Macroblock 初始规格书 MBI5031 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 特色 Small Outline Package l 包装与MBI5026相容 l 16 个恒流输出通道 l 12位PWM灰阶控制 l 提升影像更新率的技术 - Scrambled-PWM l LED 开路/短路错误侦测功能 l 8位可程序化的输出电流大小控制 l 温度过高警告讯号 l 恒流输出范围值： 在3.3伏特操作电压：5 ~ 60mA GF: SOP24-300-1.00 Thin Shrink SOP 在5.0伏特操作电压：5 ~ 80mA l 极为精确的电流输出值， 通道间一般差异值：<±1.5％； 芯片间一般差异值：<±3％。 l 输出通道间的交错时间迟滞 l 高达 25MHz 时钟频率 l 具 Schmitt trigger 输入装置 l 操作电压：3~5.5 伏特 GTS: TSSOP24-173-0.65 Quad Flat No-Lead GFN: QFN24-4*4-0.5 产品说明 MBI5031是专为LED全彩显示面板的应用设计的驱动IC，内建12位灰阶控制的脉波宽度调变功能。MBI5031内建16位 位移缓存器可以将串行的输入资料转换成每个输出通道的灰阶像数。而且，MBI5031的16个恒流输出通道所输出的电 流值不受输出端负载电压影响并提供一致并且恒定的输出电流。MBI5031的使用者可以经由选用不同阻值的外接电阻 来调整MBI5031各输出级的电流大小。除此之外，MBI5031的使用者还可以藉由可程序化的8位电流增益调整来调整 整体LED的驱动电流。 TM 藉由Scrambled-PWM (S-PWM )的技术，MBI5031可加强脉波宽度调变的功能，并将导通的时间分散成数个较短的 导通时间，进而增加了视觉的更新率。在建立12位灰阶应用的全彩显示面板时，可藉由S-PWM™来减少画面的闪烁。 除此之外， MBI5031可降低对于控制器对于脉波宽度调变时钟频率的要求，使用者只需数兆赫的时间频率来达到12 位的灰阶脉波宽度调变。MBI5031可以藉由输入的影像数据来调整相对应LED的亮度。而且，MBI5031可以使每个输 出通道表现出12位(4,096灰阶)的颜色变化。此外，MBI5031可以藉由12位影像数据中用来补偿gamma修正或是LED 偏差的信息来调整每一颗LED明亮度。 聚积科技 2006 台湾新竹市埔顶路 18 号 6F 之四 电话：+886-3-579-0068，传真：+886-3-579-7534 E-mail: [email protected] - 1 2006 年 10 月，V2.00 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 MBI5031 功能方块图 OUT0 OUT1 OUT14 OUT15 输出电流量调 节器 R-EXT 十 六 位 LED 错 误 数 据 VDD 比 较 器 12 位计数器 GCLK 比 较 器 16 16 同步 控制器 LE GND 温度感 应器 灰 阶 映 像 数 据 灰 阶 映 像 数 据 状 态 缓 存 器 比 较 器 比 较 器 16 缓冲存储器 灰 阶 映 像 数 据 16 灰 阶 映 像 数 据 16 16 16 SDI 16 位位移缓存器 SDO DCLK 图 1 -2- 2006 年 10 月，V2.00 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 MBI5031 SDO VDD R-EXT DCLK GCLK OUT9 GND OUT8 OUT7 VDD R-EXT SDO GCLK OUT15 OUT14 OUT13 OUT12 OUT11 OUT10 OUT9 OUT8 OUT6 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 OUT5 GND 1 SDI 2 DCLK 3 LE 4 OUT0 5 OUT1 6 OUT2 7 OUT3 8 OUT4 9 OUT5 10 OUT6 11 OUT7 12 SDI 脚位图 MBI5031GFN MBI5031GF/GTS 脚位说明 Pin 脚名称 功能 GND 控制逻辑及驱动电流之接地端。 SDI 输入至位移缓存器之串行数据输入端。 DCLK 数据时钟讯号之输入端；资料位移会发生在时 钟上升缘；LE 启动时，可输入控制指令。 LE 数据闪控(data strobe)输入端；配合 DCLK 可 下达控制指令。 OUT0 ~ OUT15 恒流输出端。 GCLK 灰阶时钟讯号输入端； 灰阶显示是藉由灰阶时钟与输入数据的比较 来达到波宽调变的功能。 SDO 串行数据输出端；可接至下一个驱动器之 SDI 端。 R-EXT 连接外接电阻之输入端；此外接电阻可设定所 有输出通道之输出电流。 VDD 3.3V/5V 电源供应端。 -3- 2006 年 10 月，V2.00 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 MBI5031 输入及输出等效电路 LE 输入端 GCLK, DCLK, SDI 输入端 VDD VDD IN IN SDO 输出端 VDD OUT 最大限定范围 特性 代表符号 最大工作范围 单位 电源电压 VDD 7 V 输入端电压(SDI) VIN -0.4 ~ VDD + 0.4 V 输出端电流 IOUT +80 mA 输出端耐受电压 VDS 17 V 数据时钟频率* FDCLK +25 MHz 灰阶时钟频率 FGCLK +25 MHz 接地端电流 IGND +1280 mA 消耗功率 2.39 GF包装 (在四层印刷电路板上，25°C GTS包装 PD 3.87 时) GFN包装 3.49 热阻值 GF包装 52.37 (在四层印刷电路板上，25°C GTS包装 时) Rth(j-a) 32.34 W °C/W 35.85 GFN包装 IC工作时的环境温度 Topr -40~+85 °C IC储存时的环境温度 Tstg -55~+150 °C *电源电压为5V。 -4- 2006 年 10 月，V2.00 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 MBI5031 直流特性(VDD= 5.0V) 特性 代表符号 量测条件 最小值 一般值 最大值 单位 4.5 5.0 5.5 V 电源电压 VDD - 输出端耐受电压 VDS OUT0 ~ OUT15 - - 17.0 V IOUT 参考直流特性的测试电路 5 - 80 mA IOH SDO - - -1.0 mA IOL SDO - - 1.0 mA 高电位位准 VIH Ta = -40~85ºC 0.7*VDD - VDD V 低电位位准 VIL Ta = -40~85ºC GND - 0.3*VDD V IOH VOL VDS= 17.0V - - 0.5 μA IOL= +1.0mA - - 0.4 V VOH IOH= -1.0mA 4.6 - - V Rext=910Ω - ±1.5 ±3.0 % Rext=910Ω - ±3.0 ±6.0 % - ±0.1 ±0.5 %/V 输出端电流 输入端电压 输出端漏电流 输出端电压 SDO IOUT=10.8mA 电流偏移量(通道间) dIOUT1 电流偏移量(芯片间) dIOUT2 电流偏移量 vs. 输出电压 %/dVDS 电流偏移量 vs. 电源电压 %/dVDD 电源电压 = 4.5~5.5V， - ±1.0 ±5.0 %/V LED错误侦测电压值 VDS，TH - - 0.15 0.20 V Pull-down 电阻 RIN(down) LE 250 500 800 KΩ “Off” 电压元输出电流 “On” VDS=1.0V IOUT=10.8mA VDS=1.0V 输出电压 = 1.0~3.0V， Rext=460Ω@21mA IDD(off) 1 Rext=未接， OUT0 ~ OUT15 = Off - 2.3 4.3 IDD(off) 2 Rext= 910Ω， OUT0 ~ OUT15 = Off - 6.0 9.0 IDD(off) 3 Rext= 460Ω， OUT0 ~ OUT15 = Off - 6.6 9.6 IDD(on) 1 Rext= 910Ω， OUT0 ~ OUT15 = On - 7.2 10.2 IDD(on) 2 Rext= 460Ω， OUT0 ~ OUT15 = On - 9.3 12.3 -5- mA 2006 年 10 月，V2.00 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 MBI5031 直流特性(VDD= 3.3V) 特性 代表符号 量测条件 最小值 一般值 最大值 单位 3.0 3.3 3.6 V 电源电压 VDD - 输出端耐受电压 VDS OUT0 ~ OUT15 - - 17.0 V IOUT 参考直流特性的测试电路 5 - 60 mA IOH SDO - - -1.0 mA IOL SDO - - 1.0 mA 高电位位准 VIH Ta = -40~85ºC 0.7*VDD - VDD V 低电位位准 VIL Ta = -40~85ºC GND - 0.3*VDD V IOH VDS= 17.0V - - 0.5 μA VOL IOL= +1.0mA - - 0.4 V VOH IOH= -1.0mA 2.9 - - V Rext=910Ω - ±1.5 ±3.0 % Rext=910Ω - ±3.0 ±6.0 % - ±0.1 ±0.5 %/V 输出端电流 输入端电压 输出端漏电流 输出端电压 SDO IOUT=10.8mA 电流偏移量(通道间) dIOUT1 电流偏移量(芯片间) dIOUT2 电流偏移量 vs. 输出电压 %/dVDS 电流偏移量 vs. 