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半导体芯片原理范文1
关键词：半导体制冷；PWM调制；散热控制
中图分类号：TP368.1 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 06-0000-02
Application of Semiconductor Refrigeration Technology in LED Heat Dissipation Fang Wei
(School of Electric Power,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)
Abstract:This paper introduced the semiconductor refrigeration technology to LED cooling research,the MCU AT89C51 as the control center,the use of PWM modulation technology of semiconductor cooling piece of the input voltage and input current control,thus achieving a cooling power control of the MCU,through the experimental results demonstrate the feasibility of the method.
Keywords:Semiconductor refrigeration;PWM modulation;Thermal control
随着LED技术日新月异的发展，LED已经走进普通照明的市场。然而，LED照明系统的发展在很大程度上受到散热问题的影响。对于大功率LED而言，散热问题已经成为制约其发展的一个瓶颈问题。半导体制冷与其他的制冷系统相比，没有机械转动部分、无需制冷剂、无污染可靠性高、寿命长而且易于控制，体积和功率都可以做的很小，随着半导体材料技术的进步，以及高热电转换材料的发现，利用半导体制冷技术来解决LED照明系统的散热问题，将具有很现实的意义。
一、半导体制冷原理
半导体制冷又称电子制冷，或者温差电制冷，是从50年展起来的一门介于制冷技术和半导体技术边缘的学科，与压缩式制冷和吸收式制冷并称为世界三大制冷方式。半导体制冷器的基本器件是热电偶对，即把一只N型半导体和一只P型半导体连接成热电偶，通上直流电后，在接口处就会产生温差和热量的转移。在电路上串联起若干对半导体热电偶对，而传热方面是并联的，这样就构成了一个常见的制冷热电堆。借助于热交换器等各种传热手段，实现热量的快速传导，这就是半导体制冷的原理。
二、系统总体设计方案
本文所设计的LED散热控制系统由温度[2]设定模块、显示模块、温度采集模块、电平转换模块及功率调整模块组成，系统总体框图如图1所示。该系统以微处理器为控制核心。温度采集模块采集被控对象的实时温度；温度设定模块设定制冷启动温度和强制冷温度。利用汇编语言对微处理器编程可实现，当采集的实时温度小于制冷启动温度时，输占空比为0的PWM调制波[1]，制冷模块处于闲置状态（PWM波占空比为0）；当采集的实时温度大于制冷启动温度但小于强制冷温度时，输出占空比为50%的PWM调制波，功率调整模块启动小功率的制冷方式；当采集的实时温度大于强制冷温度时，输出占空比为55.6%的PWM调制波，制冷模块启动大功率的制冷方式。
三、硬件电路设计及其元件选择
本方案采用低价位、高性能的AT89C51作为主控芯片，实现整个系统的逻辑控制功能；采用单线通信的高精度温度传感器DS18B20，实现对被控对象LED芯片实时温度的采集；同时设计了4*3输入键盘，制冷启动温度和强制冷温度由键盘输入；设计了电平转换电路，实现了+5V电压到+15V电压的变换；设计了功率调整电路，实现对半导体制冷片TEC的工作电压和电流的控制，进而实现对半导体制冷片TEC散热功率的控制，以达到对LED芯片及时散热的效果。
（一）主控芯片AT89C51
