CN103079314B

CN103079314B - 多路电流源切换装置

Info

Publication number: CN103079314B
Application number: CN201210586629.XA
Authority: CN
Inventors: 宁宁; 贾永明; 陈文斌; 冯纯益; 李东明; 杨冕; 封正勇; 龙文涛
Original assignee: Sichuan Sunfor Light Co Ltd; University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: Sichuan Sunfor Light Co Ltd; University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2032-12-28
Also published as: EP2941099B1; US20150357823A1; AU2013369771B2; CN104768290B; RU2623494C2; WO2014101837A1; EP2941099A1; CN104768290A; AU2013369771A1; CN103079314A; RU2015130641A; CA2895970A1; US9819195B2; EP2941099A4

Abstract

本发明公开了一种多路电流源切换装置，包括切换控制单元、每一路由恒流源电路和切换电路组成的N路电流通路、N个负载。第一负载的一端连接到负载电源，另一端与第一电流通路的恒流源电路的输出端和第二负载的一端连接；第i负载的一端与第i-1负载的另一端和第i电流通路的恒流源电路的输出端连接；切换控制单元经切换电路控制相应的恒流源电路的输出电流。电路切换时，要关闭的电路通路的切换电路输出电压按照预定电压变化量降低直至为零，同时要开启的电路通路的切换电路输出电压按照预定电压变化量上升直至最高工作电压，使得在切换期间一负载上的电流不超过预定电流也不为零；其中，N为不小于2的整数，i=2,3,4，…，N。

Description

多路电流源切换装置

技术领域

本发明涉及数模混合集成电路技术领域，特别涉及一种数字控制的多路电流源切换电路。

背景技术

随着集成电路技术的发展，电流源应用越来越普遍。特别在大功率白光LED照明、大型LED显示屏的广泛应用背景下，要求驱动更多数量的LED，往往采用多LED串组形式实现，为满足发光的均匀性，白平衡的要求，须保证每一路驱动电流恒定，设计一个能为多个LED通路提供基本一致的恒定电流，并且保证通路切换时不出现过电流和零电流现象的驱动电路显得尤为关键。

传统的多路电流源切换电路如图1所示（以3通路为例），该电路包括：运算放大器101、102和103、MOS开关管M1、M2和M3、采样电阻R1、R2和R3、及开关S1…S6、负载104、105和106。

当由第三通路切换至第二通路时，开关S2、S3和S6闭合，开关S1、S4和S5断开，运算放大器101、102和103的同相输入端接分别连接参考电平地、Vref和地，此时第二通路开启第一、三通路关闭，流过MOS管M2的电流即为输出电流且可以由等式1表示。因为运算放大器102、MOS管M2和采样电阻R2构成负反馈回路，所以MOS管M2所在支路电流保持恒定。当由第二通路切换至第一通路时时，开关S1、S4和S6闭合，开关S2、S3和S5断开，运算放大器101、102和103的同相输入端接分别连接参考电平Vref、地和地，此时第一通路开启第二、三通路关闭，第一通路控制输出电流。

由此可以推导传统的多组电流切换电路工作原理，在实现多组电流切换时，其中一组的误差放大器同相输入端接Vref，其余通路的误差放大器同相输入端接地。由于同一时刻只有一个通路开启，电流切换是在开启下一通路的同时关闭前一个通路。

I_{2} = \frac{V_{ref}}{R_{2}}

（式1）

传统多路电流源切换电路在多路电流切换时，需要同时打开一个通路和关闭一个通路，由于控制信号的不同步可能会出现以下情况：在由第二通路切换到第一通路时，运算放大器101和运算放大器102的同相输入端接都被开关连接到Vref时，负载104上的电流由式2表示，负载105上的电流由式3表示；当运算放大器101和运算放大器102的同相输入端接都被开关连接到地时，负载104和负载105上的电流均为零。

I_{103} = \frac{V_{REF}}{R_{1}} + \frac{V_{REF}}{R_{2}}

(式2)

I_{104} = \frac{V_{REF}}{R_{2}}

(式3)

所以，传统的多路电流源切换电路在通路切换时，由于电路中开关控制信号延迟等原因，会出现两通路同时打开或同时关闭的情况，从而使得负载上电流过大或没有电流，导致电路失效。

发明内容

根据本发明，提供了一种多路电流源切换装置，包括切换控制单元、每一路由恒流源电路和切换电路组成的N路电流通路、与所述电路通路数目相同的多个负载，

多个负载中的第一负载的一端连接到负载电源，另一端与第一电流通路的恒流源电路的输出端以及第二负载的一端连接；第i负载的一端与第i-1负载的另一端以及第i电流通路的恒流源电路的输出端连接；

