CN102246593A - 恒定电流输出吸收器或源 - Google Patents

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CN102246593A CN2009801495704A CN200980149570A CN102246593A CN 102246593 A CN102246593 A CN 102246593A CN 2009801495704 A CN2009801495704 A CN 2009801495704A CN 200980149570 A CN200980149570 A CN 200980149570A CN 102246593 A CN102246593 A CN 102246593A
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Abstract

一种恒定电流输出吸收器或源消除用于发光二极管(LED)的电流限制串联电阻器且针对数字装置的所有操作及制造变量维持来自所述LED的恒定光强度，因为穿过所述LED的电流被维持在恒定值。所述恒定电流输出吸收器或源可以是可编程的以从多个可用恒定电流值中选择一恒定电流值。

Description

恒定电流输出吸收器或源
相关申请案交叉参考
本申请案请求对沃德R.布朗(Ward R.Brown)在2008年12月12日提出申请且标题为“恒定电流输出吸收器(Constant Current Output Sink)”的共同拥有美国临时专利申请案第61/121,932号的优先权，其出于所有目的借此以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及控制需要恒定电流来进行其恰当操作的装置，更特定来说涉及控制发光二极管(LED)同时维持穿过其的恒定电流，以使得所述LED的光强度在宽广范围的电压、温度及其它过程变量下保持大致恒定。
背景技术
LED正向电压由于制造过程变量及应用环境温度而变化。LED装置驱动器(例如，数字装置输出驱动器)低或高电压状态(例如，分别为接近Vss或Vdd的输出)由于制造过程变量、其中吸收或供应的电流量及应用环境温度而变化。当与LED串联使用固定电阻器以限制穿过其的电流时，此产生不可接受的LED光强度。LED装置驱动器输出吸收器及源电流随电源电压、Vdd及操作温度而变化，因此在温度及/或操作电压发生任何改变时导致不期望的LED强度变化。此外需要与LED串联的增加对使用LED的产品增加额外成本及复杂性的固定电流限制电阻器。
发明内容
需要一种在宽广范围的电压、温度及制造过程变量下维持LED光强度的方式。根据本发明的教示，一种恒定电流输出吸收器或源消除用于LED的电流限制串联电阻器且针对集成电路数字装置(例如，微控制器、微处理器、数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(PLA)等)的所有操作及制造变量维持来自LED的恒定光强度。
根据本发明的教示，当从负载(例如，LED)吸收电流或向所述负载供应电流时维持输出驱动器处的恒定电流(例如，电流限制)将针对所有操作及制造变量将所述LED的光强度维持在恒定等级。可启用或停用此电流限制特征，且(例如)通过在所述数字装置(例如，微控制器)中使用内部控制寄存器来在程序控制下设定电流限制值。所述数字装置的每一输出可具有电流吸收器或源限制能力，其具有启动所述电流限制特征的相关联控制位。另一多位寄存器可确定恒定电流的值，借此通过此寄存器中的位的数目来确定所述恒定电流值的范围及分辨率。可通过场效应晶体管(FET)输出驱动器或以固定栅极电压操作的若干FET的栅极电压来设定受限制的输出电流吸收器或源。恒定输出吸收器或源电流范围可以是可调整地，例如，从约五(5)毫安(mA)到约25mA。
此外本文中涵盖使用可易于产生噪声的低电流弱上拉的开关应用。此可通过将电流输出设定到低限制且使用经由所述开关到Vdd的直接连接(其然后将使下一级输入电平升高到接近Vdd以获得改善的噪声容限)来克服。
根据具体实例性实施例，一种具有受电流限制的节点的集成电路数字装置包含：节点；及可编程恒定电流电路，其耦合到所述节点，其中所述可编程恒定电流电路将穿过所述节点的电流量限制到被编程到所述可编程恒定电流电路中的电流值。