该系统的主控芯片选用的是单片机AT89C51。单片机AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能的处理器，为嵌入式控制系统提供了一种灵活性高的廉价方案。单片机AT89C51主要功能：接收键盘的温度设定输入；接收温度传感器的实时温度输入；产生占空比为0、占空比为50%及占空比为55.6%三个等级的PWM调制波。
（二）键盘电路
该系统采用4*3键盘[4]，包含0-9共10个数字键、一个“温度上限”键和一个“温度下限”键。
键盘电路的功能是输入设定的启动散热温度值和启动强散热温度值。
（三）温度采集电路
该系统采用美国DALLAS公司的生产的数字温度传感器DS18B20。DS18B20用一根信号线（1-Wire）与单片机通信的温度测量芯片。温度采集电路的功能是采集LED芯片的温度，并将温度转化为数字量输入到单片机AT89C51中。
（四）电平转换电路
电平转换电路的核心器件是光电耦合器，因为光电耦合器不但能完成电平转换，而且还有效地把控制电路与开关电路隔离，有利于保护前面的单片机芯片，提高了系统的可靠性。当输入为高电平时，三极管T1处于导通状态，光电耦合器的发光二极管不导通，三极管T2和T3截止，输出端的电压为+15V；当输入为低电平时，三极管T1处于截止状态，光电耦合器的发光二极管发光，三极管T2和T3通状态，输出端的电压为零。输入端输入的方波时，输出端也是方波，二者的频率近似相同，二者的区别的是幅度不同。输出端输出方波的幅度由外部供电源决定。
（五）功率调整电路
功率调整电路是一个Cuk电路[3]，根据CUK电路的输出电压和供电电源电压的关系，可得出PWM波占空比和半导体制冷片TEC输入电压的关系：
（式1）
其中D为PWM波的占空比， 为半导体制冷片TEC的工作电压，E为供电电源的电压（在此电路中E=12V）。由上式可知，控制PWM波的占空比就可以控制半导体制冷片TEC的工作电压和电流。
（六）仿真结果
当AT89C51输出的PWM波占空比为50%时，半导体制冷片的工作电压和工作电流如图4和图5所示，此时的半导体制冷片的工作功率约为48W。
四、结束语
随着电力技术不断的发展，大功率LED日益普及，然而大功率LED照明系统的散热问题严重制约了其进一步发展，因此大功率LED照明系统的散热问题也受到越来越多的重视。各个学科的研究人员也都投入到其中的研究当中，诸如寻找导热性能更好的材料和提高其电光转换效率等。针对这种情况，本文选择一些成本低廉相对高性能的元器件，对LED芯片工作温度不同的情况，进行不同的功率制冷，在一定程度上节约电力资源。此方案与传统的散热方案相比较，具有可控性好和制冷效果良好等优点，对于解决大功率LED照明系统散热问题具有很现实的意义。
参考文献：
[1]王晓华,朱思先.基于单片机PWM控制技术的实现[J].武汉理工大学学报,2010,32(1):94-98
[2]刘学文,过振,王石语,蔡德芳,文建国.DPL温度控制电路的优化设计[J].电子科技,2009,22(4):29-30
[3]王兆安,黄俊等.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2009:106-107
[4]杨宁,胡学军等.单片机与控制技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005:208-214
[作者简介]
半导体芯片原理范文2
关键字：单片机；半导体制冷；湿度控制
1引言
在人们的工作以及生活中离不开温度，同时在很多的领域中温度作为重要的研究参数，温度存在于工业的炉温以及来自环境变化的温度和人体温度等，所以在众多工业生产领域中，对温度进行研究有着广泛而深远的研究意义。如果希望使得半导体制冷技术发展更为迅速，需要进一步在半导体制冷材料，在工艺方面突破创新。在不久的将来，机械设计的行业中，将计算机辅助工具运用到专家系统中，这是未来的发展趋势，设计机械的这个过程中，运用公式以及参数这是设计人员必须要用到的。同时编制程序的时候，也是需要用到参数的，运用计算机辅助工具对于计算机工作量的解决有着很大的用处，MATLAB软件在工程领域中有着很大的用途。本文主要是对于专家系统进行了设计开发，从而大大地降低开发人员的压力。