每一个恒流源电路经一个切换电路连接到所述切换控制单元并根据所述切换电路提供的电压输出电流；

在所述切换控制单元的控制下，在发生电路切换时，要关闭的电路通路的切换电路输出的工作电压按照预定电压变化量降低直至为零，同时要开启的电路通路的切换电路输出的工作电压按照预定电压变化量上升直至最高工作电压，使得在切换期间任一负载上的电流不超过预定电流；

其中，N为不小于2的整数，i=2,3,4，…，N。

进一步地，在不发生电路切换时，所述切换控制单元使得只有一个电路通路的切换电路向相应的恒流源电路提供使其输出恒定电流的工作电压。

较佳地，N路电流通路为第一至第三电流通路，多个负载为第一至第三负载。

其中，每一个切换电路包括：计数器，用于在接收到所述切换控制单元的高电平控制信号时根据来自所述切换控制单元的时钟信号进行减计数，在接收到所述切换控制单元的低电平控制信号根据来自所述切换控制单元的时钟信号进行加计数，并输出计数信号；数模转换器，用于根据来自所述计数器的计数信号产生输出电压以控制相应的恒流源电路的输出电流。

较佳地，所述计数器包括2P个D触发器，第一至第三反相器、第一和第二三输入与门、数据选择器，P为大于2的整数；

来自所述切换控制单元的电平控制信号连接至D触发器1，2，…，P的清零端、第三反相器、第一三输入与门和数据选择器的输入端；第三反相器的输出连接至第一三输入与门的输入端以及D触发器P+1，P+2，…，2P的清零端；

由切换控制单元提供的时钟信号连接第一和第二三输入与门的输入端，第二三输入与门输出连接D触发器1，2，…，P的时钟输入端，第一三输入与门输出连接D触发器P+1，P+2，…，2P的时钟输入端；

D触发器1和P+1的输入接至高电压电平，Q非输出分别连接D触发器2和P+2的D输入端，D触发器2，3，…，P和P+2，P+3，…，2P中，前一个触发器的Q输出端连接到下一个触发器的D输入端，D触发器P和2P的输出端分别连接至第一和第二反相器的输入端，第一和第二反相器的输出分别连接到第一和第二三输入与门的输入端，D触发器1，2，…，P的输出由高至低位依次连接至数据选择器的第一输入端，D触发器P+1，P+2，…，2P的输出由低至高位依次连接至数据选择器的第二输入端。

优选地，所述D触发器均为在时钟信号均的上升沿触发。

较佳地，所述数模转换器包括P-1个分压电阻、P个开关管、开关管M41和开关管M42以及第一反相器Con41和第二反相器Con42；

其中，分压电阻R1，R2，…，RP-1依次串联连接；

开关管M41的漏极连接到分压电阻R1的、未与分压电阻R2连接的一端，源极接地，栅极连接到第一反相器Con41的输出端；

开关管M42的漏极连接到参考电压Vref，源极连接到第P个开关管的漏极以及分压电阻RP-1的、未与分压电阻RP-2串联连接的一端，栅极连接到第二反相器Con42的输出端；

第2至第P-1开关管的漏极分别依次连接到分压电阻R1和RP-1串联的连接端，第1开关管的漏极连接到分压电阻R1和开关管M41的连接端，第P开关管的漏极连接到分压电阻RP-1和开关管M42的源极的连接端；

第三数据线DATA<P-1:0>分别连接到第1至第P开关管的栅极和第一和第二反相器的输入端；第1至第P开关管的源极连接到所述数模转换器的输出端；

其中，第1，第2，…，第P开关管的导通与关断依次由计数器输出的DATA<0>，DATA<1>…DATA<P-1>控制，开关管M42的导通与关断由DATA<0>控制，开关管M41的导通与关断由DATA<P-1>控制。

优选地，所述P为10。

其中，当需要切换电路通路时，根据所述切换控制单元的电平控制信号以及来自所述切换控制单元的时钟信号，要开启的电路通路的切换电路的计数器进行减计数并将计数信号输出至该切换电路的相应数模转换器以产生按照电压变化量1/(P-1)Vref降低的输出电压；同时，要关闭的电路的切换电路的计数器进行加计数并将计数信号输出至该切换电路的数模转换器以产生按照电压变化量1/(P-1)Vref升高的输出电压，使得要关闭的电路通路的恒流源电路的输出电流在关闭过程中按照预定电流变化量降低的同时，要开启的电路通路的恒流源电路的输出电流在开启过程中按照预定电流变化量增加。