根据另一具体实例性实施例，一种具有受电流限制的输出节点的集成电路数字装置包含：输出节点；高侧驱动电路，其耦合在所述输出节点与电源电压之间；第一多路复用器，其具有第一、第二及第三节点以及用于选择性地将所述第一节点耦合到所述第二节点或选择性地将所述第一节点耦合到所述第三节点的控制输入，其中所述第一节点耦合到所述输出节点及所述高侧驱动电路；第二多路复用器，其具有第一、第二及第三节点以及用于选择性地将所述第一节点耦合到所述第二节点或选择性地将所述第一节点耦合到所述第三节点的控制输入，其中所述第一节点耦合到共用电源；可编程恒定电流电路，其耦合在所述第一多路复用器的所述第二节点与所述第二多路复用器的所述第二节点之间，其中所述可编程恒定电流电路将穿过其的电流限制到被编程到所述可编程恒定电流电路中的电流值；及低侧驱动电路，其耦合在所述第一与第二多路复用器的所述第三节点之间；其中当所述第一及第二多路复用器的所述第一与第二节点耦合在一起时，所述可编程恒定电流电路将去往所述输出节点中的电流限制到所述电流值，且当所述第一及第二多路复用器的所述第一与第三节点耦合在一起时，所述低侧驱动电路在不限制到其的电流的情况下将所述输出节点耦合到大致所述共用电源。
根据又一具体实例性实施例，一种具有受电流限制的输出节点的集成电路数字装置包含：输出节点；低侧驱动电路，其耦合在所述输出节点与共用电源之间；第一多路复用器，其具有第一、第二及第三节点以及用于选择性地将所述第一节点耦合到所述第二节点或选择性地将所述第一节点耦合到所述第三节点的控制输入，其中所述第一节点耦合到电源电压；第二多路复用器，其具有第一、第二及第三节点以及用于选择性地将所述第一节点耦合到所述第二节点或选择性地将所述第一节点耦合到所述第三节点的控制输入，其中所述第一节点耦合到所述输出节点及所述低侧驱动电路；可编程恒定电流电路，其耦合在所述第一多路复用器的所述第二节点与所述第二多路复用器的所述第二节点之间，其中所述可编程恒定电流电路将穿过其的电流限制到被编程到所述可编程恒定电流电路中的电流值；及高侧驱动电路，其耦合在所述第一与第二多路复用器的所述第三节点之间；其中当所述第一及第二多路复用器的所述第一与第二节点耦合在一起时，所述可编程恒定电流电路将来自所述输出节点的电流限制到所述电流值，且当所述第一及第二多路复用器的所述第一与第三节点耦合在一起时，所述高侧驱动电路在不限制到其的电流的情况下将所述输出节点耦合到大致所述电源电压。
附图说明
结合附图参照以下说明可更完全地理解本发明，附图中：
图1是具有用于从发光二极管(LED)吸收电流的驱动器电路的现有技术数字装置的示意性框图；
图2是具有用于给LED供应电流的驱动器电路的现有技术数字装置的示意性框图；
图3是根据本发明的教示的具有以恒定电流值从LED吸收电流的驱动器电路的数字装置的示意性框图；
图4是根据本发明的教示的具有以恒定电流值给LED供应电流的驱动器电路的数字装置的示意性框图；
图5是根据本发明的具体实例性实施例的以可编程恒定电流值从LED吸收电流的驱动器电路的示意性框图；
图6是根据本发明的另一具体实例性实施例的以可编程恒定电流给LED供应电流的驱动器电路的示意性框图；
图7是根据本发明的又一具体实例性实施例的可在以可编程恒定电流从LED吸收电流或作为标准图腾柱主动输出驱动器之间选择的输入-输出(I/O)驱动器电路的示意性框图；
图8是根据本发明的再一具体实例性实施例的可在以可编程恒定电流给LED供应电流或作为标准图腾柱主动输出驱动器之间选择的输入-输出(I/O)驱动器电路的示意性框图；
图9是根据本发明的教示的可编程恒定电流吸收器或源的示意性框图；
图10是根据本发明的教示的可编程恒定电流吸收器的详细示意图；及
图11是根据本发明的教示的另一可编程恒定电流吸收器的示意图。
虽然本发明易于作出各种修改及替代形式，但在图式中是显示并在本文中详细描述其具体实例性实施例。然而，应理解，本文对具体实例性实施例的说明并非打算将本发明限制于本文中所揭示的特定形式，而是相反，本发明打算涵盖所附权利要求书所界定的所有修改及等效形式。
具体实施方式
现在参照图式，其示意性地图解说明具体实例性实施例的细节。图式中，相同的元件将由相同的编号表示，且类似的元件将由带有不同小写字母后缀的相同编号表示。
参照图1，其描绘具有用于从发光二极管(LED)吸收电流的驱动器电路的现有技术数字装置的示意性框图。LED 106耦合到供应电压Vdd且经由电流限制电阻器104耦合到数字装置102a的输出。每当数字装置102a的所述输出变为逻辑低时，电流流过LED 106且产生光，其中所述电流由电阻器104限制。当数字装置102a的所述输出变为逻辑高时，大致无电流流过LED 106且不产生光。电流限制电阻器104添加需要控制LED的产品的成本及复杂性。
