MAX6951：高性能LED显示驱动芯片的深度解析

MAX6950/MAX6951：高性能LED显示驱动芯片的深度解析

在电子设备的显示领域，LED显示屏凭借其高亮度、低功耗、长寿命等优点得到了广泛应用。而要实现LED显示屏的精确控制和高效驱动，一款优秀的显示驱动芯片至关重要。今天，我们就来深入探讨Maxim公司的两款明星产品——MAX6950和MAX6951。

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芯片概述

MAX6950和MAX6951是两款紧凑的共阴极显示驱动芯片，它们通过SPI™、QSPI™、MICROWIRE™兼容的串行接口，将微处理器与单个7段数字LED、条形图或离散LED连接起来。其中，MAX6950可驱动多达5个7段数字或40个离散LED，而MAX6951则能驱动多达8个7段数字或64个离散LED。这两款芯片的供电电压范围为2.7V至5.5V，非常适合各种低功耗应用。

芯片特性

高速串行接口

具备26MHz的高速SPI、QSPI、MICROWIRE兼容串行接口，能够快速传输数据，确保显示的实时性和流畅性。

宽电压范围

可在2.7V至5.5V的电压下稳定工作，适应不同的电源环境。

灵活的显示控制

• 支持十六进制解码/无解码数字选择，用户可以根据需要选择是否对数字进行解码，实现各种显示效果。
• 具备数字亮度控制功能，可通过内部脉冲宽度调制器对显示亮度进行16级调节。
• 支持段闪烁控制，且闪烁可以在多个驱动器之间同步，为显示增添动态效果。

  低功耗设计

• 具有低功耗关断模式，关断电流仅为75µA，同时数据可以保留，有效节省能源。
• 段驱动器采用压摆率限制技术，可降低电磁干扰（EMI）。

  其他特性

• 上电时显示空白，避免不必要的显示。
• 可驱动共阴极LED数字，适用于大多数LED显示屏。
• 多路复用时钟可与外部时钟同步，确保显示的稳定性。

芯片应用

MAX6950和MAX6951的应用范围非常广泛，涵盖了多个领域：

• 消费电子：如机顶盒、面板仪表等，为用户提供清晰的数字显示。
• 家电产品：如白色家电，可用于显示各种工作状态和参数。
• 工业控制：在工业控制器和仪器仪表中，实现对各种数据的实时显示。
• 音频设备：专业音频设备中，用于显示音量、频率等信息。
• 医疗设备：在医疗设备中，为医护人员提供准确的参数显示。

芯片参数

绝对最大额定值

参数	数值
V+电压	-0.3V至6V
其他引脚电压	-0.3V至(V+ + 0.3V)
DIG1 - DIG8灌电流	440mA
SEG1 - SEG9源电流	55mA
连续功耗(TA = +70°C)	667mW（16引脚QSOP，+70°C以上每升高1°C降额8.34mW）

电气特性

参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
工作电源电压	V+	-	2.7	-	-	V
关断电源电流	ISHDN	关断模式，所有数字输入在V+或GND，TA = +25°C	62	-	160	µA
工作电源电流	I+	所有段开启，所有数字扫描，强度设置为满，内部振荡器，无显示负载连接	-	10	15	mA
主时钟频率(OSC内部振荡器)	fosc	OSC = RC振荡器	1	-	8	MHz
主时钟频率(OSC外部时钟)	fosc	OSC外部驱动	1	-	8	MHz
显示扫描速率(OSC外部时钟)	fSCAN	8个数字扫描，OSC外部驱动	155	-	1250	Hz
显示扫描速率(OSC内部振荡器)	fSCAN	8个数字扫描，OSC = RC振荡器	155	-	1250	Hz

引脚说明

引脚名称	功能
DIN	串行数据输入，在CLK上升沿将数据加载到内部16位移位寄存器
CLK	串行时钟输入，CLK上升沿将数据移入内部移位寄存器，下降沿将数据从DOUT输出，仅当CS为低电平时有效
DIGX, SEGX	数字X输出，作为数字驱动器时从显示共阴极吸收电流；段X驱动器向显示提供电流，关闭时为高阻抗
ISET	电流设置，通过电阻(RSET)连接到GND设置峰值电流，与电容CSET一起设置多路复用时钟频率
GND	接地
OSC	多路复用器时钟输入，使用内部RC振荡器时，电容(CSET)连接到GND；使用外部时钟时，由1MHz至8MHz时钟驱动
CS	芯片选择输入，CS为低电平时将串行数据加载到移位寄存器，CS上升沿锁存最后16位串行数据
V+	正电源电压，通过0.1µF电容旁路到GND
PAD	暴露焊盘，连接到GND

