三維液晶電視在LED驅動器IC的電流精度，峰值電流范圍，通道數，時序速度和精度方面要求極高。本文解釋了這些問題，并指出了解決這些問題的一些戰略方法。

三維視頻是電視行業中最熱門的新技術。對于領先的電視品牌來說，它代表了他們保持利潤和市場領導地位的最重要策略，因為創造出色的3D觀看體驗需要高度先進的技術和復雜的圖像處理 - 他們擅長的領域。

3D電視設計的一個挑戰因素是驅動背光LED串的電源電路。這些設備需要在非常短的時間內精確切換，但（對于3D觀察）需要相對較高的峰值電流。另外，為了在屏幕上實現一致的亮度，必須非常精確地調節所提供的電流量。以前在任何應用中都不需要如此苛刻的精度，電流能力和時序組合，因此出現了專門為3D電視設計的新一代LED驅動器。

為了正確評估背光LED驅動器IC的規格，有助于了解影響3D電視操作的主要因素。

面向3D電視設計師的制約因素

在3D市場中，LCD與等離子之間的競爭只會成為一個贏家。雖然等離子體比LCD更快，但政府在歐洲和美國發起的監管意味著高效的LCD技術 - 等離子體消耗的能量是傳統LCD的兩倍，而LED背光可以進一步提高LCD效率 - 是唯一可行的選擇。美國的EnergyStar?標準4.0版電視規范于2010年5月1日生效，為行業提供了嚴格的電力預算。計劃于2012年5月推出的5.0版本進一步削減了最大允許的“開啟”功率（見表1）。

表1：能源之星?“開啟”各種屏幕尺寸的功率要求。

LED背光正在被廣泛采用。據預測，到2012年，由于其提供的卓越性能，70％的液晶電視將使用LED背光而不是冷陰極熒光燈。

特別是，LED背光提供了改善的色域和飽和度，非常短的開/關切換時間（《100 ns），100，000小時的使用壽命，并且它們實現了緊湊的薄面板設計。

有兩種實現LED背光的方法（見圖1）：

在間接背光照明中，LED排列在邊緣，并配有光導，使光線均勻分布在LCD。這種布置可以在屏幕尺寸高達40英寸的情況下實現良好的光學均勻性，并且可以實現厚度僅為5到10毫米的背光單元。

在直接背光系統中，LED直接位于LCD后面，實現低功耗，良好的散熱設計和出色的可擴展性，幾乎不限制屏幕尺寸。面板可以制成10至25毫米厚。一個關鍵優勢是直接背光可以實現局部調光，從而提高功耗和動態對比度。

圖1：LED背光技術。

制作3D效果

對于3D立體可視化，眼鏡用于實現右眼和左眼的右透視圖和左透視圖的時間復用。已經很清楚，由于具有卓越的3D分辨率和出色的2D圖像質量，快門眼鏡類型的眼鏡將戰勝偏光眼鏡的競爭技術。偏光眼鏡的使用降低了2D使用中的圖像質量，并且在很長一段時間內，由于3D編程的稀缺性，大多數3D集合的觀看將處于2D模式。

快門眼鏡操作的挑戰是避免串擾和閃爍（見圖2）。由于3D模式下的時間復用，需要將顯示速率從120Hz有效加倍到240Hz以避免閃爍問題。對于高端市場電視，預計圖像速率甚至會增加到480 Hz。

Crosstalk是左圖像通道泄漏到右眼視圖中，反之亦然。串擾的感知是所謂的“鬼影”，其中陰影圖像是可見的。避免串擾需要LCD，LED背光和快門眼鏡的極其精確的同步。

圖2：由串擾引起的重影偽像需要極其精確的同步LCD，LED背光和快門眼鏡。

液晶快門（LCS）眼鏡有兩個必須考慮的問題（見表2）。首先，它們需要大量時間在透明和非透明狀態之間切換：開啟至關閉時的響應時間為0.1 ms，而接近開啟時的響應時間為1.8 ms。其次，開放模式的透明度有限，導致亮度顯著降低。