电源电压 %/dVDD 电源电压 = 3.0V~3.6V， - ±1.0 ±5.0 %/V LED错误侦测电压值 VDS，TH - - 0.15 0.20 V Pull-down 电阻 RIN(down) 250 500 800 KΩ “Off” 电压源输出电流 “On” VDS=1.0V IOUT=10.8mA VDS=1.0V 输出电压 = 1.0~3.0V， Rext=460Ω@21mA LE IDD(off) 1 Rext=未接， OUT0 ~ OUT15 = Off - 2.0 4.0 IDD(off) 2 Rext= 910Ω， OUT0 ~ OUT15 = Off - 4.0 7.0 IDD(off) 3 Rext= 460Ω， OUT0 ~ OUT15 = Off - 4.8 7.8 IDD(on) 1 Rext= 910Ω， OUT0 ~ OUT15 = On - 7.2 10.2 IDD(on) 2 Rext= 460Ω， OUT0 ~ OUT15 = On - 9.3 12.3 mA 直流特性的测试电路 图 2 -6- 2006 年 10 月，V2.00 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 MBI5031 动态特性(VDD= 5.0V) 最小值 一般值 最大值 单位 tSU0 1 - - ns LE↑ – DCLK↑ tSU1 1 - - ns LE↓ – DCLK↑ tSU2 5 - - ns DCLK↑ - SDI tH0 3 - - ns DCLK↑ - LE↓ tH1 7 - - ns DCLK - SDO tPD0 - 30 40 ns - 100 - ns - 30 40 ns - 40 - ns - 80 - ns - 120 - ns 特性 代表符号 SDI - DCLK↑ 设定时间 保持时间 延迟时间 量测条件 VDD=5.0V VIH=VDD VIL=GND Rext=460Ω VLED=4.5V RL=152Ω CL=10pF C1=100nF C2=10μF GCLK – OUT 4n * tPD1 LE – SDO** tPD2** OUT 4n + 1 * tDL1 输出通道间的交错迟滞时间 OUT 4n + 2 * tDL2 OUT 4n + 3 * tDL3 LE tw(L) 5 - - ns DCLK tw(DCLK) 20 - - ns GCLK tw(GCLK) 20 - - ns 脉波宽度 电流输出埠的电位爬升时间 tOR - 90 - ns 电流输出埠的电位下降时间 tOF - 70 - ns 错误侦测所需最短的时间 tEDD*** - 1 - μs *请参考时序的波形图，在第一个脉波宽度调变输出数据时将会有一个GCLK的迟滞；其中n=0， 1， 2， 3。 **在“读取状态缓存器”及“读取错误数据码”的时序图中，下一个DCLK上升缘应该为LE下降缘后的tPD2。 ***请参考图6。 -7- 2006 年 10 月，V2.00 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 MBI5031 动态特性(VDD= 3.3V) 特性 设定时间 代表符号 量测条件 最小值 一般值 最大值 单位 SDI - DCLK↑ tSU0 1 - - ns LE↑ – DCLK↑ tSU1 1 - - ns LE↓ – DCLK↑ tSU2 5 - - ns DCLK↑ - SDI tH0 3 - - ns DCLK↑ - LE↓ tH1 7 - - ns DCLK – SDO tPD0 保持时间 LE – SDO tPD2** OUT 4n + 1 * tDL1 VDD=3.3V VIH=VDD VIL=GND Rext=460Ω VLED=4.5V RL=152Ω - 40 - ns 输出通道间的交错迟滞时间 OUT 4n + 2 * tDL2 CL=10pF C1=100nF - 80 - ns OUT 4n + 3 * tDL3 C2=10μF - 120 - ns LE tw(L) 5 - - ns DCLK tw(DCLK) 25 - - ns GCLK tw(GCLK) 20 - - ns 延迟时间 GCLK – OUT 4n * tPD1 脉波宽度 - 45 50 ns - 120 - - 45 50 ns ns 电流输出埠的电位爬升时间 tOR - 90 - ns 电流输出埠的电位下降时间 tOF - 70 - ns 错误侦测所需最短的时间 tEDD*** - 1 - μs *请参考时序的波形图，在第一个脉波宽度调变输出数据时将会有一个GCLK的迟滞；其中n=0， 1， 2， 3。 **在“读取状态缓存器”及“读取错误数据码”的时序图中，下一个DCLK上升缘应该为LE下降缘后的tPD2。 ***请参考图6。 