其中，每一个恒流源电路包括：运算放大器，开关管和采样电阻；

开关管的漏极连接到相应的负载，源极经所述采样电阻接地，栅极连接到所述运算放大器的输出端；

所述运算放大器的同相输入端连接到所述切换电路的输出端，反相输入端经所述采样电阻接地。

其中，每一个恒流电路的输出电流大小为：

I = \frac{V_{INP}}{R}

其中，V_INP为运算放大器同相端的输入电压。

发明中，在没有发生切换时，开启的通路的电流保持恒定。当需要进行通路切换时，可以保证要关断的通路，电流逐次降低，与此同时要打开的通路，电流逐次增大。因此，本发明可以实现总体电路切换电流的平滑变化，有效避免了过电流和零电流的现象。而且，本发明中电路未采用电容器可以有效减小版图面积，降低制作成本；计数器和DAC在切换完成后的静态功耗为0，可以有效降低功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1为传统的两通路LED驱动电路示意图；

图2为根据本发明的实施例的多路电流源切换装置的原理框图；

图3为本发明的示例实施例的数字控制的电流源切换电路示意图；

图4为根据本发明的切换电路的计数器部分电路示意图；

图5为根据本发明的切换电路中的数模转换器DAC部分电路示意图；

图6为根据本发明的图3-5示例实施例的数字控制的电流源切换的仿真结果。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

图2示出了根据本发明的实施例的多路电流源切换装置的原理框图。如果2所示，多路电流源切换装置包括切换控制单元200、第一至第三恒流源电路、第一至第三切换电路和第一至第三负载。第一负载的一端连接到负载电源，另一端与第一恒流源电路的输出端以及第二负载的一端连接；第二负载的一端与第一负载的另一端以及第二恒流源电路的输出端连接；第三负载的一端与第二负载的另一端以及第三恒流源电路的输出端连接。在切换控制单元200的控制下，在不发生电路切换时，第一至第三切换电路中只有一个向相应的恒流源电路提供使该恒流源电路输出恒定电流的工作电压；在发生电路切换时，要关闭的切换电路输出的工作电压按照第一预定电压变化量降低直至为零，同时要开启的切换电路输出的工作电压按照预定电压变化量上升直至最高工作电压，使得在切换期间第一至第三负载任意之一上的电流不超过预定电流。

图2仅以3路电流源切换为例进行说明。本领域技术人员理解，本发明可以应用于只有两路电流源切换以及3路以上的电流源切换。在具有N路电流源的情形下，多个负载中的第一负载的一端连接到负载电源，另一端与第一恒流源电路的输出端以及第二负载的一端连接。第i负载的一端与第i-1负载的另一端以及第i电流通路的恒流源电路的输出端连接。每一个电流通路中的恒流源电路经一个切换电路连接到切换控制单元并根据切换电路提供的电压输出电流。在切换控制单元的控制下，在不发生电路切换时，只有一个电流通路的切换电路向相应的恒流源电路提供使其输出恒定电流的工作电压；在发生电路切换时，要关闭的电流通路的切换电路输出的工作电压按照第一预定电压变化量降低直至为零，同时要开启的电流通路的切换电路输出的工作电压按照预定电压变化量上升直至最高工作电压，使得在预定的切换时间内任一负载上的电流不超过预定电流。其中，N为不小于2的整数，i=2,3,4，…，N。

较佳地，每一切换电路具有相同的电路，包括计数器和数模转换器（DAC）。计数器在切换控制电路的控制下进行减计数和加计数之一，DAC根据计数器的计数信号输出工作电压到恒流源电路的输入端以使输出电流降低或增加。切换控制单元对提供给多个切换电路中的每一个计数器的电平控制信号进行控制以使每一个计数器的电平控制信号同步变化。

本发明中，由于在发生电路切换时，并不是简单的关闭一通路和开启另一通路，而是逐渐以预定电压变化量降低一通路的输出电流并同时以预定电压变化量增加另一通路的输出电流，从而确保了在任一负载上的最大电流不超过预定电流，从而避免了由于控制信号的不同步导致的过流以及零电流的发生。进一步地，采用计数器和数模转换器组成的数字切换电路，通过数字控制，使得电路切换时，不仅各通路电流能实现平滑过渡，避免出现过电流和零电流的现象，还能够更为精确地对电路切换进行精确控制。