2半导体制冷技术存在的现状
现今关于半导体制冷技术的不足之处在于半导体制冷效率还需要进一步完善。而半导体制冷效率是和半导体所采用的制冷片材料以及半导体制冷片中热端的散热方式的不同有关系的。半导体制冷材料对导体中交换电子能量的速度大小和以及能量交换的不同有着直接的关系，这是由于当导体中接通了直流电以后，PN结上的电子就会出现迁移，此时PN结中的电子迁移的速度与交换电子能量都与半导体制冷材料有着重要的直接影响作用。因为有着低速度的热端散热速度，从而热端热量就会对制冷处中的吸收热量产生影响的作用。所以当运行半导体制冷片的时候，散热时应该采取比较好的散热方式，不然就会大大地会影响到半导体制冷片的工作效率。
3半导体制冷系统整体结构图
本文主要设计的是基于单片机的半导体制冷智能控制，系统所包括的模块具体可以包括了信号控制驱动电路、按键电路处理器以及显示电路等。系统结构图如图1所示。从图1中可以发现单片机是处理器的核心部件，来自温度传感器输出的反馈信号会通过单片机里面的模糊控制算法进一步处理，接着单片机I/O端口就会输出具有特定占空比的PWM信号，通过驱动器的处理，从而达到半导体制冷器驱动制冷的目的。此时，单片机的电路中，给定值以及反馈值的显示是通过8位数码管实现的，所需要的温度值是根据按键电路实现的。
4硬件的选择
4.1单片机本文设计中选择的单片机是STC89C52RC。在很多的领域中都应用到了单片机，比如日常生活中的红绿灯，就是运用了单片机实现的。由于单片机的体积很小，但是具体很强的功能，所以在现实的工业环境中，人工已经几乎全部被单片机代替了，而且在某种场合下单片机的效果强于人工控制的。本文设计的智能控制中连通单片机指令集代码与51系列单片机代码，工作电压的范围是5.5V到3.3V之间，工作频率是从0到40MHz之间。I/O口一共有32个。存储的空间是8K，该单片机的内核是MCS-51。PWM脉宽的占空比的调整是通过单片机里面的定时器中断服务实现的。PWM方波的产生是结合定时器TO与T1实现的，PWM的频率是通过TO控制的，PWM的占空比是通过T1中断控制。4.2半导体制冷器半导体制冷片的原理用到是根据具体的半导体材料从而形成对应的P-N结，额定电流设定是4.5A，额定的工作电压是12V。将直流电通过半导体制冷片里面，这种制冷方式是渐型制冷方式中的一种。将直流电通过已经成功组装的半导体制冷片时，半导体制冷片PN结就会出现放热以及吸热的效果。4.3半导体制冷驱动电路本文设计中所用的驱动电路设计思想主要根据单片机中的I/O输出端从而对信号进行控制，最终达到驱动电路控制目的。所以驱动芯片选择的是L9110，这种L9110芯片特点是双输入。在驱动电路以及控制电路中L9110是作为电子元器件的一种常用的，电路通常一般都是在单片机里面集成，从而使得除了芯片之外的其他电路的设计元器件会大大地减少成本，而且还能将芯片的工作效率大大地提高。L9110芯片中的两个引脚在进行输入的时候，都是相互兼容的电流，而且具有很好的抗干扰性。另一方面，输出的端口一共有2个，可以将正向信号以及反向信号都输出来，电流的驱动能力比较强，通道中可以经过的电流是800mA，当电流处于峰值的时候是1.5A。L9110在汽车电机驱动方面有着广泛的应用。
5软件设计
半导体芯片原理范文3
关键词：LED大屏幕显示；USB接口；校正系数；配置系统
中图分类号：TN873 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 04-0000-01
LED大屏幕显示设备以晶体二极管为原材料，广泛应用于现代的各种大型公共场所，如游乐园、酒店、商场等。LED大屏幕显示校正系数配置系统功能的实现主要应用USB接口与FPGA（Field Programmable Gate Array），再配合具有存储芯片功能的Flash，将LED使用的校正系数存储在扫描接收卡当中[1]。
一、LED大屏幕显示校正系数配置系统硬件电路设计
（一）硬件电路系统的构成
硬件电路系统主要是由稳压电路、具有高速缓存功能的USB接口与具有可编辑元件的半导体设备的FPGA主控三个部分构成。硬件电路系统的工作流程为：计算机、USB接口、USB接口控制部分、稳压电路、Slave FIFO、FPGA主控部分、SPI、Flash。