动态特性的测试电路 图 3 -8- 2006 年 10 月，V2.00 MBI5031 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 时序的波形图 (1) (2) (3) -9- 2006 年 10 月，V2.00 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 MBI5031 操作原理 控制指令 指令名称 讯号组合 LE 包含多少个 DCLK 上升缘 0 or 1 2 or 3 4 or 5 6 or 7 LE 资料栓锁 整体栓锁 读取状态缓存器 启动错误侦测 High High High High 读取错误侦测的组态 High 8 or 9 写入状态缓存器 High 10 or 11 叙述 在 LE 下降缘后的动作 将序列数据传入缓冲存储器 将缓冲存储器的数据传入比较器 将状态缓存器的数据传入位移缓存器 启动每个输出端的 LED 错误侦测 将 16 输出端的错误组态信息传入位移缓 存器 将序列数据传入状态缓存器 资料栓锁 DCLK 2 3 4 5 6 D14 D13 D12 D11 D10 1 9 8 7 12 11 10 15 14 13 16 N1 N2 N3 LE MSB SDI D15 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 Next Data D0 Previous Data SDO D15 D14 D13 整体栓锁 DCLK 3 2 1 6 5 4 9 8 7 12 11 10 15 14 13 16 N1 N2 N3 LE MSB SDI D15 D14 D13 D11 D12 D9 D10 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 Next Data D0 Previous Data SDO D15 D14 D13 读取状态缓存器 DCLK 11 10 1 13 12 15 14 16 N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 B A 9 16 N1 LE F Previous Data SDO D E C 7 8 写入状态缓存器 DCLK 3 2 1 6 5 4 9 8 7 10 11 12 15 14 13 N2 N3 LE SDI F E D C B A 9 8 7 6 SDO 5 4 Previous Data - 10 - 3 2 1 0 Next Data F E D 2006 年 10 月，V2.00 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 MBI5031 设定像素的灰阶 TM MBI5031 使用 S-PWM 的控制算法来达到每个输出端点的灰阶设定。所有的输出通道可以表现出 4,096 阶的灰阶显 示。16 位的位移缓存器可依序的藉由”数据栓锁”指令输入将前 15 次的灰阶显示数据到每一个缓冲存储器，然后在第 16 笔灰阶数据时输入一次”整体栓锁”，依照输出端 15 到输出端 0，数据缓存器内的 256 位将会依 MSB(最重要位)的 顺序，将数据依序载入。 数据加载时序图 图4 开路侦测原理 Iout 设定好 Rext Iout, target MBI5031 输出特性曲线 Iout, effect 负载线 VDS VDS, effect Vknee VDS 图 5 MBI5031 的 LED 开路错误侦测原理是基于实际输出的有效电流值 Iout， effect 与 Rext 所设定的目标电流 Iout， target 之比较 来判定每个输出埠的 LED 负载状态。如上图所示，膝点电压 Vknee 为三极体区(triode region)转入饱和区(saturation region)的电压。而负载曲线与 MBI5031 的输出特性曲线之交点为有效输出点(VDS， effect， Iout， effect)。因此，当下达了” 启动错误侦测”的指令后， MBI5031 的全部输出端将会导通一段时间。这段时间至少需要 1μs 来得到正确的错误组态， 这错误组态将会被储存在内建的缓存器，然后这错误组态可藉由”读取错误组态”的指令来将错误组态每个输出端的组 态依序的输出到 SDO 的脚位。 因此，为了正确侦测 LED 状态，MBI5031 须启动输出埠。开路错误侦测码与有效输 出点的关系表列如下： 输出端的状态 有效输出点的状态 关闭 导通 Iout， Iout， Iout， effect effect ≦ Iout， ＝ Iout， target target effect = 且 且 0 Vout, effect＜VDS, TH Vout, effect≧VDS, TH - 11 - 侦测到的开路错 误状态码 “0” “1” “0” 所代表的意思 LED 开路 正常工作 2006 年 10 月，V2.00 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 MBI5031 短路侦测原理 Iout 设定 Rext Iout, effect1 = Iout, target MBI5031 输出特性曲线 短路负载线 Iout, effect2 正常负载线 VDS, effect2 VDS Vknee VDS VDS, effect1 图 6 当 LED 有故障产生，另依种可能原因是 LED 发生短路。为有效侦测短路错误， LED 必须位于不饱和偏压状态。