图3示出了本发明的一个实施例的3路电流源切换装置的具体结构图。第一切换通路包括由第一计数器201、第一数模转换器（DAC）202组成的第一切换电路以及第一恒流模块203。第二切换通路包括由第二计数器204、第二数模转换器205的第二切换电路以及第二恒流模块206。第三切换通路包括由第三计数器207、第三数模转换器（DAC）208组成的第三切换电路以及第三恒流模块209。

如图3所示，第一恒流模块由第一运算放大器，第一开关管M_I1和第一采样电阻R_I1构成。第二恒流模块由第二运算放大器，第二开关管M_I2和第二采样电阻R_I2构成。第三恒流模块由第三运算放大器，第三开关管M_I3和第三采样电阻R_I3构成。第一至第三恒流模块的电路结构以及工作原理相同。以第一恒流模块为例，开关管M_I1的输出端即漏极连接到第一负载，源极经采样电阻R_I1接地。第一恒流模块中的运算放大器的同相输入端连接到所述数模转换器202的输出端，反相输入端经采样电阻R_I1接地。当第一运算放大器同相输入端接电压恒定时，第一输出电流保持恒定，当电压变化时，输出电流也发生相应的变化。第一恒流模块的输出电流大小可由下面等式表示：

I = \frac{V_{INP 1}}{R_{1}} .

类似地，第二和第三恒流模块的输出电流大小为：

I_{2} = \frac{VINP 2}{R_{2}},

和

I_{2} = \frac{VINP 3}{R_{3}} .

第三计数器201、204和207的输入控制信号分别接收由切换控制单元提供的第一至第三电平控制信号DOWN/UP1、DOWN/UP2和DOWN/UP3；第一至第三计数器的输入时钟信号端接收切换控制单元200提供的时钟CLK；第一至第三计数器的输出分别连接到第一至第三DAC202、205和208的数字信号输入端，第一至第三DAC202、205和208的输出分别连接到第一至第三恒流模块203、206和209的第一至第三运算放大器的同相输入端，第一至第三恒流模块203、206和209分别输出第一至第三电流I1、I2和I3。本实施例中，第一至第三计数器分别依据第一至第三电平控制信号DOWN/UP1、DOWN/UP2和DOWN/UP3和时钟信号CLK进行计数，计数信号分别输出到第一至第三DAC，第一至第三DAC分别依据第一至第三计数器输出的计数信号产生相应的电压信号VINP1、VINP2和VINP3。第一至第三恒流模块分别依据第一至第三DAC输出的电压信号输出第一至第三电流。如图3所示，第一至第三电流分别如下：

I_{1} = \frac{VINP 1}{R_{1}},

I_{2} = \frac{VINP 2}{R_{2}},

和

I_{2} = \frac{VINP 3}{R_{3}},

式中，VINP1至VINP3分别为由第一至第三数模转换器产生的、输入到第一至第三运算放大器的同相输入端的电压信号。

当由第三通路切换至第二通路时，第一电平控制信号DOWN/UP1保持高电平、第二电平控制信号DOWN/UP2由高电平变为低电平、第三电平控制信号DOWN/UP3由低电平变为高电平，第一至第三电平控制信号同步变化。第三电平控制信号DOWN/UP3使第三计数器207实现减计数功能，第三计数器输出使第三DAC208输出电压逐渐降低，从而使第三恒流模块209输出电流逐渐降低直到输出电流为0，第二电平控制信号DOWN/UP2使第二计数器204实现加计数功能，第二计数器输出使第二DAC205输出电压逐渐升高，从而使第二恒流模块206输出电流逐渐升高至最大值。当由第二通路切换至第一通路时，第一电平控制信号DOWN/UP1由高电平变为低电平、第二电平控制信号DOWN/UP2由低电平变为高电平、第三电平控制信号DOWN/UP3保持高电平，各个控制信号同步变化。第二电平控制信号DOWN/UP2使第二计数器204实现减计数功能，第二计数器输出使第二DAC205输出电压逐渐降低，从而使第二恒流模块206输出电流逐渐降低直到输出电流为0，第一电平控制信号DOWN/UP1使第一计数器201实现加计数功能，第一计数器输出使第一DAC202输出电压逐渐升高，从而使第一恒流模块203输出电流逐渐升高至最大值。

