發光二極體（LED）常被用於各種現代電子設計與系統中，以提供影像顯示與狀態檢視的功能。在機板日趨複雜之際，廠商紛紛尋求更多的測試功能，來檢驗每個元件。而這將會使得邊界掃瞄測試（Boundary Scan Test；BST）演進到加入具備完整功能的內建自我測試（Build-in Self Test；BIST）技術。業者面臨的挑戰在於至今仍有一些元件的自動測試功能有限，必須依賴人工測試或目測來偵測故障狀況。這類LED可製造出1美元成本的零組件，應用在售價達1萬美元的線路卡或系統中，因此，零組件品質的優劣會直接影響顧客滿意度，以及對整體產品品質的觀感。

LED測試瓶頸

LED的故障通常可分為兩大類。第一，當LED在插入前置面板顯示器或其他狹小空間時，因元件故障、電路板組裝問題以及機械組裝破損，會造成電子開路與短路。第二種則是當鄰近LED在被激化至相同狀態時，其色彩與亮度會出現不一致的狀況。利用BST檢驗線路的連續性，就能在其他元件中找出第一種故障形態。但在獨立型LED中，內建BST功能並不是一種可行的作法，製造工程師只好以目測方式來檢驗LED。目測的檢驗流程是由技術人員觀察LED狀態，之後再回報所有元件都正常無誤。這種重複性的作業容易出現人為失誤，因此檢驗更加複雜，以確保技術人員沒有分心出錯。對於測試人員與業者而言，這種測試流程都不是一種有效率、具有附加價值的方法。

《圖一　一般LED發光電路示意圖》

在尋找LED測試的替代方法之前，有必要檢視LED在正常系統運作下的運作程序。基本而言，當施加電壓讓二極體進入偏壓狀態時，LED就會發光，如(圖一)(a)所示。由於二極體的反應屬於非線性模式，因此通常會在電路中加入一個限流電阻器，以確保不會超過驅動針腳的電流上限。一般而言，單色LED通常是由一個驅動器所控制，並連結至一個針腳上，另一根針腳則接地（GND）。這種設計可使得一個針腳就可以控制一個LED。要顯示多種顏色，只要加入其他顏色的LED，並將其輸入端連結至其他針腳即可。

簡易LED測試解決方案

圖一(b)顯示一個雙色LED組態，使用一個共同的接地端，並連結不同的驅動器。在同一空間內結合兩個或更多不同顏色LED會發生的情況之一便是若兩個LED同時被激化，其所呈現的混色則取決於兩個LED所顯示的顏色。另一種建置雙埠雙色LED的方法，則是把兩個組態過的LED以頭接尾的方式連結，任一方的發光狀態則取決於進入偏壓狀態的另一方LED。若需要顯示混色，情況就變得更複雜，系統必須以更快的速度在兩種激化狀態之間進行切換，如此肉眼才不會看到切換時的閃爍，而讓混色呈現單一顏色狀態，如圖一(c)所示。在以下的討論中，將介紹這種雙色LED，因為它代表最複雜的狀況，而且也涵蓋了其他種類的建置方法。

《圖二　連接比較器的雙色LED電路》

觀察(圖二)中LED的運作，若針腳1與針腳2輸入相同的電壓（通常為 Vcc 或GND），不會有任何電流產生，而電路中所有點都會測得相同的電壓。當兩個針腳的電壓高低不同時，雙色LED就會產生偏壓，測量點的電壓就會成為一個diode drop（通常為0.7伏特），會高於或低於針腳2的電壓。若能測量到此點的電壓，LED的狀態就能確定，也能發展出涵蓋各個LED的自動化測試機制；並且可藉此辨識出LED在製造與測試過程中大部份的故障狀況。就最基本的層面而言，若每個LED連結至一個比較器，並選擇合適的設定點作為比較器的輸入來源，LED就能進行測試流程。在這種測試中，測試器處在完全被動的狀態，因此，LED控制器必須把LED放在適合的電子狀態中。

此外，由於理想狀況是LED在各種不同的狀態下受測（受激化後顯示不同顏色或是關閉），因此比較器的設定點最好能夠加以調整。但這需要用到更多的元件，機板研發人員也須增加耗電量。這種方法的主要缺點在於零組件數量過高，因為每個LED需要自己專屬的比較器，或某種形態的多工機制來提高LED的涵蓋率，但另一方面卻須減少零組件數量。此外，還須面臨控制所有設定點的複雜作業，以確保在適當的設定點中檢查到正確的數值。

整合度略高的解決方案可使用多種A/D類比數位轉換器，並透過多工機制對所有測試點進行採樣，將結果匯整成處理元素的格式。這些資訊可用來研判其所測出的電壓值，對於處於測試中的現有LED組態而言是否合適。雖然這種方法可減少零組件數量，但仍需要多個元件來執行作業，以及處理從測試點所擷取到的資料。而整合度更高的系統，則是運用一個具備多種類比功能的微控制器。這種方式能把A/D採樣以及處理功能整合至單一元件。