MBI5031 的 LED 短路错误侦测原理是基于实际输出的有效电流值 Iout, effect 与 Rext 所设定的目标电流 Iout, target 之比较来判定每个 输出端口的 LED 负载状态。当正常 LED 在不饱和偏压处，负载曲线与输出特性曲线之交点在曲线上升区，但 LED 短 路时，输出特性曲线之交点将会落在平坦区。 错误侦测码与有效输出点的关系表列如下： 输出端的状态 有效输出点的状态 关闭 导通 Iout， Iout， Iout， effect effect ≦ Iout， ＝ Iout， target target effect = 且 且 0 Vout, effect＜VDS, TH Vout, effect≧VDS, TH 侦测到的短路错 误状态码 “0” “1” “0” 所代表的意思 正常工作 LED 短路 注意 : 要达到稳定的错误组态必须要大于 tEDD = 1 μs - 12 - 2006 年 10 月，V2.00 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 MBI5031 状态缓存器的定义 MSB F E e.g.. 默认值 F E X 0 D C D 1 C B A 9 8 7 B A 1 9 8 7 11 6 5 6 5 8’b10101011 4 3 2 1 LSB 0 4 3 2 1 0 0 0 位 属性 定义 值 功能说明 F 读 X 1 预留位 E 读 温度过高警示 0 (预设) 安全 (OK) 1 过热 (>150 ℃) D 读 X 1 预留位 00 64 次的 10 位(MSB*)PWM 计数， 再加一次的 6 位 (LSB*)PWM 计数。 C 16 次的 10 位(MSB)PWM 计数藉由 1/4 GCLK， 再加一 01 读/写 PWM 计数模式选择 次的 6 位(LSB)PWM 计数。 4 次的 10 位(MSB)PWM 计数藉由 1/16 GCLK， 再加一 10 次的 6 位(LSB)PWM 计数。 B A 9~2 读/写 读/写 PWM 数据同步模式 电流增益调整 11(预设) 12 位的 PWM 计数 0(预设) 自动同步 1 可设定同步 00000000 8’b10101011 (预设) ~ 11111111 1 读/写 0 读/写 过热保护 GCLK 无连接的过 0 (预设) 关闭 1 启动** 当 TTF > 150°C 时，输出电流为原输出电流的 25%。 0(预设) 启动*** 时间警示 1 *请参考” 设定 PWM 计数模式”段落。 **请参考” 温度过高警示”段落。 ***请参考” GCLK 无连接的过时间警示”段落。 关闭 - 13 - 2006 年 10 月，V2.00 MBI5031 设定 PWM 灰阶计数器 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 MBI5031 提供 12 位的计数模式。每个输入端的 16 位串行数据的值只有最后 12 位是有效的，并根据此 12 位计数器 作计算。 设定 PWM 计数模式 TM MBI5031 定义可支持 S-PWM TM 不同计数算法。藉由 S-PWM ，全部的 PWM 周期将可分解成 MSB(最重要位)与 LSB(最不重要位)的灰阶周期，因此可以将 MSB 的信息重复更新很多次然后达到跟未分解成 MSB 与 LSB 的 PWM 一 样的高位分辨率。MBI5031 也提供不同的技术算法给使用者选择并可再较少的输出开关转态时获得更好的输出端线性 度。 Mode 00 6-bit x 26 + 6-bit counting # of GCLKs=(26-1)x26+26 MSB 6-bit PWM Counting: 63 GCLKs LSB 6-bit PWM counting 64 times of MSB 6-bit PWM Counting Mode 01 6-bit x 22x24 + 6-bit counting # of GCLKs=(26-1)x22x24 +26 MSB 6-bit PWM Counting: 252 GCLKs LSB 6-bit PWM counting 16 times of MSB 6-bit PWM Counting Mode 10 6-bit x 24x22 + 6-bit counting # of GCLKs=(26-1)x24x22 +26 MSB 6-bit PWM Counting: 1008 GCLKs LSB 6-bit PWM Counting 4 times of MSB 6-bit PWM Counting Mode 11 12 direct counting # of GCLKs=212 12-bit PWM Counting: 4096 GCLKs Once of 12-bit PWM Counting - 14 - 2006 年 10 月，V2.00 MBI5031 PWM 计数同步 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 在数据与影像数据间，当第”A”位被设定为”0”，MBI5031 将自动的将前一笔与下一笔的 PWM 计数数据同步。