串行寻址模式

MAX6950和MAX6951采用SPI兼容的3线串行接口，通过三个输入引脚（CLK、CS、DIN）与微处理器通信。串行接口数据字长度为16位，其中D15 - D8包含命令地址，D7 - D0包含数据。数据传输顺序为D15首先传输，D0最后传输。具体的写入序列如下：

1. 将CLK拉低。
2. 将CS拉低，使能内部16位移位寄存器。
3. 按照顺序将16位数据（D15 - D0）时钟输入到DIN，注意设置和保持时间。
4. 将CS拉高，锁存数据。

寄存器配置

无操作寄存器（No-Op）

当MAX6950或MAX6951作为级联SPI设备链中的最后一个设备时使用，确保在向其他级联设备写入特定命令时，该芯片接收无操作命令。

显示测试寄存器（Display-Test）

用于在正常模式和显示测试模式之间切换。显示测试模式下，所有LED点亮，覆盖但不改变所有控制和数字寄存器（包括关断寄存器）。

扫描限制寄存器（Scan-Limit）

设置显示的数字数量，范围为1至8个。可以将MAX6950设置为扫描6、7或8个数字，但实际只有前5个数字会显示。

强度寄存器（Intensity）

通过内部脉冲宽度调制器对显示亮度进行数字控制，可将平均段电流从峰值电流的1/16到15/16进行16级调节。

解码模式寄存器（Decode Mode）

为每个数字设置十六进制解码（0 - 9，A - F）或无解码操作，每个位对应一个数字，逻辑高选择十六进制解码，逻辑低绕过解码器。

数字寄存器（Display Digit）

由两个8字节的双端口SRAM平面（P0和P1）实现，用于存储用户希望在LED数字上显示的数据。

显示闪烁模式

芯片支持显示闪烁功能，通过在P0和P1平面之间交替显示数字寄存器数据实现。闪烁速度由多路复用时钟频率和配置寄存器中的闪烁速率选择位B决定。多个MAX6950/MAX6951驱动器的OSC输入可以连接到外部时钟，实现闪烁的同步。

外部组件选择

RSET和CSET

RC振荡器使用外部电阻RSET和外部电容CSET设置振荡器频率fOSC，范围为1MHz至8MHz。RSET还设置峰值段电流，推荐值为56kΩ，CSET推荐值为27pF，此时振荡器频率为4MHz，闪烁频率分别为0.5Hz和1Hz。

LED最大反向电压

由于芯片的显示连接方案会使LED段在多路复用时间的一部分处于反向偏置，因此选择的LED必须能够承受等于芯片最大电源电压的反向偏置。

应用注意事项

选择电源电压以最小化功耗

在满足LED正向电压降和驱动输出级0.6V裕量的前提下，应尽量选择较低的电源电压，以降低驱动芯片的功耗。如果电源电压过高，可以在电源中插入串联电阻来降低芯片的供电电压。

低电压操作

芯片在2.7V至5.5V的电源范围内工作，最低有效电源电压由LED在峰值电流ISEG下的正向电压降加上驱动输出级所需的0.6V裕量决定。当电源电压低于此值时，驱动输出级可能会出现欠压现象，无法正确调节电流。

计算功耗

芯片的功耗上限由以下公式计算： [PD=(V+×I+)+(V+-VLED)(DUTY×ISEG×N)] 其中，V+为电源电压，DUTY为强度寄存器设置的占空比，N为驱动的段数，VLED为LED正向电压，ISEG为RSET设置的段电流。

电源和布局

芯片使用单个2.7V至5.5V电源供电，应使用0.1µF电容尽可能靠近引脚旁路电源。如果芯片离电路板输入大容量去耦电容较远，应添加22µF电容。在电路板布局时，RSET应靠近引脚7和8，并使用短走线直接连接到这些引脚，RSET的接地端走线应直接连接到引脚8，且不与其他接地连接共用。

总结

MAX6950和MAX6951是两款功能强大、性能优异的LED显示驱动芯片，具有高速串行接口、宽电压范围、灵活的显示控制、低功耗设计等优点，适用于各种LED显示应用。在实际设计中，我们需要根据具体需求合理选择芯片，并注意外部组件的选择、电源和布局等问题，以确保芯片的正常工作和显示效果。希望通过本文的介绍，能帮助大家更好地了解和应用这两款芯片。你在使用这两款芯片的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区留言分享。