實際的測試流程則類似其他機板測試，其中可能發生組裝（機板與機箱）錯誤。單一測試模式僅能檢驗出激態LED是不足以確保運作正常，因此業界必須發展出一套完整的測試方案。以下顯示一個雙色LED的範例：

完成這六項步驟，就可確定LED所有功能都正常無誤，而且在原始機板組裝或是前置面板的機械組件也沒有任何故障狀況。如此一來，能大幅降低對於人工目測LED功能的依賴，讓製造工程師能夠在製造流程中的任何階段均能夠測試LED功能。此外，設計人員還必須額外考量負責控制與驅動LED元件，與測試元件之間的協調運作。元件之間必須具備握手（handshaking）機制，確保測試元件瞭解目前LED 的「預期」狀態，點1的電壓值代表通過測試與測試失敗，如圖二所示。(圖三)顯示一個可程式化的測試電路組態，這個元件是設計用來監控26個LED，並透過一個I2C介面與整個系統相連結。這項設計讓系統能對所有設定點進行調整，並指定接下來要測試的元件。運用I2C介面讓外部系統能研判任何測試的結果，以及每個LED的效能表現。

《圖三　可程式化LED測試電路組態》

另一種在設計中加入微控制器的方法，就是將控制與測試功能整合在同一個元件中。一般使用的連結埠擴充器可用來支援設計中的LED控制功能，元件中的類比功能則可用來同時執行測試工作。這項整合可簡化設計工作，因為設計人員僅須發出一個測試指令，讓微控制器負責控管所有的程序，完成後還會自動切換至正常的系統運作狀態。由於元件必須支援控制與測試功能，雖然額外的針腳與軟體複雜度將衍生出更多的硬體需求；但另一方面也降低系統處理器在製造測試，與正常系統運作時LED控制作業的負載量。

結語

總結來說，目前許多LED都是以目測方式進行檢驗，很容易遇到人為疏失的問題，因此，業界已發展出許多替代的測試方法。這些方法不僅能提高測試的可靠度，還帶來部份自動化測試的效益，以取代人工測試流程。這不僅能降低成本，而且能讓LED在組裝流程的任何階段都能進行測試，甚至成為正常啟動程序中的一環。而現有的LED測試程序均無法提供上述這些功能。（作者任職於Cypress Semiconductor柏士半導體）

延 伸 閱 讀

白色發光二極體點燈時使用到高順向電壓與順向電流，直接影響液晶顯示器的驅動電路特性，因此本文中要探討白光LED驅動電路的運作原理，同時介紹白光LED驅動技巧，以及驅動IC的發展動向。相關介紹請見「驅動IC技術不斷突破 白光LED進軍LCD TV照明」一文。 由於LCD面板本身無法產生光源，所以，必須利用背光的方式將光投射到面板上，讓面板產生亮度，並且亮度必須分佈均勻，而獲得畫面的顯示。以目前來看，大多數的LCD背光是利用CCFL及LED來作為背光源，尤其在中、大尺寸的部分，大多是使用CCFL背光源。你可在「昇壓式高亮度LED背光驅動電路設計」一文中得到進一步的介紹。 由於白光LED還具備豐富的三原色色溫與高發光效率，一般認為非常適用於液晶顯示器的背光照明光源，因此各廠商陸續推出白光LED專用驅動電路與相關組件，有鑒於此本文接著要探討各種白光LED專用驅動電路的特性，與今後的發展動向。在「各種白光LED驅動電路特性評比」一文為你做了相關的評析。

市場動態

美國國家半導體（National Semiconductor；NS）發表了具備三套發光二極體（LED）驅動電路、可與音訊輸入訊號同步驅動每套電路的LED驅動IC LM4970。相關介紹請見「NS發表LED驅動IC 與音樂同步改變發光模式」一文。 美國德州儀器（Texas Instruments；TI）開發出可點亮有機EL面板的白光LED驅動IC TPSC61140。主要鎖定在手機應用。例如，可用於點亮手機主螢幕背光LED和次螢幕有機EL面板。該IC具備電流和電壓兩路輸出系統，可分別獨立控制。輸出電流可點亮白光LED、輸出電壓可點亮有機EL面板。你可在「TI開發白光LED驅動IC 可用於有機EL面板」一文中得到進一步的介紹。 LED照明在汽車上的應用也是備受矚目。看準此點，美國那斯達克（Nasdaq）上市公司Supertex在此次台北光電週的研討會中，在針對其產品進行介紹時，便有一款特定LED驅動IC為針對汽車照明所設計。在「致力於擴大應用範圍 Supertex推出全系列LED驅動IC產品」一文為你做了相關的評析。