参照图2，其描绘具有用于给LED供应电流的驱动器电路的现有技术数字装置的示意性框图。LED 106经由电流限制电阻器104耦合到数字装置102b的输出且耦合到共用电源Vss。每当数字装置102b的所述输出变为逻辑高时，电流流过LED 106且产生光，其中所述电流由电阻器104限制。当数字装置102b的所述输出变为逻辑低时，大致无电流流过LED 106且不产生光。电流限制电阻器104添加需要控制LED的产品的成本及复杂性。
参照图3，其描绘根据本发明的教示的具有以恒定电流值从LED吸收电流的驱动器电路的数字装置的示意性框图。LED 106耦合到供应电压Vdd且耦合到数字装置(例如，数字装置202a)的输出。每当数字装置202a的所述输出变为逻辑低时，电流流过LED 106且产生光，其中所述电流由数字装置202a内的电流限制电路限制。当数字装置202a的所述输出变为逻辑高时，大致无电流流过LED 106且不产生光。在LED106与数字装置202a的所述输出之间不需要外部电流限制电阻器降低了需要控制LED的产品的成本及复杂性。
参照图4，其描绘根据本发明的教示的具有以恒定电流值给LED供应电流的驱动器电路的数字装置的示意性框图。LED 106耦合到数字装置(例如，数字装置202b)的输出且耦合到共用电源Vss。每当数字装置202b的所述输出变为逻辑高时，电流流过LED 106且产生光，其中所述电流由数字装置202b内的电流限制电路限制。当数字装置202b的所述输出变为逻辑低时，大致无电流流过LED 106且不产生光。在LED106与数字装置202b的所述输出之间不需要外部电流限制电阻器降低了需要控制LED的产品的成本及复杂性。
参照图5，其描绘根据本发明的具体实例性实施例的以可编程恒定电流从LED吸收电流的LED驱动器电路的示意性框图。数字装置(例如，微控制器)(图3)的输入-输出节点(I/O)504耦合到开关506，开关506耦合到可编程恒定电流吸收器514。当LED 106耦合到I/O节点504时(如图3中所示)，电流将流过LED 106及开关506(当闭合时)，其由可编程恒定电流吸收器514确定。可将恒定电流值设定为(举例来说但不限于)从约五(5)mA到约25mA。可通过到可编程恒定电流吸收器514的电流设定信号来确定对恒定电流值的选择。任选地，可使用接收器560来在I/O节点504用作输入及/或输出节点时确定其处的逻辑电平。
参照图6，其描绘根据本发明的另一具体实例性实施例的以可编程恒定电流给LED供应电流的LED驱动器电路的示意性框图。数字装置(例如，微控制器)的输入-输出节点(I/O)604耦合到开关606(图4)，开关604耦合到可编程恒定电流吸收器614。当LED 106耦合到I/O节点604时(如图4中所示)，电流将从可编程恒定电流源614流过LED 106及开关606(当闭合时)，其由可编程恒定电流吸收器614确定。可将恒定电流值设定为(举例来说但不限于)从约五(5)mA到约25mA。可通过到可编程恒定电流源614的电流设定信号来确定对恒定电流值的选择。任选地，可使用接收器660来在I/O节点604用作输入及/或输出节点时确定其处的逻辑电平。
参照图7，其描绘根据本发明的又一具体实例性实施例的可在以可编程恒定电流从LED吸收电流或作为标准图腾柱主动输出驱动器之间选择的输入-输出(I/O)驱动器电路的示意性框图。可使用多路复用器706及710来在可编程恒定电流吸收器712与低侧驱动电路708(例如，NMOS场效应晶体管(FET))之间切换。高侧驱动电路702(例如，NMOS FET)将I/O节点704拉到大致电源电压Vdd。可通过用于在可编程恒定电流吸收器712与低侧驱动电路708之间进行选择的电流限制启用信号来控制多路复用器706及710。可将I/O节点704的配置(例如，电流限制或非电流限制)、电流限制值等存储于配置寄存器758中。配置寄存器758可以是易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM))或非易失性存储器(例如，可编程只读存储器、快闪存储器等)。
