CN105206226A - 一种高精度电流驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高精度电流驱动电路，包括输出电流设定单元、输出电流镜像单元和恒流输出驱动单元，所述的输出电流设定单元与输出电流镜像单元连接，所述输出电流镜像单元连接恒流输出驱动单元，所述的恒流输出驱动单元包含多路恒流驱动通道。输出电流设定单元、输出电流镜像单元和恒流输出驱动单元相连可有效降低因各种工艺角下运算放大器的失调电压所导致的输出电流失配及不准，以获得高精度电流输出，从而提升LED显示屏幕的表达品质。
Description
技术领域：
本发明实施例涉及一种高精度电流驱动电路，尤其涉及一种应用于发光二极管（LightEmittingDiode,LED）显示系统中的高精度电流驱动电路。
背景技术：
随着人们对科技和环境的关注越来越高，LED以其高效、安全、寿命长等优点在信息显示领域得到了广泛的应用。LED显示屏的普及得益于LED显示屏驱动控制技术的飞速发展，在LED显示驱动技术的强大支撑下，LED显示屏市场得到了蓬勃发展。因此，LED显示屏驱动芯片的好坏对LED显示屏的显示质量起着至关重要甚至决定性的作用。
目前LED显示驱动技术中关键指标主要体现在以下几个方面：最大输出电流，恒流源输出路数，电流输出一致性。尤其伴随LED显示屏由户外走入室内，市场对LED显示屏的高显示质量高精度提出了更严格的要求。而LED高精度显示的前提便是LED恒流输出通道的高精度电流输出。由此产生针对恒流输出通道的高精度电流驱动电路。
传统的针对恒流输出通道的电流驱动电路，通常会采用高增益的运算放大器以降低系统失调与噪声所引起的失调电压或电流，但由于集成电路工艺中工艺角的存在，高增益所能提升的电流输出精度表现存在上限。
发明内容：
本发明针对传统电流驱动电路无法克服工艺角所引起的输出电流失调的缺点，提出利用斩波运算放大器实现高精度电流驱动电路，能够有效减少各种工艺角下失调电压的引入，以获得高精度电流输出。
本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，利用斩波运算放大器实现高精度电流驱动电路，包括输出电流设定单元、输出电流镜像单元和恒流输出驱动单元，所述的输出电流设定单元与输出电流镜像单元连接，所述输出电流镜像单元连接恒流输出驱动单元，所述的恒流输出驱动单元包含多路恒流驱动通道；
所述输出电流设定单元，用于产生输出通道比例放大的源参考电流；
所述输出电流镜像单元，利用上述源参考电流进行比例镜像并在第一电阻上产生参考电压；
所述恒流输出驱动单元，包含多路恒流驱动通道，利用上述参考电压在第二电阻上产生恒定电流并输出。
所述输出电流设定单元包括第一参考电压输入端、第一电阻、第一运算放大器及第一晶体管，所述第一参考电压输入端与第一运算放大器正向输入端连接，第一电阻分别与第一运算放大器反向输入端及第一晶体管的源端连接，第一电阻的另一端与地连接，第一运算放大器的输出端与第一晶体管的栅端连接，第二晶体管的源端与低压电源输入端连接，第一晶体管的漏端与第二晶体管的漏端、第二晶体管的栅端及输出电流镜像单元连接；
所述输出电流镜像单元包括第三晶体管及第二电阻，所述第三晶体管栅端与输出电流设定单元连接，第三晶体管源端与低压电源输入端连接，第二电阻的一端与地连接，第三晶体管漏端与第二电阻的另一端及恒流输出驱动单元连接；
所述恒流输出驱动单元包括多路恒流驱动通道，每路恒流驱动通道均与输出电流镜像单元连接；
进一步的，所述每路恒流驱动单元均包括第二运算放大器、第四晶体管及第三电阻，所述第二运算放大器为斩波运算放大器，第二运算放大器的正向输入端与输出电流镜像单元连接，第三电阻分别与第二运算放大器的反向输入端及第四晶体管的源端连接，第三电阻的另一端与地连接，第四晶体管的栅端与第二运算放大器的输出端连接，第四晶体管的漏端与恒流输出端连接。