表2：快門玻璃規格示例。

為避免由開關閉合切換持續時間引起的串擾，在轉換期間插入空白幀（參見圖3）。

圖3：3D電視的黑幀插入（BFI）時序。

除了快門眼鏡的限制外，還必須考慮LCD的響應時間。新電視機的最佳值為2毫秒，假設幀周期為4.1毫秒的240赫茲圖像速率，背光的“開啟”時間小于2毫秒。

然后，這定義了電源電路設計人員面臨的任務范圍。在3D模式下，必須在非常短的時間內施加高LED電流，并且非常精確地控制時序。

高峰值電流

由于低占空比和快門眼鏡的透明度有限，因此需要高LED峰值電流才能在3D模式下產生足夠的亮度。 3D模式下的峰值電流顯著高于2D模式（見表3）。

表3：峰值LED在2D和3D模式下驅動電流。

高電流精度

高質量電視必須在整個屏幕區域保持均勻的感知亮度。在LED背光系統中，這意味著LED驅動器的精度必須為±1.5％。該精度預算必須包括LED驅動器設備本身和外部電流設置電阻器引入的所有偏差。更重要的是，必須在整個2D和3D電流范圍內實現這種最低精度 - 這個范圍幾乎是僅2D設計的五倍。

為了實現此功能，奧地利微電子的設備實現了一種架構，該架構使用一個高精度DAC在2D模式和3D模式下以相同的精度設置電流。這避免了對復雜校正方案的需要，例如依賴于模式的校正查找表。

應該說，系統精度±1.5％的值極難達到。為了深入了解有多困難，可以考慮通常使用外部電阻設置參考電流：電阻的精度已經是±1.0％。因此，從系統的角度來看，片上電流吸收精度只有±0.5％的容差。

為了達到±0.5％的絕對電流精度，奧地利微電子的面板照明LED驅動器產品基于經過調整，溫度和偏移補償的高精度電流基準。對于片上通道間匹配，可實現±0.2％的更高精度。

挑戰并不是在單個指定電流下達到所需的精度 - 許多普通的驅動器IC已經可以實現這一目標。難以在3D電視的操作條件下實現該準確度值，其中驅動器IC必須支持2D和3D模式的當前范圍，在存在高達電視機內部所經歷的水平的波動溫度的情況下。

定時和通信

對直接背光系統的需求 - 優先于邊緣照明系統 - 可能很高，因為它們支持局部調光，這有助于降低能耗。反過來，這需要在每個幀內設置大量LED通道。電視中可以找到多達200個頻道，由多個LED驅動芯片驅動，這些芯片必須在一個幀周期內完成配置。

這需要高速菊花鏈SPI接口將多個LED驅動器連接到SPI主控制器。奧地利微電子公司已經實施了一種特殊的SPI協議，用于將PWM設置數據快速塊傳輸到多個設備，或者為所有設備配置相同的數據，或者為多個字節寫入塊，以便對鏈中的每個設備進行單獨設置。

SPI接口還可以實現有效實現黑幀插入（BFI）所需的精確時序。必須使用VSYNC和HSYNC輸入信號將時序與幀速率同步。然后，這需要與這些信號同步運行的獨立PWM發生器，從而能夠在幀周期內靈活地編程定時。在該方案下，可以最小化微控制器和LED驅動器芯片組上的定時控制器之間的交互。

奧地利微電子公司實施了專用的影子寄存器，允許在整個VSYNC期間進行SPI數據傳輸; PWM發生器設置數據的更新時間由VSYNC時序精確設置。這保證了SPI數據傳輸與時序生成完全解耦，并且SPI時序不會產生依賴性或錯誤，如果主設備在微控制器上實現，這可能是非常不可預測的。

通過這些影子寄存器，PWM設置還可以在每個VSYNC周期內生成多個脈沖，從而實現更復雜的BFI方案，并使VSYNC的頻率加倍。

結論

在LED電視中實現3D模式增加了對LED驅動器IC中電流精度，峰值電流范圍，通道數，時序速度和精度的需求。與此同時，能源限制將迫使制造商使用先進的節能方案和智能調光解決方案，用于邊緣和直接LED背光。

austriamicrosystems廣泛的產品組合支持邊緣照明，直接照明，流光溢彩和3D電視。該公司的目標是為客戶提供在當前精度，功效和系統支持方面的出色表現，并幫助他們實現出色的LED電視圖像質量。奧地利微電子的大型LCD面板背光產品組合包括用于4通道，9通道，12通道和16通道應用的高精度LED驅動器。