개요: 이 애플리케이션 노트에서는 MAX6958과 MAX6959 LED 디스플레이 드라이버에서 픽셀 레벨 (개별 LED) 휘도 제어를 구현하는 방법을 상세히 설명한다. 이 기법은 드라이버에 내장된 64 단계 전체 (한 번에 모든 LED) 휘도 제어 기능을 증대시킨다.
개요
MAX6958/MAX6959 LED 디스플레이 드라이버는 PWM 6비트 (64단계) 휘도 제어를 사용하여, 점등되는 모든 LED에 대한 평균 LED 전류를 동시에 조정한다. 이 애플리케이션 노트에서는 또한 개별 픽셀 레벨 (LED) 제어를 구현하기 위해 어떻게 MAX6958 또는 MAX6959의 기능을 확장하는지 논의한다.
평균 LED 전류를 위한 멀티플렉스 LED 드라이버 연결
MAX6958과 MAX6959는 핀 수를 줄여주는 방법을 사용하는 4디지트의 9세그먼트 LED 드라이버로, 단지 10개의 구동 핀으로 36세그먼트를 구동하는 멀티플렉스 기법(Charlieplexing—기술적인 자세한 내용은 Charlieplexing - Reduced Pin-Count LED Display Multiplexing 참조)을 사용한다 (표 1). 표 1에서 보듯이 MAX6958/MAX6959로부터 LED 디지트로의 핀 연결은 표준 연결은 아니다. 핀 4 ~ 7은 멀티플렉스 사이클에 따라 공통 음극과 양극 드라이버로 듀티를 공유한다.
표 1. MAX6958/MAX6959의 표준 드라이버 연결
DIG0/SEG0
DIG1/SEG1
DIG2/SEG2
DIG3/SEG3
SEG 4
SEG 5
SEG 6
SEG 7
SEG 8
SEG 9/IRQ
LED Digit 0
CC0
SEG 0
SEG g
SEG f
SEG e
SEG d
SEG c
SEG b
SEG a
SEG 4
LED Digit 1
SEG 1
CC1
SEG g
SEG f
SEG e
SEG d
SEG c
SEG b
SEG a
SEG 5
LED Digit 2
SEG g
SEG f
CC2
SEG 2
SEG e
SEG d
SEG c
SEG b
SEG a
SEG 6
LED Digit 3
SEG g
SEG f
SEG 3
CC3
SEG e
SEG d
SEG c
SEG b
SEG a
SEG 7
MAX6958/MAX6959는 9개 LED의 4개 그룹의 음극을 차례대로 네 갈래 (four-way) 멀티플렉스 구동 동작을 한다. 4개의 그룹은 LED 디지트 0, 1, 2 및 3으로 불리운다. LED 디지트 0 ~ 3에 대한 4개의 음극 연결은 표 1의 CC0 ~ CC3에 해당되며, LED 양극 연결은 SEG라는 접두어가 붙는다. 정상적인 멀티플렉싱 동작 동안 음극 출력 CC0 ~ CC3는 한 번에 하나씩 규정시간의 1/4 동안 액티브 로우 (low) 되어 각 디지트는 순차적으로 인에이블된다.
6비트 (64 단계) PWM 전체 휘도 제어는 LED의 평균 전력(및 그에 따라 인지된 밝기)을 제어한다. 이러한 제어는 음극 출력 CC0 ~ CC3이 멀티플렉스 타임슬롯 동안 on으로 스위치되는 실제 시간을 조정함으로써 이루어진다. 동일한 PWM 값이 음극 출력 CC0 ~ CC3에 인가되므로, 각 음극 드라이브의 정전류 소스에 대한 개별적인 조정은 존재하지 않는다. 따라서, 모든 LED의 휘도는 균등하게 조정된다.
개별 LED 휘도 구현
특정 LED의 하이라이팅은 많은 애플리케이션에서 유용하다. 깜빡임은 이를 구현하는 한 가지 방법이며, 종종 커서가 깜박임을 사용하여 해당 커서의 위치를 하이라이트한다. 세그먼트를 하이라이트하는 또 다른 적절한 방법은 세그먼트를 다른 LED보다 더 밝게 하는 것이다. 그러나, 두 번째 방법은 위에서 설명한 표준 MAX6958/MAX6959 멀티플렉스 구성으로는 가능하지 않다.