本发明利用斩波运算放大器实现高精度电流驱动电路，输出电流设定单元、输出电流镜像单元和恒流输出驱动单元相连可有效降低因各种工艺角下运算放大器的失调电压所导致的输出电流失配及不准，以获得高精度电流输出，从而提升LED显示屏幕的表达品质。
附图说明：
图1为本发明利用斩波运算放大器实现高精度电流驱动电路的结构框图；
图2为本发明实施例中利用斩波运算放大器实现高精度电流驱动电路的电路图；
图3为本发明实施例中斩波运算放大器的示意图；
图4为本发明实施例中恒流驱动通道的示意图；
其中，200为输出电流设定单元，201为输出电流镜像单元，202为恒流输出驱动单元，VCC为低压电源输入端，VREF为第一参考电压输入端，OP1为第一运算放大器，M1为第一晶体管，M2为第二晶体管，M3为第三晶体管，R1为第一电阻，R2为第二电阻，OP2为第二运算放大器，R3为第三晶体管，M4为第四晶体管，IOUTn为恒流输出端。
具体实施方式：
下面结合附图及实施例详细描述本发明的技术方案：本发明针对传统电流驱动电路无法克服工艺角所引起的输出电流失调的缺点，提出利用斩波运算放大器实现高精度电流驱动电路，如图1所示，包括输出电流设定单元200、输出电流镜像单元201和恒流输出驱动单元202，所述的输出电流设定单元200与输出电流镜像单元201连接，所述输出电流镜像单元201连接恒流输出驱动单元202，所述的恒流输出驱动单元202包含多路恒流驱动通道；所述输出电流设定单元200，用于产生输出通道比例放大的源参考电流；所述输出电流镜像单元201，利用上述源参考电流进行比例镜像并在第一电阻上产生参考电压；所述恒流输出驱动单元202，包含多路恒流驱动通道，利用上述参考电压在第二电阻上产生恒定电流并输出。
本例中，输出电流设定单元200与输出电流镜像单元201连接，输出电流镜像单元201与恒流输出驱动单元202201连接；具体的，输出电流设定单元200包括第一参考电压输入端VREF、第一电阻R1、第一运算放大器OP1及第一晶体管M1，所述第一参考电压输入端VREF与第一运算放大器OP1正向输入端连接，第一电阻R1分别与第一运算放大器OP1反向输入端及第一晶体管M1的源端连接，第一电阻R1的另一端与地连接，第一运算放大器OP1的输出端与第一晶体管M1的栅端连接，第二晶体管M2的源端与低压电源输入端VCC连接，第一晶体管M1的漏端与第二晶体管M2的漏端、第二晶体管M2的栅端及输出电流镜像单元201连接；输出电流镜像单元201包括第三晶体管M3及第二电阻R2，所述第三晶体管M3栅端与输出电流设定单元200202连接，第三晶体管M3源端与低压电源输入端VCC连接，第二电阻R2的一端与地连接，第三晶体管M3漏端与第二电阻R2的另一端及恒流输出驱动单元202连接；所述恒流输出驱动单元202包括多路恒流驱动通道，每路恒流驱动通道均与输出电流镜像单元201连接，进一步的，所述每路恒流驱动单元201均包括第二运算放大器OP2、第四晶体管M4及第三电阻R3，所述第二运算放大器OP2为斩波运算放大器，第二运算放大器OP2的正向输入端与输出电流镜像单元201连接，第三电阻R3分别与第二运算放大器OP2的反向输入端及第四晶体管M4的源端连接，第三电阻R3的另一端与地连接，第四晶体管M4的栅端与第二运算放大器OP2的输出端连接，第四晶体管M4的漏端与恒流输出端IOUTn连接。
由于本例中输出电流镜像单元201与恒流输出驱动单元202中电阻为同一材质并且成比例镜像，因此恒流驱动所输出电流能够精确放大输出电流单元所设定的参考电流。同时恒流驱动通道利用斩波运算放大器实现高精度电流驱动电路，有效降低因各种工艺角下运算放大器的失调电压所导致的输出电流失配及不准，以获得高精度电流输出，从而提升LED显示屏幕的表达品质。