（二）硬件电路系统的设计
硬件电路系统的设计主要分为两部分，一是USB接口控制芯片的选择，二是FPGA主控芯片的选择。USB接口控制芯片的作用主要是将USB设备与计算机端连接，实现LED数据信息的传输。LED大屏幕显示校正配置系统USB接口控制芯片主要选择美国赛普拉斯半导体公司（Cypress），具有8051兼容的CPU与指令系统的EZ-USB FX2LP系列低功耗版本单片机CY7C68013A，该芯片是目前世界上性能最好、集成度最高、耗能量最小的集成USB2.0协议的微控制器。FPGA主控芯片的作用是将USB接口控制芯片与具有存储芯片功能的Flash连接，实现USB与Flash之间的数据信息的传输与控制。LED大屏幕显示校正配置系统FPGA主控芯片主要选择全球领先的可编程逻辑完整解决方案供应商赛灵思（Xilinx）企业，具有较高安全功能的Spartan3AN平台一系列FPGA芯片产品中的性能最好的XC3S50AN作为FPGA主控芯片，该芯片具有安全系数高、耗能量低等优势[2]。
（三）硬件电路系统数据传输接口的设计
硬件电路系统数据传输接口的设计主要分为FPGA接口与串行的存储芯片Flash的接口设计和USB控制芯片与FPGA接口设计两部分。在FPGA接口与串行的存储芯片Flash的接口设计中，串行的存储芯片Flash通常采用具有兼容性质的SPI接口，确保数据信息传输的高效性与准确性。
在USB控制芯片与FPGA接口设计中，由于USB接口控制部分与FPGA主控部分是由Slave FIFO接口连接的，实现对USB控制芯片与FPGA主控芯片内部数据信息的写入与读出功能，因此，USB控制芯片与FPGA接口设计要采用具有Slave FIFO接口性能的设备[3]。
二、LED大屏幕显示校正系数配置系统软件程序设计
LED大屏幕显示校正系数配置系统的软件程序设计主要分为三个部分，即计算机端用户程序设计、USB固件程序设计以及FPGA控制程序设计。
（一）计算机端用户程序设计
在计算机端用户程序设计中，主要采用了美国赛普拉斯半导体公司关于USB芯片控制程序，在VS（Microsoft Visual Studio）完整开发工具集的环境下实现计算机端用户程序。计算机端用户程序主要分为三个部分，一是检测配置系统，其功能是对计算机与USB接口进行测试；二是对LED大屏幕显示校正系数控制，其功能是对LED大屏幕显示校正系数进行准确、有效的写入与读出；三是数据信息的显示功能，通过将LED大屏幕显示校正系数写入与读出具有存储芯片功能的Flash上，然后在计算机中显示出来[4]。
（二）USB固件程序设计
USB固件程序是LED大屏幕显示校正系数配置系统运行的核心部分。USB固件程序设计主要涉及以下内容：一是USB控制芯片的初始化状态；二是USB固件程序开始枚举设备；三是USB固件程序重新枚举设备；四是USB数据信息接收设备；五是USB数据信息发送设备；六是USB与计算机端连接设备。
（三）FPGA控制程序设计
FPGA控制程序设计主要实现以下功能：一是将存储芯片Flash上的LED校正系数数据信息读出来；二是将存储芯片Flash上的数据信息进行清除，可以将存储芯片Flash上所有数据信息采用整体清除方式，也可以采用部分清除方式；三是将校正后的LED系数数据信息写入到已清除的存储芯片Flash上[5]。
三、结束语
LED大屏幕显示校正系数配置系统主要采用USB接口设备与FPGA半导体设备。通过对LED大屏幕显示校正系数配置系统深入分析，有利于该系统能够准确、有效的写入与读出LED大屏幕显示校正系数数据信息，同时，对LED大屏幕显示校正系数配置系统的维修起到积极的作用。
参考文献：
[1]宋超，王瑞光，冯英翘.LED大屏幕显示校正系数配置系统[J].液晶与显示（下旬刊），2013（02）：131-122.
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[4]黄晓燕，王瑞光，李涨青.基于FPGA的LED异步显示模块设计[J].内蒙古大学学报（自然科学版），2012（06）：144-145.