当前一 笔数据完成内部的 PWM 周期时，下一笔的影像数据将被更新到输出端的缓冲存储器然后开始 PWM 计数。这可避免 影像数据计数的遗失然后可保证数据的正确性。在这模式之下，系统的控制器只需要持续的提供 GCLK 给 PWM 计数 器。输出端将在完成一个 MSB 的 PWM 周期时更新。 图 8 当第”A”位被设定为”1”(预设)，不管此时前笔影像数据的计数状态为何，MBI5031 将立即更新影像数据到输出端的缓冲 存储器。在这模式之下，系统控制器需要在 MBI5031 的外部影像数据与 GCLK 同步。否则，前笔与下笔影像数据之 间的冲突将导致数据遗失。 图 9 GCLK 无连接的过时间警示 当讯号线 GCLK 无连接超过一秒钟，全部的输出端点将自动被关闭。这个功能将可保护 LED 显示广告牌系统避免过 大且恒导通的电流对于 LED 驱动器的损害。当第”0”位为”0”时，此功能将默认为“启动”。当 GCLK 重新被启动，IC 将 会在重设内部的计数器与比较器后重新正常工作。 - 15 - 2006 年 10 月，V2.00 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 MBI5031 恒流 当客户将 MBI5031 应用于 LED 面板设计上时，通道间与通道间，甚至芯片与芯片间的电流，差异极小。此源自于 MBI5031 的优异特性： 1) 通道间的一般电流差异小于 ±1.5%，而芯片间的一般电流差异小于 ±3%。 2) 具有不受负载端电压影响的电流输出特性，如下图所示。输出电流的稳定性将不受 LED 顺向电压(VF)变化而影响。 MBI5031 IOUT vs. VDS at VDD=5.0V IOUT(mA) 100 80 60 40 20 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 VDS(V) IOUT(mA) MBI5031 IOUT vs. VDS at VDD=3.3V 80 60 40 20 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 VDS(V) 图 10 - 16 - 2006 年 10 月，V2.00 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 MBI5031 调整输出电流 如下图所示，藉由外接一个电阻 Rext 调整输出电流(IOUT)。 MBI5031 Rext vs. IOUT IOUT(mA) 100 80 60 40 20 0 0 300 600 900 1200 1500 1800 Rext(Ω) 图 11 套用下列公式可计算出输出电流值， VR-EXT=0.63Volt x G; IOUT= (VR-EXT/Rext) x15.5 公式中的 VR-EXT 是指 R-EXT 端的电压值，Rext 是指外接至 R-EXT 端的电阻值。G 值是数字调整电流的增益，可以藉 由状态缓存器的第二到第九位来设定。原始的 G 值设定值为 1。举例来说，当 Rext=460Ω 时输出端的电流为 21mA。 当 Rext=910Ω，输出端电流为 10.8mA。G 的公式与设定将在下一个段落说明。 - 17 - 2006 年 10 月，V2.00 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 MBI5031 电流增益调整 Gain Gain 1.988 0.497 1.625 0.406 128 steps 1.250 128 steps 0.312 Default value： 1 0.875 0.218 0.500 0.125 111,1111 (DA6~DA0) 110,0000 100,0000 010,0000 000,0000 111,1111 (DA6~DA0) 110,0000 100,0000 010,1011 010,0000 000,0000 Note: HC=0，Gain range=( 0.497 ~ 0.125 ) Note: HC=1，Gain range=( 1.988 ~ 0.5 ) 状态缓存器的第二到第九位是用来设定输出端的电流增益，i.e. 总共有八位可以用来设定 G 值， i.e. 范围从 8’b00000000 到 8’b11111111， 使用者可以设定 256 阶的电流增益。这些位可以更进一步再状态缓存器中定义: F - E - D - C - B - A - 9 HC 8 DA6 7 DA5 6 DA4 5 DA3 4 DA2 3 DA1 2 DA0 1 - 0 - 1. 第 9 位是 HC 位。当 HC=0 时，将设定电流往下调整的 128 阶且 HC=1，将设定电流往上调整的 128 阶。 2. 第 8 位到第 2 位是 DA6 ~ DA0。 