降低便携式设备背光源耗电的创新技术

《降低便携式设备背光源耗电的创新技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《降低便携式设备背光源耗电的创新技术（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、河南省瑞光印务股份有限公司提供河南省瑞光印务股份有限公司提供降低便携式设备背光源耗电的创新技术降低便携式设备背光源耗电的创新技术目前，在便携式消费性电子设备上，所使用较大的 LCD 显示屏是采用背光方式，并且需要密集运用处理器，而其背后所代表的意义，就是让已经很有限的电池容量汲取出更长且更大的电流。以往的单色显示屏其背光源采用两颗绿色 LED，只需要消耗移动设备总体功率消耗的10。而 现在，多媒体设备所需要的较大与较高分辨率彩色显示屏，让使用中与背光源的功率消耗增加 超过了50。虽然有最新的先进电池技术，但是电池容量的发展速度仍然无法跟上多媒体移动设备对于额外 能源的需求。由于电池技术无法以相

2、同的步调改善，因此便携式设备生产厂商在设法符合消费 者的期盼时就会遇到困难。除非他们能够开发出降低功率消耗或是提高电池容量的创新方法， 否则他们就必须要为了那些特性而牺牲电池的使用时间。除了像是以时间为基准的调暗（time based dimming） 、显示屏逾时（display timeout） 、以及 可供使用者选择的亮度设定等技术之外，许多的移动设备生产厂商会使用环境照明感测（ALS） 、 动态背光控制（cABC） 、以及袖珍键盘/通用输入输出（GPIO）扩充器的使用等方式，藉以协 助降低电流的流出。对于大部分的便携式设备生产厂商而言，显示屏背光源已经成为最重要的电池电流消耗重点之 一

3、。具有高分辨率彩色显示屏的多媒体设备，在任何时间都需要有适当的背光源，以避免可视 性能与可读性的降级。尽管具有高反射式显示屏是一直都需要背光源，同时又具有相对较高的功率消耗，但是却依然 受到移动设备生产厂商的偏爱。此类型显示屏的室内性能、NTSC 色域比、高对比度以及高亮 度已经使其在同类型组件中获得胜出。为了要降低背光源的功率消耗，尽可能地控制管理背光 源强度已经成为必要的措施。虽然设备可以在无动作期间将背光源变暗，藉以节省电力，但是许多的设备仍然有需要让背光 源在与使用者互动的长时间内维持开启状态的应用程序例如网页浏览、电子邮件、GPS 导航、 游戏、或是视频播放等。河南省瑞光印务股份有限

4、公司提供河南省瑞光印务股份有限公司提供在产品设定选单中的亮度控制可以让使用者调整背光源强度，以便在这些使用情况下节省电力，但这需要由使用者输入，而且需要针对不同的环境照明条件进行多重改变，以期真正的发挥其 效用。对于使用者来说，这些技术不再具有实用价值，而且也不足以因应目前密集又独特的使 用状况。环境照明感测（环境照明感测（ALS）LCD 或是袖珍键盘对于背光源的需求量可能会随着照明环境的改变而大幅变更。通过环境照明 感测功能，光电二极管或是晶体管可以测量出局部的照明强度。光线的来源可能是太阳、办公 室照明或者月光。由传感器所撷取到的光线量能够转换成电流或是电压。以预设的临界值为基 础，背光源

5、驱动器或是处理器就可以判定 LCD 或是袖珍键盘需要多少背光。在晴朗环境下要驱动所需要的高电流会浪费掉在照明较黯淡环境下所需的能源，而且可能会使 眼睛在昏暗环境中疲劳。依据环境照明条件而改变背光强度，对于典型的使用状况而言，可以 节省超过60在明亮环境中驱动背光 LEDs 所需要的电量。ALS的实现方法的实现方法有一些生产厂商会使用一颗模拟或是数字照明传感器 IC 来对环境照明进行感测。模拟式照明传 感器会将光线转换成电流，而数字式照明传感器则采用内部的 ADC 产生数字的比特流。模拟式照明传感器由于实现方式较简单，因此价格比较不贵。不论使用何种传感器，其输出必须要加以译码才能够使用。有许多的

