平板电脑和智能手机背光灯的精确管理不仅能够降低功耗，还能使用户在任何环境光条件下都能舒适地观看显示屏内容。背光灯控制应用系统由三部分组成：光传感器、背光灯驱动器以及亮度算法。

　　如今移动设备中的背光灯对环境光的反应常常是由应用处理器控制的。应用处理器必须持续不断地输出脉宽调制(PWM)信号给LED驱动器，这样的结构会造成处理器的额外的负担。

　　现有的环境光反应系统常常比较粗糙，导致视觉效果不佳，如背光灯亮度从一个亮度转到另一个亮度时会发生闪屏，用户不得不停止背光灯自动调整功能，并恢复到手动设定。这将耗费更多功率，降低电池寿命，同时用户也享受不到一个有效的背光管理系统带给用户的使用舒适度。

　　本文介绍了一项控制移动设备背光灯的新技术，使背光灯在环境光的任何变化下都能自然转换，维持稳定的亮度。同样重要的是，这项技术能够减轻应用处理器产生脉宽调制信号(PWM)时的负担。移动设备显示屏背光灯的运作在智能手机和平板电脑中，应用处理器负责解读环境光传感器(ALS)产生的信号，同时通过调节照明管理单元(LED驱动芯片)中LED灯的驱动电流来调节背光的亮度(如图1)。这个IC也可控制其他LED(如RGB事件指示LED与键盘背光灯)。

图1移动设备显示屏管理系统的结构。

　　ALS位于设备前端的显示器附近，它的照度算法能自动补偿光圈和屏幕玻璃对光吸收引起的测量偏差。(一勒克斯表示测量区内的光照强度)当一个光传感器被安装在有衰减的玻璃或深色玻璃后面时，它需要高增益与低噪音才能正确地反映当前照度。显示器LED 5寸显示屏一般需要包含12个LED灯的背光灯系统。该系统中在电流峰值为20mA时每个LED顺向电压可高达3.2V。很明显，如果采用有效的环境光响应算法，该系统在非明亮的阳光或同等光线强度下能通过调节背光灯亮度来节省功耗。

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　　现状评估

　　现有的显示屏背光灯控制无法提供愉快舒适的用户体验，甚至令情况更糟。举例来说，如果背光灯亮度等级设定太密集，即使环境光产生微不足道的变化，显示屏亮度也会随之变化，这就导致了视线混乱。如果环境的亮度发生突然的或是大幅度的改变，也会让情况更糟糕。

　　从网络或其他来源的用户反馈显示，自动背光亮度调节会给他们造成困扰，部分用户因此停用该功能。背光灯电路设计的目的是在节能的同时令用户察觉不到屏幕亮度的改变，从而舒适地浏览屏幕内容。

　　背光灯亮度管理新技术

　　最新的测试显示了一部成功的智能手机是如何发生这一问题的：当显示屏开启时，背光灯的亮度是适应于环境光的。手机能根据环境光的改变一次性地改变背光灯电流;也就是说，无论环境光改变幅度多大，屏幕背光灯的亮度会因此固定在第二次的亮度。这一方法能避免背光灯因感测到环境光变化而频繁变动，如手在屏幕前晃动等。但这一方法有一个很明显的缺陷：系统在第一次改变背光灯的亮度后无法优化背光灯性能和能源效率。

　　现在，奥地利微电子开发出了新的显示系统，屏幕背光灯能够更有效地适应环境光变化，没有闪烁或其他干扰视觉的现象。通过整合一系列不同的控制方法就能达到这一目的。奥地利微电子系统采用“柱状图”的概念(concept of‘buckets’)：背光的输出在一定的光强范围内保持恒定，通过引入迟滞来防止闪烁，同时让背光的亮度从当前亮度平滑地过渡到另外一个亮度。

　　尽管这个方法比现有的其他移动设备使用的方法都要复杂，但也更有效，实际上它减少了应用处理器的负担。系统的操作流程可参照图2。低通滤波器的目的是减慢系统对ALS的测量值作出反应。如果没有这个滤波器，背光灯会对环境光的任何细小变化作出改变。如果使用者在光线充足的房间内在ALS传感器前反复挥手，屏幕会同时以同样的频率闪烁，导致不良的视觉效果。

图2线路功能流程图，显示不同功率等级间的平滑切换。

　　低通滤波器要求在环境亮度发生变化并维持一段时间后才将新的照度值传给下一步算法。目前市面上许多Android手机的维持时间设定在五秒。低通滤波器可以是一个计数器或IIR滤波器，输入是ALS输出的照度值，输出是平滑后的照度值，后续的算法使用平滑后的照度值(如图3)。

图3系统原型的实测显示，四个区间的系统实现了效率和用户体验的最佳平衡。区间1为暗室;区间2为昏暗的房间;区间3为标准办公环境;区间4为全亮。

　　如果平滑后的照度值在两个柱状的临界值之间跳动(一个柱状的最低值与相邻柱状的最高值)，背光灯输出就会跟着摆动，这也会引起视觉错乱。使用平滑滤波器和边缘迟滞的组合能够避免类似的波动。

　　环境光等级的数目是设计中的一个决定性因素。如果环境光区间设定太过密集，背光灯亮度的变化就过于频繁;区间设定太稀疏，装置就不能有效节能。奥地利微电子在经过实测后得出结论，四个区间界定对于手机而言是最理想的。

　　该系统的最后一个要素是如何驱动LED背光灯从当前亮度过渡到下一个亮度。一般情况下，驱动电流的变化会在SmA到lOmA之间。但是如果变化太突然，比如在1毫秒内LED的驱动电流变化SmA，会扰乱使用者的视觉。

　　将驱动电流的变化时间延长至大约1秒，使用者就几乎无法察觉变化。更长的转换时间可能导致因LED背光驱动电流的有限位数所造成的量化误差，让使用者看到阶梯式的变化，而不是平滑的转换。

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　　实际的技术应用

　　奥地利微电子开发了涵盖上述技术的演示装置——一个置于深色玻璃背后的TSL2772光传感器，具备智能手机所需的高增益与高精确度。TSL2772输出照度值由应用处理器来处理，其中包含了由奥地利微电子开发的迟滞算法。

　　处理器发出的控制信号会被传送到AS3677。AS3677整合了一个背光灯直流一直流转换器和三个高压电流阱，用于智能手机的光照管理，特点是集成了一个平滑滤波器。平滑滤波器使芯片只需设定一个新的电流值，而无需处理器的实时参与就可以实现背光输出的平滑过渡。

　　AS3677光照管理单元提供适合智能手机应用的LED驱动。开发者可以测试背光灯在TSL2772暴露在不同环境光下的各种反应。