基于FPGA的LED電視動態背光系統設計

本文設計一款基于FPGA(現場可編程門陣列)的液晶電視動態背光系統，采用LED側背光方式，符合當前液晶電視LED背光應用主流。

　　電視動態背光

　　以往的電視機主板將圖像信號通過LVDS(LowVoltageDifferentialSignal，低壓差分信號傳輸)將圖像信號傳送至液晶面板，另外通過LED驅動控制背光，顯示系統和背光系統相對獨立。圖像信號通過LVDS傳送的時候，有兩種格式，一種是JEIDA的標準，如圖一所示;一種是VESA的標準，如圖二所示。液晶面板的LVDS信號一般有四至五對，一對是時鐘信號，三至四對為數據信號，數據信號和時鐘信號速度為7:1。

　　液晶電視動態背光調節區分LED背光組件的整屏亮度PWM(脈寬調制)控制、LED背光組件的橫向分區域亮度PWM控制、LED背光組件的縱向分區域亮度PWM控制、RGB分區域亮度控制和綜合控制。要使液晶電視能達到分區域背光亮度PWM控制，相應地必須對動態的圖像信號進行分析，通過插入的FPGA板計算出各個區域的圖像亮度信息，然后根據區域統計的平均亮度信號，驅動LED控制芯片分別調節相應背光區域的背光亮度。FPGA板同時將圖像信號傳送至液晶面板,以達到背光與圖像的同步，即實現了液晶電視動態背光調節功能。LED控制芯片必須具有多路輸出且各路輸出能獨立調節的功能，這樣芯片就能根據屏幕各區域圖像畫面的亮度信息，同時調節對應區域的背光亮度，在屏幕顯示暗場景時，調低背光的亮度，進而減少能耗。背光調節效果例子如圖三所示。

　　系統設計

　　本文設計的32寸液晶電視，選用LED側背光方式，在電視面板上下各安裝2個燈條，每個燈條4串LED，每串LED為10個LED燈，共用160個LED燈。4個燈條總共16串，分別對應著16個調光區域。

　　FPGA器件選用賽靈思公司(Xilinx，Inc.)Spartan6系列中的XC6SLX16器件。Spartan-6FPGA為賽靈思公司新推出有批量應用、最低成本的FPGA器件，采用45nm低功耗銅工藝，在成本，性能和功耗上能達到最好的平衡。內建系統級模塊包括DSP邏輯片、高速收發器以及PCIExpress接口內核，能夠提供更高程度的系統級集成;先進功率管理技術以及可選的1.0v低功耗內核使得Spartan-6FPGA功耗更低;支持超過12Gbps的存儲器訪問帶寬;高性能集成存儲器控制器支持DDR、DDR2、DDR3和移動DDR存儲器，硬內核的多端口總線結構能夠提供可預測的時序和高達DDR2/DDR3800(400MHz)的性能。

　　LED驅動芯片選用奧地利微電子公司(Austriamicrosystems)的AS3693B控制芯片。芯片擁有控制外部FET的概念設計，具有主動調節LED供電電源的專利節電技術，可最大限度地降低系統功耗。芯片具有I2C(Inter-IntegratedCircuit)和SPI(SerialPeripheralInterface)接口和16個獨立PWM調節的通道，每個通道的電流精度高達為0.5%，可使LCD背光實現最精準的顏色及亮度控制;外接時鐘和同步輸入允許LCD背景光和電視圖像同步，能實現“分塊調光控制”，達到盡可能高的對比度。

　　FPGA板需要用到1.2V、1.8V、3.3V供電電壓，AS3693B芯片需要用到3.3V電壓，必須使用BUCK(降壓變換器)將12V電壓轉換至所需電壓。LED背光系統硬件設計如圖四所示：

4 系統實

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