半导体芯片原理范文4
无论是处理器、图形处理芯片，还是存储模块来说，半导体行业都在尽力提高微芯片的速度。但高速发展的步伐可能会遇到巨大的障碍。问题来自于更快的时钟速率导致的发热，因为现代半导体架构只有几层原子厚。量子效应导致层之间的电流泄露变得越来越严重，芯片能耗和热损失也在急剧增加。在过去三年中，CPU的平均功耗几乎增加了一倍。在极端的情况下，超过100w的能量被浪费在产生热量上了，而且这个数字还在增加。
如何有效地为处理器降温对于PC及配件生产厂家来说成了一个越来越难以解决的问题。许多厂家采取应对措施，发展的步伐并没有停止，10GHz的处理器也将在2007年初现曙光。
Gordon Moore在Intel成立之初是技术总监，他在1965年提出半导体芯片的复杂程度将在每18个月增加一倍，而计算能力也将同比增长，这就是一一著名的摩尔定律。
在其后的将近40年中，行业的发展都基本符合了这一定律，看起来似乎它还将在未来十年中继续有效。
目前处理器技术的基础是CMOS(互补金属氧化物半导体，ComplementaryMetaI Oxide Semiconductor)晶体管。一个晶体管有三个基本部分构成：源极、栅极和漏极。如果在栅极加载一个电压，源极到漏极之间就形成了一个电流的通路。电流流经的路线叫沟槽。如果在栅极上没有电压，那么晶体管就把这个通路阻断，也就是处于关闭的状态。通过利用这种功能，多个晶体管一起可以组成各种电路。六个晶体管就足够在存储芯片中形成一个存储单元了。但是现代处理器或者图形芯片复杂的功能性经常需要超过10，000个晶体管共同构成一个存储单元。总的来说，在处理器中晶体管的数目相当巨大：在最新的AMDAthlon 64中有1亿600万个，而在Intel的Pentium 4中有1亿2500万个，所有这些晶体管都分布在指甲盖大小的面积上。图形芯片甚至更为复杂：Nvidia的Geforce FX 6800就有2亿2200万个晶体管。
随着时间的推移人们需要以更小的半导体架构来集成大量的晶体管，而且要达到更高的频率。
目前在PC领域中所使用的最多还是是0.13微米(一微米是一米的百万分之一，有时可以看到它的旧称“micron”)的晶体管。从2004年初开始，Intel在它的Prescott Pentium 4 CPU中使用90纳米(0.09微米)制造工艺，最近AMD也开始使用这一工艺标准。
目前半导体制造商们已经开始研究65纳米的技术，并且已经计划在2007年能够采用45纳米的技术。在2011年，技术进步将达到22纳米的水平。这些结构是通过影印术(photographic)、气相沉积(vapour depositlon)，蚀刻术和切割等一系列工序加工而成的。在处理器被加工完成之前，需要完成几百个独立的步骤和非常耗时的程序。
如果在生产过程中出现了电力供应中断(就如同1999年台湾地震后的情况)，那么几个星期的努力就将付诸东流。
分层结构
半导体制造业的基础是建立在小小的、非常精巧的、纯硅的薄片之上的晶元(wafer)。晶元是在严格真空的条件下，由不同的材料层严格支撑的。 光学刻蚀(photo―lithography)术是通过交替在光源中暴露和蚀刻，然后在晶元上刻出相应的沟槽。晶元的每层上都有光致抗蚀次(photosensitiveresist)，在曝光过程中，被照射到的部分下面的材料会被蚀刻。通过使用越来越强的光源，就有可能制造出越来越微小的电路。光学刻蚀的大小直接取决于所采用的光波的波长，通过使用更高的光照能源，这个数值也会随之减小
更低的成本
生产芯片时所采用晶元的大小对于生产成本影响巨大。目前大部分的生产厂商都正在从200mm转向使用300mm的晶元，因为这样的话，每个晶元上所能生产的芯片数目几乎增加了一倍。
单一晶元上所能生产的芯片数目的增加是由于随着半径的扩大而扩大，300mm的晶元意味着在边角部分切割出矩形芯片所浪费的面积会更少。使用更大的晶元还能够将生产每个芯片平均耗费的水、电降低最多40％。