在图3所示的实施例中，为简明起见，仅以3路电流源切换为例进行说明。本领域技术人员可以将其扩展到N路电流源切换的情形，N为大于等于2的整数。在N路电源切换的情形中，具有N个负载、N个切换电路、N个恒流源电路。电平控制信号DOWN/UP1、DOWN/UP2和DOWN/UP3…DOWN/UPn由切换控制单元提供。由于同一时刻只有一个通路开启，所以同一时刻只有一个控制信号为低电平。当要实现通路切换时，需要关闭的通路的电平控制信号由低变高的同时，需要开启的通路的电平控制信号由高变低，并且其余控制信号中为高电平的控制信号保持高电平。

图4示出了本发明的实施例的计数器的结构图。如图4所示，第一至第三计数器201、204和207中的每一个的电路结构以及工作原理相同。以第一计数器201为例，第一计数器201由D触发器301～320、反相器321～323、第一和第二三输入与门324，325、数据选择器326组成。DOWN/UP1信号连接D触发器301…310的清零端、反相器323、第一三输入与门324和数据选择器的输入端。反相器323的输出连接至第一三输入与门324的输入端以及D触发器311，312，…，320的清零端。由切换控制单元提供的CLK信号连接第一和第二三输入与门324和325的输入端，第二三输入与门325输出连接D触发器301…310的时钟输入端，第一三输入与门324输出连接D触发器311…320的时钟输入端，D触发器301和311输入接VCC高电平，Q非输出分别连接302和312的D输入端，D触发器302…310和312…320中，前一个触发器的Q输出端连接到下一个触发器的D输入端，D触发器310和320的输出端分别连接反相器321和322的输入端，反相器321和322的输出分别连接到三输入与门324和325的输入端，D触发器301…310输出对应由高至低位连接数据选择器的第一输入端，D触发器311…320输出对应由低至高位连接数据选择器的第二输入端。D触发器均为在时钟信号均的上升沿触发，并带有异步清零（低电平有效）。该计数器有加计数和减计数两个功能。当DOWN/UP1为高电平时，实现减计数功能，CLR2信号有效，CLR1信号无效，DATA_A<9:0>为1000000000，DATA_B<0:9>为1000000000，数据选择器326选通第一数据线DATA_A<9:0>。随着时钟信号的跳变，数据依次右移，计数从1000000000、0100000000…至0000000001，当输出为0000000001时，D触发器310输出1，反相器321输出0，三输入与门325输出0，计数停止，计数输出送给DAC，实现通路电流的递减。当DOWN/UP1为低电平时，实现加计数功能，CLR1信号有效，CLR2信号无效，DATA_A<9:0>为1000000000，DATA_B<0:9>为1000000000，数据选择器326选通第二数据线DATA_B<0:9>。随着时钟的跳变，依次左移，计数从0000000001、0000000010…至1000000000，计数停止，计数输出送给DAC，实现通路电流的递增。

图5示出了本发明的与第一至第三计数器配合使用的第一至第三数模转换器的结构示意图。第一至第三DAC的结构以及工作原理完全相同。如图5所示，以第一数模转换器为例，第一数模转换器包括串联连接的分压电阻R1…R9，开关管400…409，M42，M41，反相器Con42和Con41。分压电阻R1，R2，…，R9串联连接。开关管M41的漏极连接到分压电阻R1的、未与分压电阻R2连接的一端，源极接地，栅极连接到反相器Con41的输出端。开关管M42的漏极连接到参考电压VREF，源极连接到开关管409的漏极以及分压电阻R9的、未与分压电阻R8串联连接的一端，栅极连接到反相器Con42的输出端。开关管402至408的漏极分别依次连接到分压电阻R1和R9串联的连接端，开关管M400的漏极连接到分压电阻R1和开关管M41的连接端，开关管M409的漏极连接到分压电阻R9和开关管M42的源极的连接端；第三数据线DATA<9:0>连接到开关管400至409的栅极和反相器Con42和Con41的输入端；开关管400至409的源极连接到数模转换器的输出端。其中，开关管400，401，…，409的导通与关断依次由第一计数器输出的DATA<0>，DATA<1>…DATA<9>控制，开关管M42由DATA<0>控制，开关管M41由DATA<9>控制，当第一计数器实现加计数功能时，第一DAC输出电压VOUT递增，当第一计数器增加到最大值即DATA<9:0>为1000000000时，控制信号DATA<9>经过反相器Con41控制开关管M41关闭，串联连接的电阻支路断开。当第一计数器实现减计数功能时，DAC输出电压VOUT递减，当第一计数器减小到最小值即DATA<9:0>为0000000001时，控制信号DATA<0>经过反相器Con42控制开关管M42关闭，串联连接的电阻支路断开。