6、设计会使用主要处理器来 对传感器输出进行译码，并且控制背光源。然而，主要处理器速度必须要够快才能应付诸多的 多媒体特点，因此其更高的速度与频宽，也代表有更多的电流会因为 ALS 侦测功能而流出。将 处理器的介入最小化，对于降低电池消耗而言是相当重要的。有某些 IC 如 ADI 的 ADP 5501以及 ADP 5520中整合了光线输入译码功能以及背光驱动器控制 功能。将照明侦测器智能整合于背光驱动器当中有多项优点。首先，驱动器会使用简易状态机 器来执行其作业，让用于执行译码与背光控制的电流耗损降低至20A 以下。其次，所有功能 都在单一封装芯片当中，因此可以将 PCB 布局中连结与走线的数量最

7、小化。第三，可以将背光 驱动器以及主要处理器之间的往返通信最小化。河南省瑞光印务股份有限公司提供河南省瑞光印务股份有限公司提供为了使手机生产厂商获得弹性，这些整合式组件都具有可编程的临界值、磁滞（hysteresis） 、以及过滤时间。由于所有的机构设计都不相同，因此具有弹性而足以应付所有状况的智能型驱 动器就相当的重要。可编程临界值让手机生产厂商可以将光线输入的范围（以日光、办公室环 境或是昏暗状态作为考虑）加以编程。在每一组临界值中的磁滞使背光源免于来回的切换。过 滤时间让使用者可以针对设备在背光源进行调整之前，需要暴露在照明环境中多久的时间予以 编程。对于手机生产厂商其产品与产品之间所需

8、要校正的差异，这些类型的调整使他们更能在 进行校正时获得弹性。显示屏背光源的分析显示屏背光源的分析显示屏背光源使用六组以18 mA 驱动、由电池（假设为3.5V LED 正向电压、85驱动器效率、 以及4.0V 电池）汲取111 mA 的串联式 LED。因此，假如在所有运作时间内都以最大强度驱动 的话，显示屏背光源本身可以在9.9个小时内将1100 mAh 的电池耗尽。显示屏并不需要在所有 的状况下都以最大的背光强度发光，这将可以在照明较差的环境中像是办公室、电影院、以及 晚上的户外显著的节省电力。图1 具有整合式光电传感器输入的串联式背光驱动器，以及迷你键盘/GPIO 扩充器晴朗天候下的照度

9、从3万2000到10万 lux（流明） ，比明亮办公室中的400lux 还要高出了100倍 之多，因此在从户外进入室内时，将背光强度减半或是更多，不会对显示屏的可用性与可读性 造成任何的损失。大部分的人平均花费其60的时间在办公室内，因此像这样将背光亮度减低 的方法可以使电流的流出减少大约50或者更多。在前一个例子当中背光源的功率消耗将会从 111mA 降到55.5mA。使用 ALS 时，相同的显示屏在使用1100mAh 电池时可以持续19.8小时。河南省瑞光印务股份有限公司提供河南省瑞光印务股份有限公司提供动态背光控制（动态背光控制（cABC）动态背光控制（Content Adaptive

10、Backlight Control）是一种分析显示内容，并且依据图像的灰 阶内容以及伽玛校正技术调整显示屏背光的方法。显示屏驱动器会以视频灰阶内容与伽玛校正 为准，采用不同的工作周期输出 PWM 波形到背光驱动器中。背光源会针对较暗的图像而减弱。 这可以降低背光源的功率消耗，并且加强显示屏的对比度，同时维持清晰的显示质量。这种方 法在场景会在延长的时间内由明亮变为昏暗的视频播放状态下特别有用。cABC 也可以针对静 态图像与标准的选单屏幕减少电流的流出。在移动式产品中的使用者接口能够加以特别制作，以便利用这些节省下来的电力。cABC 可以 依据图像数据而使显示屏的电力减少20至50。与 ALS

