16調整到1/16。

解碼模式寄存器（Decode Mode）

為每個數字設置十六進制解碼（0 - 9，A - F）或不進行解碼操作，每個位對應一個數字。

顯示數字寄存器（Display Digit）

由兩個8字節雙端口SRAM平面P0和P1實現，用于存儲用戶希望在LED上顯示的數據。

顯示閃爍模式

閃爍原理

當顯示閃爍功能啟用時，驅動器會在P0和P1平面的數字寄存器數據之間自動切換顯示。若兩個平面中某個段的數字寄存器數據不同，該段就會閃爍。

閃爍速度

閃爍速度由多路復用時鐘OSC的頻率和配置寄存器中的閃爍速率選擇位B決定，B位可設置整個顯示的快速或慢速閃爍速度。

多路復用時鐘與OSC振蕩器

OSC輸入引腳用于設置顯示掃描速率和閃爍時序，可使用內部RC振蕩器（通過連接外部電容CSET到GND）或外部TTL/CMOS時鐘驅動。允許的頻率范圍為1MHz至8MHz，內部振蕩器在單設備應用中可能足夠精確，若需要精確或同步的閃爍速率，則應使用外部時鐘驅動。

設計注意事項

外部組件選擇

• RSET和CSET：RC振蕩器使用外部電阻RSET和電容CSET設置振蕩器頻率fOSC，fOSC范圍為1MHz至8MHz。RSET還設置段峰值電流，推薦值為56kΩ，CSET推薦值為27pF，此時振蕩器頻率為4MHz，閃爍頻率分別為0.5Hz和1Hz，段電流可在2.5mA至37.5mA之間以2.5mA為步長調節。
• LED最大反向電壓：MAX6950/MAX6951的顯示連接方案會使LED段在多路復用時間的一部分處于反向偏置，最大反向偏置電壓為電源電壓V + ，因此要確保所選LED能承受該反向偏置電壓。

電源與功耗

• 選擇電源電壓：為降低功耗，當LED正向電壓降為2.4V時，建議使用至少3.0V的電源電壓，若LED正向電壓降更高，則需相應提高電源電壓。若使用較高電源電壓，可在電源中插入串聯電阻以降低芯片功耗。
• 計算功耗：芯片的功耗上限可通過公式 (PD=(V+×I+)+(V + - VLED)(DUTY×ISEG×N)) 計算，其中V + 為電源電壓，DUTY為強度寄存器設置的占空比，N為驅動的段數，VLED為LED正向電壓，ISEG為段電流。

電路板布局

• RSET連接：RSET連接到引腳7是高阻抗節點，對布局敏感，應將RSET緊靠引腳7和8放置，并使用短走線連接。
• 電源旁路：電源引腳V + 需用0.1μF電容旁路到GND，若芯片離電路板輸入大容量去耦電容較遠，還需添加22μF電容。

應用領域

MAX6950/MAX6951適用于多種領域，如機頂盒、面板儀表、白色家電、條形圖和矩陣顯示器、工業控制器和儀器、專業音頻設備以及醫療設備等。

MAX6950/MAX6951憑借其豐富的功能、靈活的控制和良好的電氣特性，為LED顯示驅動設計提供了優秀的解決方案。在實際設計中，我們需要根據具體需求合理選擇外部組件、優化電源和電路板布局，以充分發揮芯片的性能。你在使用類似芯片時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。