新技术
目前产品化的热点是绝缘体上覆硅晶(Silicon on lnsulator，SOI)、称之为高K(high-k dielectrics)的材料和应变硅(strained silicon)技术。
目前处理器制造商必须解决的另一个问题是由于源极一漏极之间的沟道和栅极之间越来越薄的阻断层(barrierlayer)造成的。AMD正在使用SOl技术来解决源极和漏极之间电流泄露的问题。通过在源极和漏极结果中使用一个附加的绝缘氧化层，可以极大地减少了由于电流泄露造成的干扰。
在目前的90纳米的晶体管制造工艺中，1.2纳米厚二氧化硅层只有相当于几层原子的厚度，很快就会失去绝缘性能。如果有微弱的电流穿透它，就会增加功耗。这就导致了在栅极中高K绝缘体的应用，也就是说使这些层具有更高的电容率。这提高了晶体管的性能和转换速度，同时使得3纳米的、更厚的阻断层成为可能。电流泄露现象可以被减少。InteI计划在2007年的45纳米制造工艺中使用高K绝缘体。
应变硅(Strained silicon)技术可以减少晶体管的反应时间。只要将一张带有张力的硅锗薄膜被放在沟道区域，就可以改变了半导体结构的网格结构。这导致了更大的原子通过空间，使电流中的电子的迁移率提高30％。
应变硅技术的原理是硅锗层(SiGe)的网格大小大干纯硅的网格，因此在拉伸方向的电子迁移率就会提高，这样减少了衬底层的寄生三极管所获得的电压。2004年年底AMD就在它的90纳米的Athlon 64 OPUs中已经采用了SOI和应变硅两项技术。
晶体管向立体发展
在将来，AMD和Intel都计划采用立体结构来进行晶体管设计：不同于传统晶体管，它采用的是立体结构，电流从源极到漏极之间进行立体的流动。更大的接触面积提高了电流的传导率，并且有效减少了电流泄露。
半导体芯片原理范文5
关键词：驱动电路；脉宽控制恒流源电路；温度检测及补偿电路；单片机处理
DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.8.006
*基金项目：中国气象局科研专项经费项目2010－2011年公益性行业（气象）EYHY201006045
道路状况传感器根据水、冰、雪的不同红外光谱特性，通过对干燥路面反射的光谱信息和有覆盖物的情况下得到的光谱信息的对比，实时检测路面的干、潮及湿状态，测量水、冰、雪的覆盖类型和覆盖厚度。传感器使用单色性好、体积小、工作电压低的激光二极管提供阵列式多光谱，根据光电管的性能，要使光谱稳定，光功率必须稳定，功率的稳定性直接关系到仪器的测量精度和范围，是影响仪器性能好坏的关键因素。系统利用专用驱动芯片和温度自动补偿技术实现功率的稳定，同时利用激光二极管功率的PWM恒流电路实现功率的连续可调。用集成激光管驱动芯片iC-WKN，使用少量器件利用激光二极管光反馈电流调整供电功率，提高激光管输出功率的稳定性；脉宽控制恒流源电路利用PWM脉宽调制信号控制参考电流实现光功率的连续可调；温度检测及补偿电路自动调整激光管工作温度，使其工作在一定范围的温度内，减小环境温度变化对激光管输出功率的影响；滤波电路主要由稳压电源和滤波网络组成，能使激光管电源输出稳定的电流并具有很小的纹波系数。
驱动电路设计
激光器控制片iC—WKN是德国iC—Haus公司的产品。它集成了一部分半导体激光器的保护电路，可以对激光器进行更有效的保护。芯片具有2个监控引脚，可以通过改变外部电阻调节激光器的输出功率，还可利用外部可调节电流源对激光器的输出功率进行连续调制。该芯片可取代常见的半导体激光器驱动电源中复杂的模拟电路部分，在对半导体激光器进行驱动的同时方便地控制其输出功率。根据光电管的工作原理，在反向电压不变的情况下，激光管监视电流的大小与光的强度成正比，当功率稳定时，激光管监视电流是不变的，控制IMDK即可控制激光管功率，公式如式1：
定的加热功率。
半导体芯片原理范文6
【关键词】 led显示屏 灰度控制 灰度进程
