CXLE87197高精度可調恒流LED驅動芯片全面解析

在LED顯示與裝飾照明領域，對驅動芯片的精度、靈活性與可靠性要求日益提升。CXLE87197作為一款集可調恒流輸出、65536級真實灰度、雙通道級聯通信于一體的高性能LED驅動芯片，以其的性能和靈活的配置能力，成為點光源、護欄管、室內外大屏等高端應用的理想選擇。本文將深入解析CXLE87197的技術特性、控制協議、應用設計及系統優化方案，為工程師提供完整的參考指南。

一、產品概述

CXLE87197是一款專為高端LED照明系統設計的單線三通道恒流驅動芯片，采用燈芯一體封裝，集成MCU單線數字接口、數據鎖存器、LED恒流驅動與PWM輝度控制電路。芯片支持DIN與FDIN雙通道輸入，以及DO1與DO2雙路數據輸出，具備強大的級聯容錯能力，即使在鏈路中某顆芯片損壞，也不影響后續芯片正常工作。

該芯片亮點在于支持每通道2mA~17mA共127級電流可調，并具備65536級真實灰度輸出能力，結合1.2MHz高速數據傳輸與雙路轉發架構，可滿足高刷新率、高灰度等級的顯示與照明需求。

二、核心功能特點

• 寬電壓工作范圍：3.5V~5.5V，適應多種系統電源設計；

• 可調恒流輸出：每通道電流2mA~17mA，127級可調，公式如下： I(mA) = 2 + 15 × (D - 1) / 126 （D=1~127）；

• 高精度灰度控制：RGB三通道均支持65536級PWM調光，色彩過渡平滑；

• 雙通道輸入與雙路輸出：支持DIN/FDIN自動或手動切換，DO1/DO2雙路轉發，系統可靠性高；

• 超高數據傳輸速率：1.2MHz通信頻率，支持高密度像素系統；

• 低功耗待機模式：待機電流低至190μA，支持自動與指令喚醒；

• 高精度電流輸出：通道間誤差≤±3%，芯片間誤差≤±5%；

• 多種工作模式：支持正常模式、DIN模式、FDIN模式與測試模式。

三、電氣特性與工作條件

CXLE87197在推薦工作電壓范圍內表現穩定，其DIN/FDIN輸入高電平門檻為2.8V，低電平門檻為1.0V，具備良好的噪聲容限。OUT端口輸出電流可在2mA~17mA范圍內調節，漏電流低于0.3μA，確保LED在關閉狀態下無微光現象。

芯片支持1.2MHz數據傳輸速率，PWM輸出頻率為4kHz，傳輸延遲時間僅為150ns，響應迅速，適合高速動態顯示場景。

3.1. 極限參數

（1）以上表中這些等級，芯片在長時間使用條件下，可能造成器件性傷害，降低器件的可靠性。我們不建議在其它任何條件下，芯片超過這些極限參數工作；（2）所有電壓值均相對于系統地測試。

3.2. 推薦工作條件

3.3. 電氣特性

3.4. 開關特性

3.5. 時序特性

（1）0 碼或 1 碼周期在 830ns（頻率 1.2MHz）至 2.5us（頻率 400KHz）范圍內，芯片均可正常工作，但是 0 碼和 1 碼高電平時間必須符合上表中相應數值范圍；（2）不需復位時，字節之間的低電平時間不要超過 25us，否則芯片可能復位，復位后又重新接收數據，無法實現數據正確傳送。

四、控制協議與數據格式

4.1. 工作模式配置

芯片支持四種工作模式，通過48位命令碼（前24位命令+后24位反碼）配置：

• 0xFFFFFF_000000：正常工作模式，DIN/FDIN自動切換；芯片配置為正常工作模式。在此模式下，默認DIN接收顯示數據，芯片檢測到該端口有信號輸入則一直保持該端口接收，如果超過 160ms未接收到數據，則切換到FDIN接收數據，芯片檢測到該端口有信號輸入則一直保持該端口接收，如果超過 160ms未接收到數據，則再次切換到DIN接收顯示數據。DIN和FDIN依次循環切換，接收顯示數據。

• 0xFFFFFA_000005：DIN工作模式，僅接收DIN數據；芯片配置為DIN工作模式，在此模式下，芯片只接收DIN端輸入的顯示數據，FDIN端數據無效。