电流增益 G 跟这些位的公式如下: HC=1, D=(256G-128)/3 HC=0, D=(1024G-128)/3 上述十进制的 D 可利用下列等式转换成二进制表示法： 6 5 4 3 2 1 D=DA6x2 +DA5x2 +DA4x2 +DA3x2 +DA2x2 +DA1x2 +DA0x2 0 换句话说，这些位可以被当作 1 位的指数 - HC 再加上七位的尾数 – DA6~DA0。 举例来说， HC=1, G=1.25, D=(256x1.25-128)/3=64 D 用二进制表示法，则得到： 6 5 4 3 2 1 D=64=1x2 +0x2 +0x2 +0x2 +0x2 +0x2 +0x2 0 1. 第 9 位到第 2 位被设定为 8’b1100,0000。 输出端的交错延迟时间 MBI5031 内建延迟电路机制。这 16 组电流输出端被区分成四个群组- OUT 4n ， OUT 4n + 1 ， OUT 4n + 2 ，和 OUT 4n + 3 ，每个群组依照 40ns 的延迟时间依序输出电流。 - 18 - 2006 年 10 月，V2.00 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 MBI5031 封装体散热功率(PD) 封装体的最大散热功率，是由公式 PD (max) = (Tj – Ta) / Rth(j-a)来决定。16 个通道同时打开时，真正的功率为 PD (act) = (IDD x VDD) + (IOUT x Duty x VDS x 16)。 为保持 PD (act) ≤ PD (max)， ，可输出的最大电流与 duty cycle 间的关 系为：IOUT = { [ (Tj – Ta) / Rth(j-a) ) – (IDD x VDD} } / VDS / Duty / 16， 其中 Tj = 150°C。 IOUT vs. Duty Cycle@ Rth(j-a)=52.37℃/W IOUT vs. Duty Cycle@ Rth(j-a)=32.34℃/W Max. I OUT(mA) Max. IOUT(mA) 100 100 VDS=1V@Ta=25℃ VDS=1V@Ta=85℃ VDS=2V@Ta=25℃ VDS=2V@Ta=85℃ 80 60 VDS=1V@Ta=25℃ VDS=1V@Ta=85℃ VDS=2V@Ta=25℃ VDS=2V@Ta=85℃ 80 60 40 40 20 20 0 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Duty Cycle 0 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Duty Cycle MBI5031GF MBI5031GTS IOUT vs. Duty Cycle@ Rth(j-a)=35.85℃/W Max. IOUT(mA) 100 VDS=1V@Ta=25℃ VDS=1V@Ta=85℃ VDS=2V@Ta=25℃ VDS=2V@Ta=85℃ 80 60 条件： IOUT=80mA，16 输出埠均被导通 Rth(j-a) (°C/W) 包装 GF 52.37 GTS 32.34 GFN 35.85 40 20 0 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Duty Cycle MBI5031GFN 图 12 依据 PD (max) = (Tj – Ta) / Rth(j-a)，被允许的最大散热功率会随环境温度增加而降低。 MBI5031 Maximum Power Dissipation at Various Ambient Temperature Power Dissipation (W) 4.0 3.5 GF Type: Rth=52.37℃/W GTS Type: Rth=32.34 ℃/W GFN Type: Rth=35.85℃/W 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 Safe Operation Area 0.5 0.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ambient Temperature (℃ ) 图 13 - 19 - 2006 年 10 月，V2.00 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 MBI5031 散热片的使用 PCB 面积为 L2xW2 是 IC 面积(L1xW1)的 4 倍。PCB 的厚度为 1.6mm，锡箔片为 1 Oz； IC 底部的散热片须粘着再锡箔片上。 图 14 过热保护功能 奇偶校验位值位预设为”0”，过热保护功能为”不启动”状态。当奇偶校验位值位被设为”0”时，当 IC 芯片温度超过 TX 一 般值(150°C)时，过热指标即启动，而过热保护功能启动并将输出电流降为原输出电流的 25%。，只要芯片温度低于一 般值 110°C 时，过热指标将回复到默认值”0”，而输出电流将回复至原本的输出电流值。因为输出电流平均值被受限， 因此芯片可避免过热而造成的损坏，然而，这将会影响灰阶的表现。 