下面以第一计数器为例详细描述计数器的具体工作过程。当电平控制信号DOWN/UP1为高电平时，第一计数器实现减计数功能。此时，数据选择器326选通DATA_A<9:0>，CLR2信号有效，DATA_B<0:9>为1000000000，DATA_A<9:0>为1000000000，D触发器301~310输出为1000000000。随着时钟信号的跳变，数据依次右移，计数输出从1000000000、0100000000…变化，直至D触发器310输出高电平经反相器321变为低电平，该低电平经与门325与时钟信号相与，减计数停止。同理，当电平控制信号DOWN/UP1为低电平时，第一计数器实现加计数功能。此时，数据选择器326选通DATA_B<0:9>，CLR1信号有效，DATA_A<9:0>为1000000000，DATA_B<0:9>为1000000000，D触发器311~320输出为1000000000，由于DATA_B<0:9>对应数据选择器326输出的DATA<9:0>，所以随着时钟信号的跳变，数据依次右移，计数输出从0000000001、0000000001…变化，直至D触发器320输出高电平经反相器322变为低电平，该低电平经与门324与时钟信号相与，加计数停止。

如图5所示，本发明的多路电流源切换电路中的DAC部分工作过程为：计数器输出DATA<9:0>作为该DAC的输入信号，DATA<9>～DATA<0>依次分别控制MOS开关管409～400的导通与关断，M42由DATA<0>控制，M41由DATA<9>控制。当计数器处于加计数工作状态时，MOS开关管从400、401…至409逐次导通，并由分压电阻分压，输出按照1/9Vref的预定电压变化量从0V，1/9Vref，2/9Vref…变化至等于Vref，当计数器增加到最大值即DATA<9:0>为1000000000输出电压等于Vref时，控制信号DATA<9>经过反相器Con41控制开关管M41关闭，电阻串支路断开且该支路电流为0。当计数器处于减计数工作状态时，MOS开关管从409、408…至400逐次导通，并由分压电阻分压，输出按照1/9Vref的预定电压变化量从Vref，8/9Vref…最终变为0V，当计数器减小到最小值即DATA<9:0>为0000000001输出电压等于0V时，控制信号DATA<0>经过反相器Con42控制开关管M42关闭，电阻串支路断开且该支路电流为0。

在本实施实例中，当要求通路切换时，需要关闭的通路以及需要开启的通路中的相应的计数器依据电平控制信号和时钟信号开始计数，计数输出发送到相应的DAC，DAC依据计数输出信号，产生相应的电压变化信号，控制相应的运算放大器的同相输入端的电压大小，实现对输出电流的控制，进而实现对通路电流切换的控制。当不需要切换时，需要开启的通路在切换控制单元的控制下一直保持接通，相应的恒流源电路即恒流模块输出恒定的电流。

下面结合图3-5描述的多路电流源切换电路的切换过程。当某一时刻，收到切换控制单元的控制输出信号，需要关闭第一通路，打开第二通路，此时输送给第一计数器的电平控制信号DOWN/UP1端由低电平变为高电平，同时输入给第二计数器的电平控制信号DOWN/UP2端由高电平变为低电平，第一和第二计数器开始计数。第一计数器201实现减计数功能，计数从1000000000、0100000000…至0000000001，第一DAC202输出电压由Vref逐渐降低至0，通路1电流逐渐降低至0。与此同时，第二计数器204实现加计数功能，计数从0000000001、0000000010…至1000000000。第二DAC205输出电压由0逐渐升高至Vref，通路2电流逐渐升高。从而实现了2路电流的切换。类似地，按照相同的方式完成其他通路之间的切换。这样，在通路切换期间，在任一负载上，例如第一负载上的电流不会出现零电流，并且最大电流为不超过预定电流，预定电流为I1和I2中的最大值。在各个恒流源电路及恒流模块完全相同的情形下，在通路切换期间，任一负载例如第一负载上的电流不会超过预定电流I1。本发明中，电平控制信号由切换控制单元产生。对于多切换通路，同一时刻只有一路开启，一路关闭。当某一通路的控制信号有效的同时，前一个通路中的有效的控制信号需要变为无效，且同一时刻只能有一通路的控制信号有效。只要控制信号是同步变化的，相应的计数器在时钟的控制下就会同步变化。