• 0xFFFFF5_00000A：FDIN工作模式，僅接收FDIN數據；芯片配置為FDIN工作模式，在此模式下，芯片只接收FDIN端輸入的顯示數據，DIN端數據無效。

• 0xFFFFF0_00000F：測試模式。芯片配置為測試模式

4.2. 顯示數據

芯片上電復位并接收模式設置命令后，開始接收恒流值設置命令，然后接收顯示數據，接收完 48bit后，DO1 和DO2 端口開始轉發DIN或FDIN端繼續發來的數據，為下顆級聯芯片提供顯示數據。在轉發數據之前，DO1 和DO2 端口一直為低電平。如果DIN或FDIN端輸入Reset復位信號，芯片OUT端口將根據接收到的 48bit顯示數據輸出相應占空比的PWM波形，且芯片重新等待接收新的數據，在接收完開始的 48bit數據后，通過DO端口轉發數據，芯片在沒有接收到Reset信號前，R、G、B原輸出保持不變。芯片采用自動整形轉發技術，信號不會失真衰減。對于所有級聯在一起的芯片，數據傳輸的周期是一致的。

4.3. 數據幀結構

完整數據幀結構如下：

| C1 | C2 | C3 | D1 | D2 | ... | Dn | Reset |

• C1/C2：模式設置命令；

• C3：恒流值設置命令，每通道7位，共24位；

• D1~Dn：各芯片的PWM設置命令，每通道16位，共48位；

•Reset：復位信號，低電平有效，持續時間＞80μs。

C1、C2 為模式設置命令，各包含 24bit 數據位，每個芯片都會接收并轉發 C1、C2，其中0xFFFFFF_000000 為正常工作模式命令，0xFFFFFA_000005 為 DIN 工作模式命令，0xFFFFF5_00000A 為FDIN 工作模式命令,0xFFFFF0_00000F 為芯片測試模式命令，C3 為恒流值設置命令，每個芯片都會接收并轉發 C1、C2、C3。D1、D2、D3、D4、……、Dn為各芯片的PWM設置命令。Reset表示復位信號，低電平有效。

4.4. 恒流與PWM設置

• C3命令：R[6:0]、G[6:0]、B[6:0]分別設置三通道輸出電流，127級可調；

•Dn命令：R[15:0]、G[15:0]、B[15:0]分別設置三通道PWM占空比，65536級可調。

C3 命令包含 8×3bit數據位，高位先發，R7、G7、B7 固定設為 0。R[6:0]:用于設置R輸出恒流值。R[6:0]=000_0001 時為 2mA，全 1 碼為 17mA，127 級可調。G[6:0]:用于設置G輸出恒流值。G[6:0]=000_0001 時為 2mA，全 1 碼為 17mA，127 級可調。B[6:0]:用于設置B輸出恒流值。B[6:0]=000_0001 時為 2mA，全 1 碼為 17mA，127 級可調。（注意當三個通道的電流設置都為全 0 碼，則是進入低功耗模式）

4.5. Dn的數據格式

BIT47……………………………………………………………………………BIT0每個PWM設置命令包含 16×3bit數據位，高位先發,按照RGB的順序發。R[15:0]:用于設置R輸出的PWM占空比。全 0 碼為關斷，全 1 碼為占空比，65536 級可調。G[15:0]:用于設置G輸出的PWM占空比。全 0 碼為關斷，全 1 碼為占空比，65536 級可調。B[15:0]:用于設置B輸出的PWM占空比。全 0 碼為關斷，全 1 碼為占空比，65536 級可調。

4.6. 待機模式

進入待機模式（低功耗模式），此處不需要增加額外的命令，只需要發送一次完整的數據幀(C1C2正確)且把寫電流時的C3 設置為全 0，來了復位碼，即可進入低功耗模式，不需要持續發送待機命令。進入低功耗模式三個通道的電流會關斷，此時DO輸出低電平；退出待機模式是發完整的數據幀時(C1C2正確)把C3 設置為正常的電流檔，接收完本級芯片數據之后，即可退出低功耗模式。

4.7. 數據接收和轉發

其中S1為控制器Di端口發送的數據，S2、S3、S4、Sn為級聯CXLE87197 轉發的數據。控制器Di端口數據結構：C1C2C3D1D2D3D4……Dn；控制器Fi端口數據結構：C1C2C3DxD1D2D3……Dn；其中，Dx為任意 48bit數據位，而D1...Dn任意一個是 48bit的顯示數據。

