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大尺寸屏幕手机背光面临的主要问题与解决方案

2019-06-01 06:47

  过去的一年是中国手机行业发生深刻变化的一年,传统的功能手机市场急剧萎缩,而成为行业新宠,并在未来会逐渐成为市场主流。另外,3G时代重应用,大屏幕的和类智能机的走俏也顺应了这一趋势,对于视频、动漫游戏、手机阅读等应用来说,大屏幕成为必不可少的配置,从用户的使用体验来看,3.0~4.3英寸是比较适合的屏幕尺寸,这个尺寸的屏、AVS屏、IPS硬屏等高清高亮屏不断出现并逐渐成为智能机和类智能机的标配。分辨率的提升可以让显示的画面更细腻,而亮度的提升可以使屏幕的画面更加通透,让用户感觉屏幕的色彩表现更加出色。提高亮度通常需要增加更多的背光W来实现。对于3.7英寸的LCD屏来说,普通200流明的亮度可能只需要6颗W背光,但高亮屏需要300流明或者500流明的亮度,就需要7颗甚至8颗WLED背光。

  如何为智能机和类智能机选择合适的背光驱动方案,是设计人员当前和未来需要考虑的问题。手机背光驱动芯片按架构分主要有:自适应电荷泵升压型、低压降恒流型和电感升压型等,不同的架构有各自的优缺点,本文以设计人员普遍关注的几个主要问题入手,并提出了这些问题的几种不同解决方案以及几种方案的优势对比,希望能从这些方案中帮助设计人员选择合适的背光驱动方案。

  手机系统是在一个狭小的空间内集成度非常高的系统,系统内各模块之间的互相干扰一直是让广大设计人员头疼的问题,也是背光驱动模块碰到的最难解决的问题。如果设计考虑不充分,背光驱动模块工作时可能会产生一些噪声辐射而干扰到射等频模块信号的灵敏度,比如会干扰手机信号的灵敏度或者影响GPS导航信号的灵敏度,干扰严重的可能会出现手机信号掉网、GPS导航系统找不到导航卫星的问题。

  这三种背光驱动类型中,低压降恒流型架构由于是线性电路,几乎不会产生噪声,自适应电荷泵型背光驱动和电感升压型背光驱动的电源、地线和输出等大功率信号的波动会通过PCB的寄生产生耦合噪声,这些耦合噪声可通过在芯片设计时芯片内部关键的大功率信号的信号沿的处理和外部的耦合电容将耦合噪声减小对系统其他模块的影响至最小。

  电感升压型背光驱动的电感上产生的EMI辐射噪声是最严重的噪声辐射,而且很难通过背光驱动芯片设计时内部处理或者外围器件来减小的,手机设计人员在设计时需要将射频模块远离电感升压型背光驱动模块。部分设计人员为了减小电感的EMI辐射影响,会将电感升压型背光驱动及其外围器件包括电感都放在屏蔽罩内,这样虽然能减小EMI辐射的影响,但电感的高度会增加屏蔽罩的高度,对设计超薄智能机带来很大难度。

  从噪声辐射影响的角度来看,低压降恒流型背光驱动的噪声性能最优,自适应电荷泵型背光驱动噪声性能次之,而电感升压型背光驱动的噪声性能最差,设计时需要特别注意。

  手机的PCB器件布局及面积一直是手机PCB设计的一个严峻挑战,而且这个挑战随着手机功能越丰富也越严峻。通常应对占板面积挑战的主要方法是采用集成度更高的手机芯片尽可能减少外围器件数量和选用尺寸更小的外围器件。

  对于背光驱动模块来说,背光驱动芯片和外围器件的封装尺寸决定了背光驱动模块的占板面积,图1是分别是10路输出的采用电感升压型背光驱动和上海艾为的一款最新的四模分数倍电荷泵背光驱动AW9670QNR以及8路输出的低压降恒流型背光驱动AW9358QNR三种背光驱动模块的PCB layout对比图。

  从图1中可以看到,电感升压型背光驱动模块由于要使用电感、肖特基二极管和高耐压的MLCC电容,而这些器件的封装尺寸都相对较大,而AW9670QNR和AW9358QNR外围分别只需要4个和1个0402的MLCC电容,所以电感升压型背光驱动的PCB Layout面积要远远大于AW9670QNR和AW9358QNR的PCB Layout面积。电感升压型背光驱动模块PCB Layout面积是AW9670QNR背光驱动模块面积的2.3倍、AW9358QNR背光驱动模块面积的3.9倍!

  手机屏幕的尺寸越来越大,手机屏幕的背光功耗越来越是手机设计人员关心的一个问题。为了尽可能的延长手机的工作时间,手机设计人员会越来越关心背光驱动的转换效率。自适应电荷泵技术在持续发展,尤其是分数倍电荷泵技术的采用,使得自适应电荷泵架构的背光驱动效率越来越高。图2是上海艾为的AW9670QNR与一款同是10路输出的电感升压型背光驱动输出20mA时的效率曲线对比图。

  



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