图4和图5的多通路电流源切换的仿真结果如图6所示。图中曲线为两路切换时，第一恒流模块203中运算放大器的相端电压VINP1的曲线，及第二恒流模块206中运算放大器同相输入端接电压VINP2的曲线。此时，Vref为1V，可以看出：要关断的通路，电压台阶状逐次降低至0V；同时要打开的通路，电压台阶状逐次升高至1V。又由及即电路中要关断通路电流的逐次降低，要打开通路电流的逐次升高，进而实现电路中各通路的电流切换。

在图4和图5的实施例中，以数据线为10路、串联连接的分压电阻为9个、相应的与分压电阻连接的开关管为10个、DAC为10位为例进行了描述。本领域技术人员能够理解，根据所需要的控制精度，第三数据线可以为P位，DATA<P-1:0>。相应地，串联连接的分压电阻为P-1，相应的与分压电阻连接的开关管为P个，DAC为P位，其中P为大于2的整数。并且，第一数据线为DATA_A<P-1:0>，第二数据线为DATA_B<P-1:0>；与第一数据线连接的D触发器为P个，与第二数据线连接的D触发器为Ｍ个。

在P位的情形下，与图3所示的10路情形相似，以第一计数器201为例，第一计数器201由D触发器1～P，P+1～2P、反相器321～323、第一和第二三输入与门324，325、数据选择器326组成。DOWN/UP1信号连接D触发器1，2，…，P的清零端、反相器323、第一三输入与门324和数据选择器的输入端。反相器323的输出连接至第一三输入与门324的输入端以及D触发器P+1，P+2，…，2P的清零端。由切换控制单元提供的CLK信号连接第一和第二三输入与门324和325的输入端，第二三输入与门325输出连接D触发器1，2，…，P的时钟输入端，第一三输入与门324输出连接D触发器P+1，P+2，…，2P的时钟输入端，D触发器1和P+1输入接VCC高电平，Q非输出分别连接D触发器2和P+2的D输入端，在D触发器2，3，….，P中和在D触发器P+2，P+3，….，2P中，前一个触发器的Q输出端连接到下一个触发器的D输入端，D触发器P和2P的输出端分别连接反相器321和322的输入端，反相器321和322的输出分别连接到三输入与门324和325的输入端，D触发器1，2，…，P输出对应由高至低位连接数据选择器的第一输入端，D触发器P+1，P+2，…，2P输出对应由低至高位连接数据选择器的第二输入端。D触发器均为在时钟信号均的上升沿触发，并带有异步清零（低电平有效）。同样，该计数器有加计数和减计数两个功能。当DOWN/UP1为高电平时，实现减计数功能，CLR2信号有效，CLR1信号无效，DATA_A<P-1:0>为1000000000，DATA_B<0:P-1>为1000000000，数据选择器326选通第一数据线DATA_A<P-1:0>。随着时钟信号的跳变，数据依次右移，计数从2^P-1、2^P-2…至2¹、2⁰，当输出为2⁰时，D触发器P输出1，反相器321输出0，三输入与门325输出0，计数停止，计数输出送给DAC，实现通路电流的递减。当DOWN/UP1为低电平时，实现加计数功能，CLR1信号有效，CLR2信号无效，DATA_A<P-1:0>为2^P-1，DATA_B<0:P-1>为2^P-1，数据选择器326选通第二数据线DATAB<0:P-1>。随着时钟的跳变，依次左移，计数从2⁰、2¹…至2^P-2，2^P-1，计数停止，计数输出送给DAC，实现通路电流的递增。

在P位的情形下，数模转换器的结构与图5所示的结构相似。例如，以第一数模转换器为例，第一数模转换器包括串联连接的分压电阻R1…RP-1，开关管1,2，…P，开关管M42，M41，反相器Con42和Con41。分压电阻R1，R2，…，RP-1串联连接。开关管M41的漏极连接到分压电阻R1的、未与分压电阻R2连接的一端，源极接地，栅极连接到反相器Con41的输出端。开关管M42的漏极连接到参考电压VREF，源极连接到开关管P的漏极以及分压电阻RP-1的、未与分压电阻RP-2串联连接的一端，栅极连接到反相器Con42的输出端。开关管2至P-1的漏极分别依次连接到分压电阻R1和RP-1串联的连接端，开关管1的漏极连接到分压电阻R1和开关管M41的连接端，开关管P的漏极连接到分压电阻RP-1和开关管M42的源极的连接端；第三数据线DATA<P-1:0>连接到开关管1至P的栅极和反相器Con42和Con41的输入端；开关管1至P的源极连接到数模转换器的输出端。其中，开关管1，2，…，P的导通与关断依次由第一计数器输出的DATA<0>，DATA<1>…DATA<P-1>控制，开关管M42由DATA<0>控制，开关管M41由DATA<P-1>控制。当第一计数器实现加计数功能时，第一DAC输出电压VOUT递增，当第一计数器增加到最大值即DATA<P-1:0>为1000000000时，控制信号DATA<P-1>经过反相器Con41控制开关管M41关闭，串联连接的电阻支路断开。当第一计数器实现减计数功能时，DAC输出电压VOUT递减，当第一计数器减小到最小值即DATA<P-1:0>为1时，控制信号DATA<0>经过反相器Con42控制开关管M42关闭，串联连接的电阻支路断开。