芯片級聯和數據傳輸并轉發過程如下：控制器發送數據S1，芯片 1 接收C1,C2 和C3 進行校驗，如果命令正確，則轉發C1，C2 和C3，同時吸收D1，如果此時沒有Reset復位信號，芯片 1 將一直轉發控制器繼續發來的數據；芯片 2 也接收C1，C2 和C3 進行校驗，如果命令正確，則轉發C1，C2 和C3，同時吸收D2，如果此時沒有Reset復位信號，芯片 2 將一直轉發芯片 1 繼續發來的數據。依此類推，直到控制器發送Reset復位信號，完成一個數據刷新周期，芯片又回到接收準備狀態。Reset低電平有效，保持低電平時間大于 80us，芯片復位。其中Dn-0 表示Dn的高 24 位，Dn-1 表示Dn的低 24 位。

五、典型應用與系統設計

5.1. 雙線級聯典型應用電路,級聯連接方式

CXLE87197支持雙線級聯架構，具備DO1與DO2兩路數據輸出，可構建高可靠性級聯系統。建議在DIN、FDIN、DO1、DO2等信號線上串接100Ω電阻，并在每顆芯片VDD與GND間布置100nF退耦電容，走線應盡量短以確保信號完整性。

為防止產品在測試時帶電插拔產生的瞬間高壓導致芯片信號輸入輸出引腳損壞，應該在信號輸入及輸出腳串接 100Ω保護電阻。此外，圖中各芯片的 104 退耦電容不可缺少，且走線到芯片的 VDD 和 GND腳應盡量短，以達到最佳的退耦效果，穩定芯片工作。

5.2. 刷新率計算

以1.2MHz數據速率為例，每像素點傳輸時間為40μs。若系統中有400顆像素點，則整體刷新時間為16ms，刷新率約為62.5Hz，滿足多數高動態顯示需求。具體對應關系如下：

數據刷新時間是根據一個系統中級聯了多少像素點來計算的，一組RGB通常為一個像素（或一段），一顆CXLE87197芯片可以控制一組RGB。按照正常模式計算：1bit數據周期為 830ns（頻率 1.2MHz），一個像素數據包括R（16bit）、G（16bit）、B（16bit）共48bit，傳輸時間為 830ns×48≈40us。如果一個系統有 400 個像素點，一次刷新全部顯示的時間為 40us×400=16ms（忽略C1、C2 和Reset信號時間），即一秒鐘刷新率為：1÷16ms=62.5Hz。以下是級聯點數對應最高數據刷新率表格：

5.3. 低功耗控制

芯片支持指令與超時雙模式待機：

• 指令待機：將C3命令中三通道電流值設為全0，芯片進入低功耗模式；

• 超時待機：超過160ms未接收到數據，自動進入待機模式；

• 喚醒方式：接收到有效的非全0數據幀即可自動喚醒。

5.4 恒流曲線 將 CXLE87197應用到 LED產品設計上時，通道間甚至芯片間的電流差異極小，當負載端電壓發生變化時，其輸出電流的穩定性不受影響，恒流曲線如下圖所示：

5.5. 內部結構框圖

5.6. 輸入輸出等效電路

六、封裝與尺寸

CXLE87197采用燈芯一體封裝，芯片尺寸為400μm × 555μm，PAD尺寸為80×80μm，適用于高集成度LED模組設計。芯片襯底需懸空或接地，確保散熱與電氣安全。

6.1.管腳功能

6.2. 芯片內部腳位圖

1、芯片尺寸：400um * 555um2、PAD 頂層鋁的厚度為 3.554um3、注意芯片的襯底必須懸空或者接GND

6.3. PAD坐標

七、適用場景

• 高密度RGB點光源、像素屏

• LED護欄管、輪廓燈帶

• 戶內外全彩大屏、廣告牌

• 建筑立面亮化、幕墻照明

• 舞臺燈光、娛樂照明系統

八、結語

CXLE87197以其可調恒流輸出、65536級真實灰度、雙通道級聯架構與高速通信能力，在高端LED顯示與裝飾照明領域展現出的綜合性能。無論是高精度色彩還原、高刷新率動態顯示，還是高可靠性系統構建，該芯片都能提供專業級的驅動解決方案。

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