关键字：微型OLED、负电压调节、显控
1 引言
随着移动便携式终端的快速普及，微型OLED显示器逐渐得到广泛的应用。 OLED显示屏是利用有机发光二极管制成的显示屏，其具备自发光有机电激发发光二极管，相较于LCD显示器，不需要背光源，具有对比度高、厚度薄、视角广、功耗低、反应速度快、可用于绕曲性面板、使用温度范围广、构造及制程简单等优异特性。现阶段有些OLED厂商直接将驱动电路集成到OLED背板，仅输入总电源和相应格式视频数据即可，驱动电路设计简单；有些OLED厂商为了增加用户使用OLED的灵活性，将有些关键的驱动电路和功能预留给用户开发，MICROOLED公司微型OLED显示器就给了用户很大的开发空间，其驱动控制电路的设计好坏直接影响到显示器的寿命、功耗、显示效果等性能。
2 工作组成原理
此显示驱动控制电路以MCU作为控制核心。系统上电后，电源电路将5V外接电压转换为电路各个部分所需电压；负载开关电路将2.5V延迟后供电给OLED的IO电压，以满足OLED各个电压上电顺序的要求。MCU上电后，首先将负电压调节电路的负电压置为0V，OLED不显示图像（黑屏）；通过IIC接口读取OLED的色彩平衡参数，再用串口将参数发送给FPGA做视频色彩平衡校正；最后MCU读取OLED的基准电压和温度值，用自带温度传感器得到环境温度值，使用OLED亮度-温度-负电压特性曲线计算出相应的负电压值，并将负电压调节电路调到此值。由于FPGA视频接口的电平值不在OLED显示屏的IO所需电压的范围内，所以还需要电平转换电路来转换电压。
图1电路系统框图
图1电路系统框图驱动控制电路由以下几部分组成：FPGA视频接口电路、电平转换电路、MCU电路、负电压调节电路、负载开关电路、电源电路等部分组成，具体如图1所示。
3各部分电路组成
3.1电源电路
电源芯片LTC3521的输入范围为1.8V至5.5V，兼有一个1A升压和两个600mA降压
稳压器，转化效率可达95%，静态电流极低，可以同时提供此驱动控制电路所需的1.5V、2.5V、3.3V电压和峰值功率。在1.5V、2.5V、3.3V三个电压输出端引入RC滤波，滤除DC-DC输出高频纹波噪声。
3.2电平转换电路
因主控板FPGA输出视频信号的电压值为3.3V，而MDP02BP型OLED的IO电压输入范围为1.62V-2.75V，视频信号超出OLED的IO电压的容纳范围，所以需要做电平转换，此设计控制电路将3.3V转为2.5V。此方案选用TI公司SN74LVC16T245型芯片，此芯片为16位非反相总线电平转换器，最高转换信号频率为380Mbps，可以实现1.8V，2.5V，3.3V和5V电压节点间的通用低压双向转换，完全满足本设计要求；本设计采用A端口输入，B端口输出的方式,具体电路如图2所示。
图2电平转换电路图
3.3负载开关电路
MDP02BP型OLED共有数字IO口电压（VDDIO）、数字内核电压（VDD）、模拟电压（VDDA）等电压供电，此型OLED要求VDD和VDDA必须在VDDIO之前供电，本设计方案采用负载开关延时的方法来达到以上目的。需用ON Semiconductor公司的芯片，具有功耗低、体积小、软件启动等特点，软件置位后大约200us输出电压，完全可以满足设计要求。
3.4 MCU控制电路
MCU控制电路需要完成的主要功能：（1）读取OLED的色彩平衡参数，并发送给主控板的FPGA；（2）MCU内置温度传感器检测环境温度，并矫正温度值（3）根据环境温度值，调节负电压，进而调节OLED亮度；（4）和上位机进行通信；MCU通过程序和以上外围电路实现以上功能。
基于以上的功能要求，综合考虑驱动电路板空间和功耗要求，选用C8051F330单片机。此款单片机内置24.5M晶振，典型工作电流为6.4mA@25MHz，面积为4×4mm2，10位ADC（内置温度传感器），8KB的FLASH，还有增强型UART、SMBus口，完全满足驱动板的设计要求，具体电路设计图如图3所示。此单片机可以通过I2C接口读取OLED的色彩平衡参数，用UART口将参数传给主控板FPGA或上位机；根据实际环境温度，校正内置的温度传感器温度，校正值存入单片机Flash；用环境温度，使用亮度-负电压-环境温度特性曲线，调节OLED亮度。
图3单片机控制电路图
3.5 负电压调节电路
MDP02BP型OLED在阴极驱动电压恒定情况下，在不同的环境温度下，OLED的亮度是不同的。环境温度越高，OLED亮度越高，环境温度越低，OLED亮度越暗，如此则会影响OLED的寿命和人眼观感。为了让OLED在环境温度变化的情况下，亮度值仍然保持恒定，设计了如下图4电路所示。
图4 负电压调节电路
此电路选用LT公司的LT3582电源芯片，LT3582内置OTP，可以通过I2C接口设定输出参数，包括输出电压，加电次序，关断时放电和输出电压斜率；其转化效率高达88%，面积封装仅为3×3mm2，静态电流为微安级别。其正电压输出设定3.2V到12.775V，步进为25mV；负电压输出从-1.2V到-13.95V，步进为-50mV；完全满足MDP2BP型OLED所需的-1.4V到-3.3V的负电压范围。
4总结
设计了一个基于单片机的OLED驱动控制电路。电路由电源电路、电平转换电路、负载开关电路、MCU控制电路和负电压调节电路，充分考虑OLED驱动板的体积、功耗和电路实现的可行性。此MDP2BP型OLED驱动控制电路具有面积小、功耗低、性能稳定等优点，可以大规模应用。
参考文献
[1] 陈建军，刘凯丽，杨建兵，窦亮，王绪丰.OLED微显示器驱动控制电路研究.南京：光电子技术，2014，34（4），238-243.
论文作者:邓小毛
论文发表刊物:《科技中国》2018年2期
论文发表时间:2018/7/18
标签：电压论文; 电路论文; 电平论文; 控制电路论文; 环境温度论文; 单片机论文; 亮度论文; 《科技中国》2018年2期论文;