举例来说，当在I/O节点704处需要逻辑高时，启用高侧驱动器电路702，多路复用器706及710选择低侧驱动器电路708，且停用低侧驱动器电路708。当在I/O节点704处需要逻辑低而不需要电流限制时，停用高侧驱动器电路702，多路复用器706及710选择低侧驱动器电路708，且启用低侧驱动器电路708。当在I/O节点704处需要逻辑低(例如，LED 106接通)与电流限制时，停用高侧驱动器电路702且多路复用器706及710选择可编程恒定电流吸收器712，从而将穿过I/O节点704的电流限制到选定电流值。任选地，可使用接收器760来在I/O节点704用作输入及/或输出节点时确定其处的逻辑电平。
参照图8，其描绘根据本发明的再一具体实例性实施例的可在以可编程恒定电流给LED供应电流或作为标准图腾柱主动输出驱动器之间选择的输入-输出(I/O)驱动器电路的示意性框图。可使用多路复用器806及810来在可编程恒定电流源812与高侧驱动电路802(例如，PMOS场效应晶体管(FET))之间切换。低侧驱动电路808将I/O节点804拉到大致共用电源Vss。可通过用于在可编程恒定电流源812与高侧驱动电路802之间进行选择的电流限制启用信号来控制多路复用器806及810。可将I/O节点804的配置(例如，电流限制或非电流限制)、电流限制值等存储于配置寄存器858中。配置寄存器858可以是易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM))或非易失性存储器(例如，可编程只读存储器、快闪存储器等)。
举例来说，当在I/O节点804处需要逻辑低时，低侧驱动器32选择可编程恒定电流源812，借此将穿过I/O节点804的电流限制到选定电流值。任选地，可使用接收器860来在I/O节点804用作输入及/或输出节点时确定其处的逻辑电平。
参照图9，其描绘根据本发明的教示的可编程恒定电流吸收器或源的示意性框图。可接通或关断多个单元恒定电流块918中的每一者，其中所述多个恒定电流块918a到918n中被接通的组合确定被允许进入I/O节点904中的恒定电流值。可与所述多个单元恒定电流块918组合使用参考924，以便针对所述多个恒定电流块918中的每一者维持特定恒定电流。可使用开关916来将所述多个单元恒定电流块918从I/O节点904切断。
参照图10，其描绘根据本发明的教示的可编程恒定电流吸收器的详细示意图。使用晶体管1054及恒定电流源1056来产生控制流过多个晶体管1018中的每一者的电流量的电压控制信号。开关对1050与1052中的每一者选择性地启用或停用所述多个晶体管1018中的相应者。可通过借助相应开关对1050与1052启用及停用适当数目个所述多个晶体管1018来编程将传递到I/O节点1004中的恒定电流值。
参照图11，其描绘根据本发明的教示的另一可编程恒定电流吸收器的示意图，NMOS FET 1160耦合在I/O节点1104与共用电源Vss之间。可通过FET 1160的栅极上的电压来确定流过NMOS FET 1160的电流的值。通过改变此电压，可改变所述电流值。可与放大器1162组合使用可编程电压参考1164来产生FET 1160的栅极处的控制电压。
虽然已参照本发明的实例性实施例来描绘、描述及界定本发明的实施例，但此参照并不意味着限制本发明，且不应推断出存在此限制。所揭示的标的物能够在形式及功能上具有大量修改、更改及等效形式，所属领域的技术人员根据本发明将会联想到这些修改、更改及等效形式并受益于本发明。所描绘及描述的本发明的实施例仅作为实例，而并非是对本发明范围的穷尽性说明。

Claims (23)

1.一种具有受电流限制的节点的集成电路数字装置，其包含：
节点；及
可编程恒定电流电路，其耦合到所述节点，其中所述可编程恒定电流电路将穿过所述节点的电流量限制到被编程到所述可编程恒定电流电路中的电流值。
2.根据权利要求1所述的集成电路装置，其中所述可编程恒定电流电路从所述节点吸收电流。
3.根据权利要求1所述的集成电路装置，其中所述可编程恒定电流电路向所述节点供应电流。
4.根据权利要求1所述的集成电路装置，其进一步包含所述节点与所述可编程恒定电流电路之间的开关，其中当所述开关闭合时，所述可编程恒定电流电路耦合到所述节点，且当所述开关断开时，所述可编程恒定电流电路从所述节点解耦。
5.根据权利要求1所述的集成电路装置，其进一步包含用于从所述节点接收逻辑电平的接收器。
6.根据权利要求1所述的集成电路装置，其进一步包含耦合到所述可编程恒定电流电路且存储所述电流值的配置寄存器。
