MAX6950/MAX6951：高性能LED顯示驅(qū)動(dòng)芯片的深度解析

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，LED顯示驅(qū)動(dòng)芯片的選擇至關(guān)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?cè)贚ED顯示驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域有著出色的表現(xiàn)。

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芯片概述

MAX6950/MAX6951是緊湊型共陰極顯示驅(qū)動(dòng)芯片，通過SPI?、QSPI?、MICROWIRE?兼容的串行接口，能將微處理器與單個(gè)7段數(shù)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(yīng)多種電源環(huán)境。其中，MAX6950可驅(qū)動(dòng)多達(dá)五個(gè)7段數(shù)字或40個(gè)離散LED，而MAX6951則能驅(qū)動(dòng)多達(dá)八個(gè)7段數(shù)字或64個(gè)離散LED。

芯片內(nèi)部集成了十六進(jìn)制字符解碼器（0 - 9，A - F）、多路掃描電路、段和數(shù)字驅(qū)動(dòng)器，以及用于存儲(chǔ)每個(gè)數(shù)字的靜態(tài)RAM。用戶可以為每個(gè)數(shù)字選擇十六進(jìn)制解碼或不進(jìn)行解碼，以驅(qū)動(dòng)任意組合的7段數(shù)字、條形圖或離散LED。同時(shí)，通過內(nèi)部數(shù)字亮度控制設(shè)置LED的段電流，段驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)傳輸。
• 寬電壓范圍：供電電壓范圍為2.7V至5.5V，適應(yīng)不同的電源系統(tǒng)。

功能特性

• 靈活控制：可對(duì)單個(gè)LED段進(jìn)行控制，還具備段閃爍控制功能，且能在多個(gè)驅(qū)動(dòng)器間實(shí)現(xiàn)同步。
• 亮度調(diào)節(jié)：通過數(shù)字亮度控制，可靈活調(diào)整顯示亮度。
• 多種模式：具有低功耗關(guān)斷模式、掃描限制寄存器（可顯示1 - 8位數(shù)字）、段閃爍同步功能和測(cè)試模式（強(qiáng)制所有LED點(diǎn)亮）。

封裝優(yōu)勢(shì)

采用小型16引腳QSOP封裝，節(jié)省電路板空間，適合小型化設(shè)計(jì)。

電氣特性

電源相關(guān)

• 供電電壓：工作電源電壓范圍為2.7V至5.5V。
• 關(guān)斷電流：關(guān)斷模式下，所有數(shù)字輸入在V + 或GND時(shí)，過溫時(shí)典型值為75μA。
• 工作電流：所有段點(diǎn)亮、所有數(shù)字掃描、強(qiáng)度設(shè)置為滿、內(nèi)部振蕩器且無顯示負(fù)載連接時(shí)，典型值為10 - 15mA。

時(shí)鐘與掃描

• 主時(shí)鐘頻率：內(nèi)部振蕩器模式下，范圍為1 - 8MHz；外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)時(shí)，同樣為1 - 8MHz。
• 顯示掃描速率：八位數(shù)字掃描時(shí)，內(nèi)部振蕩器模式下典型值為625Hz，外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)時(shí)為155 - 1250Hz。

邏輯與時(shí)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(shí)序特性：CLK時(shí)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(guān)鍵引腳

• DIN：串行數(shù)據(jù)輸入，在CLK上升沿將數(shù)據(jù)加載到內(nèi)部16位移位寄存器。
• CLK：串行時(shí)鐘輸入，CLK上升沿將數(shù)據(jù)移入內(nèi)部移位寄存器，下降沿將數(shù)據(jù)從DOUT輸出。
• DIGX/SEGX：數(shù)字和段驅(qū)動(dòng)輸出，可吸收或提供電流，關(guān)閉時(shí)為高阻抗。
• ISET：通過電阻RSET連接到GND設(shè)置峰值電流，與電容CSET共同設(shè)置多路復(fù)用時(shí)鐘頻率。
• OSC：多路復(fù)用器時(shí)鐘輸入，可使用內(nèi)部RC振蕩器或外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。
• CS：芯片選擇輸入，CS為低時(shí)將串行數(shù)據(jù)加載到移位寄存器，上升沿鎖存最后16位數(shù)據(jù)。
• 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(gè)輸入引腳與微處理器通信。串行接口數(shù)據(jù)字長(zhǎng)度為16位，D15 - D8為命令地址，D7 - D0為數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，先將CLK置低，CS置低使能內(nèi)部16位移位寄存器，然后按順序?qū)?6位數(shù)據(jù)（D15先到D0后）時(shí)鐘輸入DIN，最后將CS置高。