负载端供应电压(VLED) 为使封装体散热能力达到最佳化，建议输出端电压(VDS)的最佳操作范围是 0.4V~0.8V(IOUT= 5~80mA)。如果 VDS = VLED – VF 且 VLED = 5V 时，此时过高的输出端电压(VDS)可能会导致 PD(act) > PD(max)；在此状况，建议尽可能使用较低的 VLED 电压供应，也可用外串电阻或 Zener diode 当做 VDROP。此可导致 VDS = (VLED –VF) – VDROP，达到降低输出端电 压 (VDS) 之效果。外串电阻或 Zener 的应用图可参阅下图。 VLED 电压源 电压源 VDrop VDrop VF (VLED) VF VDS VDS MBI5031 MBI5031 图 15 减低动态噪声 LED 驱动器常被使用在动态模式的运用，并且动态噪声的是来自于印刷电路板上的寄生电感。消除动态噪声的方法请 参考应用说明书 “Application Note for 8-bit and 16-bit LED Drivers- Overshoot”。 - 20 - 2006 年 10 月，V2.00 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 MBI5031 “Pb-Free & Green”封装之焊接制程* 聚积科技所生产的” Pb-Free & Green"的半导体产品遵循欧洲 RoHS 标准，封装选用 100%之纯锡以兼容于目前锡铅 (SnPb)焊接制程，且支持需较高温之无铅制程。纯锡目前已被欧美及亚洲区的电子产品客户与供货商广泛采用，成为 o o 取代含锡铅材料的最佳替代品。100%纯锡可生产于制程温度为 215 C 至 240 C 的含锡铅(SnPb)锡炉制程。但若客户 o o 使用完全无铅锡膏和材料，则锡炉温度须达 J-STD-020C 标准之 245 C 至 260 C (参阅下图),。 Temperature (℃) 300 260℃+0℃ -5℃ 245℃±5℃ 255℃ 250 240℃ 217℃ 30s max 200 Ramp-down 6℃/s (max) Average ramp-up rate= 0.7℃/s 150 100s max Peak Temperature 245℃~260℃< 10s 100 Average ramp-up rate = 0.4℃/s 50 Average ramp-up rate= 3.3℃/s 25 0 0 50 100 150 200 250 300 Time (sec) ----Maximum peak temperature Recommended reflow profile Acc. J-STD-020C *附注 1：详情请参阅聚积科技之“Policy on Pb-free & Green Package”。 - 21 - 2006 年 10 月，V2.00 MBI5031 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 外观轮廓图示 MBI5031GF外观轮廓图 MBI5031GTS外观轮廓图 - 22 - 2006 年 10 月，V2.00 MBI5031 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 MBI5031GFN外观轮廓图 注：轮廓图标的单位是 mm。 - 23 - 2006 年 10 月，V2.00 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 MBI5031 IC 正印信息 第一行 ● MBIXXXX ○ ○○ Part number ID number 第二行 XXXXXXXX ○ or MBIXXXX ○ ○ 制造码 产品码 . 版别码 包装码 制程码 G: 无铅环保包装 产品更新纪录 文件版次 V1.00 V2.00 IC 版别码 A B 产品订购信息 产品编号 MBI5031GF MBI5031GTS MBI5031GFN 无铅环保包装 SOP24-300-1.00 TSSOP24-173 -0.65 QFN24-4*4- 0.5 重量(g) 0.30 0.0967 0.0379 - 24 - 2006 年 10 月，V2.00 MBI5031 内建 PWM 之 16 位恒流 LED 驱动器 使用权声明 聚积科技对于产品、文件以及服务保有一切变更、修正、修改、改善、以及终止的权利，针对上述 的权利，聚积科技不会进行事前预告。客户在进行产品购买前，建议与聚积科技业务代表联络以取 得最新的产品信息。 聚积科技的产品，除非经过聚积合法授权，否则不应使用于医疗或军事行为上，若使用者因此导致 任何身体伤害或生命威胁甚至死亡，聚积科技将不负任何损害赔偿责任。 此份文件上所有的文字内容、图片、及商标为聚积科技所属之智慧财产。除非是先经过聚积合法授 权，任何人不得径自使用、修改、重制、公开、改作、散布、发行、公开发表。如有违反，您应对 聚积科技股份有限公司负责损害赔偿责任及其它法律责任。 - 25 - 2006 年 10 月，V2.00