在P位的情形下，计数器以及数模转换器的工作原理与10位的情形相似。所不同的是，在通路切换过程中，数模转换器输出的电压按照预定电压变化量即1/(P-1)Vref上升或下降直到最大值或者为零。

由以上电路分析可知，本发明中，在没有发生切换时，开启的通路的电流保持恒定。当需要进行通路切换时，可以保证要关断的通路，电流逐次降低，与此同时要打开的通路，电流逐次增大。因此，本发明可以实现总体电路切换电流的平滑变化，有效避免了过电流和零电流的现象。而且，本发明中电路未采用电容器可以有效减小版图面积，降低制作成本；计数器和DAC在切换完成后的静态功耗为0，可以有效降低功耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种多路电流源切换装置，其特征在于，包括切换控制单元、每一路由恒流源电路和切换电路组成的N路电流通路、与所述电路通路数目相同的多个负载，

在不发生电路切换时，所述切换控制单元使得只有一个电路通路的切换电路向相应的恒流源电路提供使其输出恒定电流的工作电压；

所述切换控制单元对提供给多个切换电路中的每一个计数器的电平控制信号进行控制以使每一个计数器的电平控制信号同步变化；

在N路电源切换的情形中，所述切换装置具有N个负载、N个切换电路、N个恒流源电路；电平控制信号DOWN/UP1、DOWN/UP2和DOWN/UP3…DOWN/UPn由所述切换控制单元提供；当要实现通路切换时，需要关闭的通路的电平控制信号由低变高的同时，需要开启的通路的电平控制信号由高变低，并且其余控制信号中为高电平的控制信号保持高电平；

所述电平控制信号由所述切换控制单元产生，在多切换通路时，同一时刻只有一路开启，一路关闭；

当某一通路的控制信号有效的同时，前一个通路中的有效的控制信号变为无效，并且同一时刻只能有一通路的控制信号有效；所述控制信号是同步变化的，相应的计数器在时钟的控制下同步变化；

其中，N为不小于2的整数，i＝2,3,4，…，N，

当N为3时，N路电流通路为第一至第三电流通路，多个负载为第一至第三负载；

第一切换通路包括由第一计数器、第一数模转换器组成的第一切换电路以及第一恒流模块；第二切换通路包括由第二计数器、第二数模转换器的第二切换电路以及第二恒流模块；第三切换通路包括由第三计数器、第三数模转换器组成的第三切换电路以及第三恒流模块；

第一至三计数器的输入控制信号分别接收由所述切换控制单元提供的第一至第三电平控制信号DOWN/UP1、DOWN/UP2和DOWN/UP3；所述第一至第三计数器的输入时钟信号端接收切换控制单元提供的时钟CLK；第一至第三计数器的输出分别连接到第一至第三数模转换器的数字信号输入端，所述第一至第三数模转换器的输出端分别连接到所述第一至第三恒流模块的第一至第三运算放大器的同相输入端；

当由第三通路切换至第二通路时，所述第一电平控制信号DOWN/UP1保持高电平、所述第二电平控制信号DOWN/UP2由高电平变为低电平、所述第三电平控制信号DOWN/UP3由低电平变为高电平，并且所述第一至第三电平控制信号同步变化；所述第三电平控制信号DOWN/UP3使所述第三计数器实现减计数功能，所述第三计数器输出使所述第三数模转换器输出电压逐渐降低，从而使所述第三恒流模块输出电流逐渐降低直到输出电流为0；所述第二电平控制信号DOWN/UP2使所述第二计数器实现加计数功能，所述第二计数器输出使第二数模转换器输出电压逐渐升高，从而使所述第二恒流模块输出电流逐渐升高至最大值。