7.根据权利要求1所述的集成电路装置，其中所述配置寄存器为易失性存储器。
8.根据权利要求1所述的集成电路装置，其中所述配置寄存器为非易失性存储器。
9.根据权利要求1所述的集成电路装置，其中所述可编程恒定电流电路包含针对所述电流值可选择地并联耦合的多个恒定电流电路。
10.根据权利要求9所述的集成电路装置，其中所述多个恒定电流电路耦合到电压参考。
11.根据权利要求10所述的集成电路装置，其中所述电压参考是可编程的。
12.根据权利要求1所述的集成电路装置，其中所述可编程恒定电流电路从约五(5)毫安(mA)到约25mA可编程。
13.根据权利要求1所述的集成电路装置，其中所述节点耦合到发光二极管(LED)且所述可编程恒定电流电路将穿过所述LED的电流调节到所述电流值。
14.一种具有受电流限制的输出节点的集成电路数字装置，其包含：
输出节点；
高侧驱动电路，其耦合在所述输出节点与电源电压之间；
第一多路复用器，其具有第一、第二及第三节点以及用于选择性地将所述第一节点耦合到所述第二节点或选择性地将所述第一节点耦合到所述第三节点的控制输入，其中所述第一节点耦合到所述输出节点及所述高侧驱动电路；
第二多路复用器，其具有第一、第二及第三节点以及用于选择性地将所述第一节点耦合到所述第二节点或选择性地将所述第一节点耦合到所述第三节点的控制输入，其中所述第一节点耦合到共用电源；
可编程恒定电流电路，其耦合在所述第一多路复用器的所述第二节点与所述第二多路复用器的所述第二节点之间，其中所述可编程恒定电流电路将穿过其的电流限制到被编程到所述可编程恒定电流电路中的电流值；及
低侧驱动电路，其耦合在所述第一与第二多路复用器的所述第三节点之间；
其中当所述第一及第二多路复用器的所述第一与第二节点耦合在一起时，所述可编程恒定电流电路将去往所述输出节点中的电流限制到所述电流值，且当所述第一及第二多路复用器的所述第一与第三节点耦合在一起时，所述低侧驱动电路在不限制到其的电流的情况下将所述输出节点耦合到大致所述共用电源。
15.根据权利要求14所述的集成电路装置，其进一步包含用于从所述输出节点接收逻辑电平的接收器。
16.根据权利要求14所述的集成电路装置，其进一步包含耦合到所述可编程恒定电流电路且存储所述电流值的配置寄存器。
17.根据权利要求14所述的集成电路装置，其中所述可编程恒定电流电路从约五(5)毫安(mA)到约25mA可编程。
18.根据权利要求14所述的集成电路装置，其中所述节点耦合到发光二极管(LED)且所述可编程恒定电流电路将穿过所述LED的电流调节到所述电流值。
19.一种具有受电流限制的输出节点的集成电路数字装置，其包含：
输出节点；
低侧驱动电路，其耦合在所述输出节点与共用电源之间；
第一多路复用器，其具有第一、第二及第三节点以及用于选择性地将所述第一节点耦合到所述第二节点或选择性地将所述第一节点耦合到所述第三节点的控制输入，其中所述第一节点耦合到电源电压；
第二多路复用器，其具有第一、第二及第三节点以及用于选择性地将所述第一节点耦合到所述第二节点或选择性地将所述第一节点耦合到所述第三节点的控制输入，其中所述第一节点耦合到所述输出节点及所述低侧驱动电路；
可编程恒定电流电路，其耦合在所述第一多路复用器的所述第二节点与所述第二多路复用器的所述第二节点之间，其中所述可编程恒定电流电路将穿过其的电流限制到被编程到所述可编程恒定电流电路中的电流值；及
高侧驱动电路，其耦合在所述第一与第二多路复用器的所述第三节点之间；
其中当所述第一及第二多路复用器的所述第一与第二节点耦合在一起时，所述可编程恒定电流电路将来自所述输出节点的电流限制到所述电流值，且当所述第一及第二多路复用器的所述第一与第三节点耦合在一起时，所述高侧驱动电路在不限制到其的电流的情况下将所述输出节点耦合到大致所述电源电压。
20.根据权利要求19所述的集成电路装置，其进一步包含用于从所述输出节点接收逻辑电平的接收器。
21.根据权利要求19所述的集成电路装置，其进一步包含耦合到所述可编程恒定电流电路且存储所述电流值的配置寄存器。
22.根据权利要求19所述的集成电路装置，其中所述可编程恒定电流电路从约五(5)毫安(mA)到约25mA可编程。
23.根据权利要求19所述的集成电路装置，其中所述节点耦合到发光二极管(LED)且所述可编程恒定电流电路将穿过所述LED的电流调节到所述电流值。
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