フルカラーLEDのリフレッシュレート
お父ちゃん
2019.9.5
0
0
ずっとバーサライタのLED密度をあげて表示分解能を上げたいなと思っておりまして、SPI入力で2mm角のフルカラーLEDテープを探しておりました。
そうして生きておりましたらTwitterのTLで以下の商品を見かけたのです。
2mm角のSPI入力LED APA102-2020が3mmピッチでぎっしり128個も載った商品で、強度や放熱のためか基板には1mm厚ほどのアルミ板が貼り付けられています。
見た瞬間にコレだ！と即購入しましたよね。mouserにて。送料込みの9430円で１週間ほどでUSから届きました。
光も誉高いわ pic.twitter.com/JcoWYhn34p
— HomeMadeGarbage (@H0meMadeGarbage) September 3, 2019
小さいながらも鮮明に光り かつびっしり しき詰まっているので素晴らしい輝きを放っておりました。
このときはまだ私は喜びの絶頂におりました。この後の惨劇も知らずに。。。。
尚、本記事でLEDのチップ名を各種使用しますが、購入先のサイト等の仕様に表記のあったセル名を信じて記載しております。実際に正規品が載っているかは不明です。ご了承ください。
目次
バーサライタを試してみた
早速、商品をバーサライタに搭載して、回してみたところ。。。
な。。なんじゃこりゃ。。。なんでこんなにマダラなの？？？Dotstarだよね？？ものすごく混乱して震えましたよ
((((；ﾟДﾟ))))ｶﾞｸｶﾞｸﾌﾞﾙﾌﾞﾙ
APA102ってリフレッシュレート19.2 kHzだよね。。。？
そしてちゃんと商品サイトを読んだところ
“The LEDs on this board are very tiny DotStar compatible chips, but they don’t have the high speed PWM that we like of the 5050 sized chips, so this bar is not good for POV projects.“
と記載があったのです。。。パニック 😯 ！！
。。。。。。。ん？APA102とAPA102Cって違うのか？ということになりリフレッシュレート調べてみました。
前置きが長くなりましたがここでは各種LEDテープのリフレッシュレートを測ったのでご報告いたします（涙目）。
リフレッシュレート測定
測定方法は以下の通りです。Arduino UNOでLEDテープのセルを１つ光らせて点灯時の電流を10Ω抵抗による電圧降下でオシロスコープ観測しリフレッシュレートを観ます。
オシロにはADALM2000を使用しています。
LED制御ライブラリは以下を使用しました。
https://github.com/pololu/apa102-arduino
APA102C (Dotstar)
まずはPOV向けのLEDテープとして売り出されているDotstarのリフレッシュレートを測りました。
2016年4月にAdafruitから直接購入しました。
2021年11月現在 DotstarにはAPA102CではなくSK9822が搭載されているようです。
チップはAPA102Cと仕様に記載されています。
測定波形
LED全体の輝度を設定するグローバル輝度と色自体の濃さを決める色輝度をかえて波形観測します。
- グローバル輝度100%、色50% RGB=0x808080
周波数は18.9kHzとほぼ仕様通りのリフレッシュレート(19.2kHz)となりました。
- グローバル輝度50%、色100% RGB=0xffffff
グローバル輝度は600Hzの低周波PWMで制御されておりました。
- グローバル輝度50%、色50% RGB=0x808080
グローバル輝度と色を同時に下げると下図のように600Hzのグローバル輝度制御PWM波形とリフレッシュレート18.9kHzの色輝度制御PWMが重畳されるような形になります。
APA102C (Dotstar)は高速リフレッシュレートでPOV向けといえますが、グローバル輝度を下げると低周波PWMが重畳され画像にちらつきとして現れるかもしれません。
SK9822
最近APA102Cの代替えとしてよく見かけるPOV向けのLED SK9822のリフレッシュレートも測りました。
測定波形
- グローバル輝度100%、色50% RGB=0x808080
周波数は4.3kHzでした。仕様より若干ひくいリフレッシュレート(4.7 kHz)となりました。
- グローバル輝度50%、色50% RGB=0x808080
グローバル輝度をさげてもリフレッシュレートは変わらず電圧降下が減りました。つまりグローバル輝度は電流で制御されていることがわかります。
SK9822はAPA102Cほどではないですがリフレッシュレートは比較的高く、グローバル輝度は電流制御でリフレッシュレートは変わらないので非常にPOV向きといえます。
APA102-2020
問題のAPA102-2020のリフレッシュレートです。
測定波形
- グローバル輝度100%、色50% RGB=0x808080
リフレッシュレートは560Hzとなりました。低い。。。。
- グローバル輝度50%、色50% RGB=0x808080
グローバル輝度を50%にさげるとリフレッシュレートが若干上がりました(617Hz)。そしてLEDに流れる電流も低減しました。
- グローバル輝度16%、色50% RGB=0x808080
さらにグローバル輝度を16%にさげるとリフレッシュレートがまた上がりました(678Hz)。そしてLEDに流れる電流も低減しました。
APA102-2020のリフレッシュレートは600Hz台で低く、更にグローバル輝度によって変動します。。。まったくもってPOV向けではありませんね。
そりゃマダラな表示になるわな！
しかしAPA102とAPA102Cでこんなに動作違うもんかね。。。もしかしたらコピー品かもしれませんね。。。ウェブ探すといろんな会社のいろんなAPA102チップ写真が出てくるようですし。。。
こちらが、APA102-2020の写真。
バリエーションが多いけど、どれとも違う。https://t.co/wuKXNhyeVF pic.twitter.com/E9YsIGLIQ7— あおいさや (@La_zlo) September 4, 2019
おまけ
激安LEDテープ
まだまだ高いSPI入力LEDテープですが先日AMAZONで安い製品を見つけて購入しました。ついでにこいつのリフレッシュレートも観ましょう。
APA102と記載はありますが。。。チップの見た目はそこはかとなくSK9822っぽい。。。
測定波形
- グローバル輝度100%、色50% RGB=0x808080
リフレッシュレートは4.6kHzでした。
- グローバル輝度50%、色50% RGB=0x808080
グローバル輝度をさげてもリフレッシュレートは変わらず電圧降下が減り、グローバル輝度は電流で制御されていることがわかります。
やっぱSK9822じゃん！！まぁ安いしむしろPOV的にはSK9822のほうがありがたいのでこれはお買い得商品と言えるでしょう。
Neopixel系
なんかどんどん疑心暗鬼になり何もかも信じられなくなったのでNeopixel系のLEDテープも観測してみました。もうシンドイので駆け足で！
その1
リフレッシュレートは1.1kHzでした。思ったほど遅くないですね。
その2
これは390Hzでした。。。
もうこれらNeopixelテープに何のセルが載っているとかは調べません。。。またそのうち。。。
パトラッシュ。。なんだか とっても眠いんだ。。。
参考
追記
2019/9/6
意地でバーサライタ表示まで実現させました。
「フルカラーLEDのリフレッシュレート」への1件のフィードバック