LED 세그먼트에 개별적인 휘도 제어를 제공하는 간단한 방법은 2회 이상의 멀티플렉스 사이클로, 즉 듀얼 드라이브 (dual-drive)를 통해 세그먼트를 구동하는 것이다. 그림 1은 LED 디지트 0 및 LED 디지트 1로 구성되는 일반적인 2 디지트 쌍 대신, 7 세그먼트와 소수점 자리를 갖는 단일 디지트를 구동하는 듀얼 드라이브를 보여준다. 그림 1은 완전한 모습이 아니다. LED 디지트 2와 LED 디지트 3이 표시되지 않았다. 이 LED는 또 다른 단일 디지트가 되거나 또는 일반적인 방식의 2 디지트가 될 수 있다.
그림 1. 2 단계 개별 휘도 제어로 디지트를 구동하는 MAX6858/6859 배선.
그림 1의 듀얼 드라이브 디지트는 일반적인 1 사이클 대신 2회의 멀티플렉스 사이클 동안 구동된다. 이 경우, 다이오드 D1 및 D2가 2개의 음극 드라이브를 작동시키므로, 음극 드라이브로 CC0 또는 CC1이 로우(low)가 되면, 동일한 LED가 동작한다. 듀얼 드라이브 디지트는 2개의 일반 디지트를 대체하므로, 1개의 디지트 레지스터 대신 2개의 디지트 레지스터 (디지트 0 및 디지트 1에 대해 각각 0x20 및 0x21)에 의해 제어된다. 각 LED는 1비트가 아닌 2비트 (각 디지트 레지스터에 1비트씩)로 표시된다. 두 비트가 모두 클리어되면, LED는 off된다. 한 비트가 설정되고 다른 비트가 클리어되면, LED는 정상 밝기에서 on된다. 두 비트가 모두 설정되면, LED는 정상 밝기보다 두 배 밝기에서 on된다. 따라서, 각 LED는 단일 설정이 아닌 2개의 휘도 설정을 갖는다. SEG0 및 SEG1과 같이 정상적으로 배선되는 LED는 정상 밝기로만 설정할 수 있다. 다이오드 D1 및 D2는 각각 규정시간의 1/4 동안 8개의 LED에 대한 20mA 전류를 전달하므로, 피크 160mA, 평균 40mA의 정격을 가져야 한다.
그림 1에는 상충 관계가 존재한다. 여기에서, MAX6958/MAX6959의 디지트 드라이브 능력은 감소된다. 2개의 휘도 설정이 제공되는 모든 LED는 2개의 '정상' LED에 대한 드라이브 능력을 갖기 때문이다. MAX6958/MAX6959는 표준 on/off 제어를 갖는 4개의 디지트 대신, 픽셀 당 2개의 휘도 설정을 갖는 2개의 7 세그먼트 디지트만을 구동할 수 있다. 그러나 단지 소수의 LED만 휘도 제어를 필요로 하는 경우, 이러한 기법은 여전히 효과적이고 경제적으로 이용될 수 있다. 그림 2는 듀얼 드라이브 방식의 단일 LED를 보여준다. 이 경우 단 하나의 LED 드라이브 능력만 희생되었다. 여기에서 다이오드 쌍, D3은 오직 하나의 LED에 대한 20mA 전류를 전달하므로, 피크 전류가 20mA에 불과하므로, 따라서 저비용 신호 듀얼 다이오드가 될 수 있다.
그림 2. 단일 LED에 2 단계 개별 휘도 제어를 제공하는 MAX6958/MAX6959 배선.
개별 LED 휘도를 위한 대체 배선 구조
연속적인 (back-to-back) LED SEG0 및 SEG1은 2 단계 휘도 제어를 갖는 단일 다이오드로 대체할 수 있다. 다이오드 브리지는 그림 3과 같이 연속 드라이브를 정류한다. 이 경우, 2개의 다이오드는 LED의 전류 경로와 직렬로 놓이기 때문에, 다이오드는 전압 강하를 최소화하는 소형 신호 쇼트키 다이오드이다.
그림 3. 단일 LED에 2 단계 개별 휘도 제어를 제공하는 MAX6958/MAX6959에 대한 대체 배선.
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