具体的输出电流设定单元200与输出电流镜像单元201如图2所示，第一参考电压输入端VREF与第一运算放大器OP1的正向输入端相连接，第一运算放大器OP1的反向输入端则与第一电阻R1及第一晶体管M1的源端连接，同时第一晶体管M1的栅端与第一运算放大器OP1的输出端连接，由于在运算放大器的作用下正向输入端必须与反向输入端电压相等，否则运算放大器的输出端会通过调节第一晶体管M1的栅端使得在第一电阻R1上产生的反响输入端电压进行变化，由此第一电阻R1上产生的压降等于VREF，所以流经第一晶体管M1的电流可以表达为：。
同时，第二晶体管M2与第三晶体管M3组成电流镜，实现电流镜像，通过调节第三晶体管M3与第二晶体管M2的m数比例来调节所得镜像电流大小，所以流经第三晶体管M3及第二电阻R2的电流为：，由此输出电流镜像单元201提供给恒流输出驱动单元202的参考电压为：。
在第二运算放大器OP2的作用下，正向输入端电压应该等于反向输入端电压，因此存在以下电压关系：，通过将上述表达式化简可得：。
进一步的，由于R2与R3为同材质并且成比例镜像的电阻，因此输出电流主要受以下因素影响：片内生成的第一参考电压VREF、第二晶体管M2与第三晶体管M3组成电流镜的镜像比例m、芯片外用于设定电流的第一电阻R1和第二电阻R2与第三电阻R3的镜像比例。
进一步的，第二运算放大器OP2若采用传统运算放大器结构则会引入失调电压VOS，为保证第二电阻R2与第三电阻R3的镜像比例严格遵循设计预期，也就是要求第二运算放大器OP2的失调电压VOS足够小，由此第二运算放大器OP2采用斩波运算放大器结构。
如图3所示，斩波运算放大器在正常工作时需要时钟信号控制其进行输入与输出端的周期切换，以最大程度降低失调电压VOS对输出的影响，以使整个运算放大器的失调电压VOS达到最低，同时改善程度与时钟信号的频率在一定范围内成正比并且该时钟信号占空比应尽量接近50%。
如图4所示，恒流驱动通道利用斩波运算放大器OP2实现高精度电流驱动电路，有效降低因各种工艺角下运算放大器的失调电压VOS所导致的输出电流失配及不准，以获得高精度电流输出：。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (3)
1.一种高精度电流驱动电路，其特征在于：包括输出电流设定单元、输出电流镜像单元和恒流输出驱动单元，所述的输出电流设定单元与输出电流镜像单元连接，所述输出电流镜像单元连接恒流输出驱动单元，所述的恒流输出驱动单元包含多路恒流驱动通道。
2.根据权利要求1所述的高精度电流驱动电路，其特征在于，所述输出电流设定单元包括第一参考电压输入端、第一电阻、第一运算放大器及第一晶体管，所述第一参考电压输入端与第一运算放大器正向输入端连接，第一电阻分别与第一运算放大器反向输入端及第一晶体管的源端连接，第一电阻的另一端与地连接，第一运算放大器的输出端与第一晶体管的栅端连接，第二晶体管的源端与低压电源输入端连接，第一晶体管的漏端与第二晶体管的漏端、第二晶体管的栅端及输出电流镜像单元连接；所述输出电流镜像单元包括第三晶体管及第二电阻，所述第三晶体管栅端与输出电流设定单元连接，第三晶体管源端与低压电源输入端连接，第二电阻的一端与地连接，第三晶体管漏端与第二电阻的另一端及恒流输出驱动单元连接；所述恒流输出驱动单元包括多路恒流驱动通道，每路恒流驱动通道均与输出电流镜像单元连接。
3.根据权利要求1所述的高精度电流驱动电路，其特征在于，所述每路恒流输出驱动单元均包括第二运算放大器、第四晶体管及第三电阻，所述第二运算放大器为斩波运算放大器，第二运算放大器的正向输入端与输出电流镜像单元连接，第三电阻分别与第二运算放大器的反向输入端及第四晶体管的源端连接，第三电阻的另一端与地连接，第四晶体管的栅端与第二运算放大器的输出端连接，第四晶体管的漏端与恒流输出端连接。
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