寄存器功能

無操作寄存器（No - Op）

當(dāng)MAX6950/MAX6951作為級(jí)聯(lián)SPI設(shè)備鏈中的最后一個(gè)設(shè)備時(shí)使用，確保其他級(jí)聯(lián)設(shè)備接收特定命令時(shí)，該芯片接收無操作命令。

顯示測(cè)試寄存器（Display - Test）

可在正常模式和顯示測(cè)試模式間切換，顯示測(cè)試模式下，所有LED點(diǎn)亮，掃描八位數(shù)字，占空比為7/16。

掃描限制寄存器（Scan - Limit）

設(shè)置顯示的數(shù)字?jǐn)?shù)量（1 - 8位），可靈活滿足不同顯示需求。

強(qiáng)度寄存器（Intensity）

通過內(nèi)部脈沖寬度調(diào)制器實(shí)現(xiàn)顯示亮度的數(shù)字控制，可將平均段電流在16個(gè)步驟中從峰值電流的15/16調(diào)整到1/16。

解碼模式寄存器（Decode Mode）

為每個(gè)數(shù)字設(shè)置十六進(jìn)制解碼（0 - 9，A - F）或不進(jìn)行解碼操作，每個(gè)位對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)字。

顯示數(shù)字寄存器（Display Digit）

由兩個(gè)8字節(jié)雙端口SRAM平面P0和P1實(shí)現(xiàn)，用于存儲(chǔ)用戶希望在LED上顯示的數(shù)據(jù)。

顯示閃爍模式

閃爍原理

當(dāng)顯示閃爍功能啟用時(shí)，驅(qū)動(dòng)器會(huì)在P0和P1平面的數(shù)字寄存器數(shù)據(jù)之間自動(dòng)切換顯示。若兩個(gè)平面中某個(gè)段的數(shù)字寄存器數(shù)據(jù)不同，該段就會(huì)閃爍。

閃爍速度

閃爍速度由多路復(fù)用時(shí)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(shè)置整個(gè)顯示的快速或慢速閃爍速度。

多路復(fù)用時(shí)鐘與OSC振蕩器

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

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

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(shè)置振蕩器頻率fOSC，fOSC范圍為1MHz至8MHz。RSET還設(shè)置段峰值電流，推薦值為56kΩ，CSET推薦值為27pF，此時(shí)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(zhǎng)調(diào)節(jié)。
• LED最大反向電壓：MAX6950/MAX6951的顯示連接方案會(huì)使LED段在多路復(fù)用時(shí)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(dāng)LED正向電壓降為2.4V時(shí)，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(yīng)提高電源電壓。若使用較高電源電壓，可在電源中插入串聯(lián)電阻以降低芯片功耗。
• 計(jì)算功耗：芯片的功耗上限可通過公式 (PD=(V+×I+)+(V + - VLED)(DUTY×ISEG×N)) 計(jì)算，其中V + 為電源電壓，DUTY為強(qiáng)度寄存器設(shè)置的占空比，N為驅(qū)動(dòng)的段數(shù)，VLED為L(zhǎng)ED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(jié)點(diǎn)，對(duì)布局敏感，應(yīng)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(yuǎn)，還需添加22μF電容。

應(yīng)用領(lǐng)域

MAX6950/MAX6951適用于多種領(lǐng)域，如機(jī)頂盒、面板儀表、白色家電、條形圖和矩陣顯示器、工業(yè)控制器和儀器、專業(yè)音頻設(shè)備以及醫(yī)療設(shè)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L(zhǎng)ED顯示驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)提供了優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇外部組件、優(yōu)化電源和電路板布局，以充分發(fā)揮芯片的性能。你在使用類似芯片時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。