平板電腦和智能手機背光燈的精確管理不僅能夠降低功耗，還能使用戶在任何環境光條件下都能舒適地觀看顯示屏內容。背光燈控制應用系統由三部分組成：光傳感器、背光燈驅動器以及亮度算法。

　　如今移動設備中的背光燈對環境光的反應常常是由應用處理器控制的。應用處理器必須持續不斷地輸出脈寬調制(PWM)信號給LED驅動器，這樣的結構會造成處理器的額外的負擔。

　　現有的環境光反應系統常常比較粗糙，導致視覺效果不佳，如背光燈亮度從一個亮度轉到另一個亮度時會發生閃屏，用戶不得不停止背光燈自動調整功能，并恢復到手動設定。這將耗費更多功率，降低電池壽命，同時用戶也享受不到一個有效的背光管理系統帶給用戶的使用舒適度。

　　本文介紹了一項控制移動設備背光燈的新技術，使背光燈在環境光的任何變化下都能自然轉換，維持穩定的亮度。同樣重要的是，這項技術能夠減輕應用處理器產生脈寬調制信號(PWM)時的負擔。移動設備顯示屏背光燈的運作在智能手機和平板電腦中，應用處理器負責解讀環境光傳感器(ALS)產生的信號，同時通過調節照明管理單元(LED驅動芯片)中LED燈的驅動電流來調節背光的亮度(如圖1)。這個IC也可控制其他LED(如RGB事件指示LED與鍵盤背光燈)。

圖1移動設備顯示屏管理系統的結構。

　　ALS位于設備前端的顯示器附近，它的照度算法能自動補償光圈和屏幕玻璃對光吸收引起的測量偏差。(一勒克斯表示測量區內的光照強度)當一個光傳感器被安裝在有衰減的玻璃或深色玻璃后面時，它需要高增益與低噪音才能正確地反映當前照度。顯示器LED 5寸顯示屏一般需要包含12個LED燈的背光燈系統。該系統中在電流峰值為20mA時每個LED順向電壓可高達3.2V。很明顯，如果采用有效的環境光響應算法，該系統在非明亮的陽光或同等光線強度下能通過調節背光燈亮度來節省功耗。

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　　現狀評估

　　現有的顯示屏背光燈控制無法提供愉快舒適的用戶體驗，甚至令情況更糟。舉例來說，如果背光燈亮度等級設定太密集，即使環境光產生微不足道的變化，顯示屏亮度也會隨之變化，這就導致了視線混亂。如果環境的亮度發生突然的或是大幅度的改變，也會讓情況更糟糕。

　　從網絡或其他來源的用戶反饋顯示，自動背光亮度調節會給他們造成困擾，部分用戶因此停用該功能。背光燈電路設計的目的是在節能的同時令用戶察覺不到屏幕亮度的改變，從而舒適地瀏覽屏幕內容。

　　背光燈亮度管理新技術

　　最新的測試顯示了一部成功的智能手機是如何發生這一問題的：當顯示屏開啟時，背光燈的亮度是適應于環境光的。手機能根據環境光的改變一次性地改變背光燈電流;也就是說，無論環境光改變幅度多大，屏幕背光燈的亮度會因此固定在第二次的亮度。這一方法能避免背光燈因感測到環境光變化而頻繁變動，如手在屏幕前晃動等。但這一方法有一個很明顯的缺陷：系統在第一次改變背光燈的亮度后無法優化背光燈性能和能源效率。

　　現在，奧地利微電子開發出了新的顯示系統，屏幕背光燈能夠更有效地適應環境光變化，沒有閃爍或其他干擾視覺的現象。通過整合一系列不同的控制方法就能達到這一目的。奧地利微電子系統采用“柱狀圖”的概念(concept of‘buckets’)：背光的輸出在一定的光強范圍內保持恒定，通過引入遲滯來防止閃爍，同時讓背光的亮度從當前亮度平滑地過渡到另外一個亮度。

　　盡管這個方法比現有的其他移動設備使用的方法都要復雜，但也更有效，實際上它減少了應用處理器的負擔。系統的操作流程可參照圖2。低通濾波器的目的是減慢系統對ALS的測量值作出反應。如果沒有這個濾波器，背光燈會對環境光的任何細小變化作出改變。如果使用者在光線充足的房間內在ALS傳感器前反復揮手，屏幕會同時以同樣的頻率閃爍，導致不良的視覺效果。

圖2線路功能流程圖，顯示不同功率等級間的平滑切換。

　　低通濾波器要求在環境亮度發生變化并維持一段時間后才將新的照度值傳給下一步算法。目前市面上許多Android手機的維持時間設定在五秒。低通濾波器可以是一個計數器或IIR濾波器，輸入是ALS輸出的照度值，輸出是平滑后的照度值，后續的算法使用平滑后的照度值(如圖3)。

圖3系統原型的實測顯示，四個區間的系統實現了效率和用戶體驗的最佳平衡。區間1為暗室;區間2為昏暗的房間;區間3為標準辦公環境;區間4為全亮。

　　如果平滑后的照度值在兩個柱狀的臨界值之間跳動(一個柱狀的最低值與相鄰柱狀的最高值)，背光燈輸出就會跟著擺動，這也會引起視覺錯亂。使用平滑濾波器和邊緣遲滯的組合能夠避免類似的波動。

　　環境光等級的數目是設計中的一個決定性因素。如果環境光區間設定太過密集，背光燈亮度的變化就過于頻繁;區間設定太稀疏，裝置就不能有效節能。奧地利微電子在經過實測后得出結論，四個區間界定對于手機而言是最理想的。

　　該系統的最后一個要素是如何驅動LED背光燈從當前亮度過渡到下一個亮度。一般情況下，驅動電流的變化會在SmA到lOmA之間。但是如果變化太突然，比如在1毫秒內LED的驅動電流變化SmA，會擾亂使用者的視覺。

　　將驅動電流的變化時間延長至大約1秒，使用者就幾乎無法察覺變化。更長的轉換時間可能導致因LED背光驅動電流的有限位數所造成的量化誤差，讓使用者看到階梯式的變化，而不是平滑的轉換。

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　　實際的技術應用

　　奧地利微電子開發了涵蓋上述技術的演示裝置——一個置于深色玻璃背后的TSL2772光傳感器，具備智能手機所需的高增益與高精確度。TSL2772輸出照度值由應用處理器來處理，其中包含了由奧地利微電子開發的遲滯算法。

　　處理器發出的控制信號會被傳送到AS3677。AS3677整合了一個背光燈直流一直流轉換器和三個高壓電流阱，用于智能手機的光照管理，特點是集成了一個平滑濾波器。平滑濾波器使芯片只需設定一個新的電流值，而無需處理器的實時參與就可以實現背光輸出的平滑過渡。

　　AS3677光照管理單元提供適合智能手機應用的LED驅動。開發者可以測試背光燈在TSL2772暴露在不同環境光下的各種反應。