11、 结合之后，电力的节省可以超过 70。IC 生产厂商已经开始设计结合 ALS 与 Cabc 两者功能的省电 IC。图2 动态背光控制（cABC）袖珍键盘的背光源袖珍键盘的背光源除了显示屏背光源之外，ALS 也可以节省袖珍键盘（keypad）背光源的电力。大部分的袖珍键 盘都具有一层可见的丝幕（silkscreen） ，在有环境照明的情况下不需要背光源。以 LED 或是电河南省瑞光印务股份有限公司提供河南省瑞光印务股份有限公司提供致发光灯（EL）技术为基础的一般尺寸袖珍键盘背光源大约会从电池汲取30mA 的电流。如果 没有 ALS，袖珍键盘就必须随时都保持背光启动，而这将会浪费许多的能源。使用

12、ALS，背光 驱动器可以将袖珍键盘的背光关闭或是调暗，进而节省数百 mAh 的电流。具有整合式 ALS 控 制的背光驱动器会在光线改变之间提供中断通知，使处理器可以在袖珍键盘或是其它外围照明 上进行调整。对于一组能够以1100mAh 电池播放7个小时视频的设备，111mA 的显示屏背光电流消耗所代表 的是在视频模式下70的总电流耗损。将显示屏背光源电流消耗以 ALS 方式减半，可以使视频 播放时间从7小时增加到10.8小时。 表1中所示为在不同照明环境下，以 ALS 所节省的电力。 前一个例子中的显示屏以及袖珍键盘背光源，在全开的状况下总共会汲取141mA 的电流。在日 光下，袖珍键盘可以完全

13、的关闭，这将可以节省21的背光源电流。而真正能够节省电流耗损 的是在办公室以及昏暗环境下。显示屏背光源电流可以轻易的降低50， 而且不会使显示质 量出现显著的降级，而在此情况下袖珍键盘的背光源一样是可以完全关闭的。使用 ALS 方法， 两者背光源的电流消耗能够减少61。将袖珍键盘背光源在昏暗环境下以最大电流维持开启，同时将显示屏背光源降低至24 mA 后可以换得62 的电流节省。表1 在不同的照明环境下，ALS 对于背光源电流消耗的影响无 ALS日光（ALS）办公室（ALS）昏暗（ALS）显示屏 BL111 mA111 mA56 mA24 mAKP BL30 mA0 mA0 mA30 mA总电

14、流141 mA111 mA56 mA54mA总共节省0216162GPIO袖珍键盘扩充器袖珍键盘扩充器在设计厂商与电池毫安/小时之电流流出的奋战中，四处探索可以节省电力的部分变得相当的重 要。近期以来，文字短信已经增加了100倍之多。青少年以发短信给他们的朋友与恋爱对象取 代了移动电话的交谈。虽然不会像背光源的功率消耗那么显著，不过每一个按键动作就会触动 应用处理器，进而在数毫秒内消耗数百毫安的电流。一天之内就会快速的累积数千个按键动作， 进而消耗掉数十毫安/小时的电池容量。为了增加处理器的频宽以及将处理器的电流消耗最小化， 手机设计厂商利用袖珍键盘扩充器（keypad expander）来控

15、制 QWERTY 移动电话设计中的袖 珍键盘。袖珍键盘扩充器像是 ADI 的 ADP 5588等能够处理所有的按键动作，节省处理器的频 宽与电流消耗。按键锁定能力以及照明传感器解碼等的特点也都被整合于该 IC 当中，有助于节 省额外的频宽与电流消耗。河南省瑞光印务股份有限公司提供河南省瑞光印务股份有限公司提供对于更大更高分辨率彩色显示屏的需求，在未来的数年内将会持续的增长。具备了 cABC、ALS 以及其它电流节省技术的设备，让消费者能够以精致的显示质量观赏视频、浏览 网页、与传送文字短信，并且将背光源的功率消耗维持在控制范围内。持续的找出减少背光源 功率消耗的方法将会形成一项挑战，但是已经有新方法能够因应显示屏与处理器的高功率消耗。 使用 ALS、cABC、GPIO/袖珍键盘扩充器、以及其它创新的降低功率消耗技术，将可以使生产 厂商制作出现今消费者所渴求之具有丰富媒体的设备，而且不会牺牲多媒体的诸多特点或是延 长的电池使用时间。