灰度进程管理的模型实现，利用视觉刷新率的倍增技术提升led显示屏视觉的刷新率。灰度进程管理理念的建立，可以为led显示屏的灰度控制技术提供一定基础。
一、LED 显示屏概述
Led显示屏的核心就是半导体晶片，而晶片要安装在一个支架上，一端为负极，而另一端要连接在电源的正极上，从而使晶片的整体被环氧树脂所封装。晶片主要由两个部分构成，其中一部分为空穴占主体作用的P型半导体，另一部分为电子占主体作用的N型半导体[1]。如果两种半导体连接一起时，彼此之间就能够组成一个P-N结构。如果电流通过导线作用在晶片的两端，这时电子就要被推向P区，而在P区中的电子会与空穴复合，从而就以光子的形态释放能量，上述就是led显示屏发光的原理。Led显示屏的灰度等级可以由led灯呈现的亮度等级反映出来，led灯的亮度与导通时间存在线性关系，因此仅仅需要把图像的数字信号变化成与时间相对应的电信号，然后把电信号转变成光信号，从而完成数字信号转变为光信号的过程。恒流驱动芯片的主要工作原理是由显示控制核心发射的串行数字信号SDI在移存过程时钟的驱动下，完成逐级移存，如果移存到需求的长度时，锁存的信号led实现移存相关数据的捕获，同时在消隐信号的有效控制下转变为恒流的电脉冲信号，此电脉冲主要作用在led上，使led发光，这时电脉冲信号就转变为光信号。
二、灰度调制技术基础研究
1、灰度调制模型。研究led显示屏的灰度调制，必须制定灰度调制模型。现阶段，主流led显示屏应用的是PWM驱动形式，在此基础上建立通用的led显示屏的灰度调制模型。此模型选择一路串行的数据当作基准，并以串行数据的控制相关驱动芯片当作依托，完成现宽Nw和高Nhled显示屏的控制[2]。每一个驱动芯片的通道数是Nch，而驱动芯片有关数据信号具备串行输入的数据SDI和串行输出的数据SDO，SDI和SDO能够级联。另外控制信号具备扫描时钟fclk和锁存LE、消隐OE，各个驱动芯片都可以共同享用上述三个控制信号。2、灰度调制模型的数学表达。灰度调制模型要想表述必须确定各个参数间的关系、各个控制信号的具体时序等方面。在芯片运用角度来讲，灰度调制的参数主要包含串行数据和移存长度及扫描时钟等；而在工程运用角度来讲，客户较关心的是led显示屏的现实效果和刷新率及灰度等级；在控制系统角度来讲，设计人员更为注的是硬件资源的具体消耗，相对优越的控制效果，即高性价比。
三、灰度进程管理的研究
1、创建灰度进程管理模型。灰度进程的管理模型主要包含数据录入、缓存1、图像处理、灰度进程控制、比较器、扫描输出等。视频数据一定要先缓存1，而缓存1一般是由外部的存储器组成，例如SDRAM和DDR内存[3]。缓存1的输出数据通过图像处理过后，输到比较器中输入端，而比较器的另外一端是由权值电路进行控制，权值电路要由灰度进程控制的有关模块控制。一个比较器会输出1bit，多个1bit数据会依照规律存入缓存2。另外红绿蓝要独立存入到各自的缓存，可以定义成缓存2-1和缓存2-2级缓存2-3。最后，利用扫描模块显示出缓存2中的有关数据，同时完成进程调制模块的有关控制显示。
2、权值电路。单一权值电路每一次存储1bit的权值数据，此权值数据根据其权值能够被读出1次或是r次，进而组成一个非均匀的双体操作类型的权值电路。此电路可以在一样图像存储器的读取速度下，提升led显示屏的刷新频率，并存储在图像存储器中。另外，单一的权值电路形成的数据，经过比较器的比较，可以获得单一权值的时间片1bit的亮度数据。比较器形成的单一权值1bit的亮度数据要存在单一的权值存储器中，选取电路对重复权1bit的亮度数据进行重复读数，然后对单一权值1bit的亮度数据完成输出1次，利用交替执行方式。选取电路输出1bit的亮度数据传送到扫描的输出电路，一直到图像扫描的完成[4]。控制电路用在协调各个部分工作时序与图像存储器的运行状态，这样在读取一次图像的存储器，就能够扫描输出r+1次的权值时间片，在一定程度上节约了存储空间。