CN107682951B

CN107682951B - Led灯控制和按键输入分时复用电路及其控制方法

Info

Publication number: CN107682951B
Application number: CN201611214210.6A
Authority: CN
Inventors: 柏志彬; 贾相英; 李盛峰; 黄令华; 张海波
Original assignee: SHENZHEN HOTCHIP TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: SHENZHEN HOTCHIP TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2023-07-11
Anticipated expiration: 2036-12-26
Also published as: CN107682951A

Abstract

利用同一端子进行LED灯控制和按键输入的分时复用电路以及控制方法，从控制信号输入端子输入的输入输出端子分时复用控制的周期性控制信号；该周期性控制信号包括LED灯控制时间段（T1）和按键信号输入检测时间段（T2）；在LED灯控制时间段（T1）内，电路依据照明控制信号控制LED灯开关；在按键信号输入检测时间段（T2）内，电路将外部按键输入转换为按键按键输出信号；该电路仅包括一个开关MOS管两个电流源和一个电流镜，结构简单，无需设置比较器和参考电压，以极低的成本地实现了一个端子的分时复用功能。

Description

LED灯控制和按键输入分时复用电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及LED灯控制和按键输入电路和装置，尤其LED灯控制和按键输入共用一个端口的分时复用电路。

背景技术

现有技术中，在电路中要做按键检测电路，用于外部按键信息的输入，用于例如实现芯片功能的选择。现有技术中，在电路中要做LED照明控制电路，用于控制外部LED灯的开关控制，通常需要一个输出端口进行LED控制信号的输出。

随着集成电路的迅猛发展，集成电路其中一部分朝着更少管脚，更多功能和更小体积和更小成本的方向发展。由于管脚数量或芯片空间的局限，同一管脚有时候不仅仅用于外部按键信息的输入，同时也需要该管脚能同时进行外部LED灯的照明控制。如果一个管脚合复用同时实现按键检测也能实现LED灯照明控制，就能节省一个管脚，降低芯片的封装成本。

现有技术中的按键与LED灯分时复用电路结构复杂，使用器件很多，使得芯片的成本高。图1为现有技术中的按键与LED灯分时复用电路，其中V_Ref1与V_Ref2为基准电压，V_Ref1的电压值大于V_Ref2的电压值。分时复用控制信号的一个周期划分为按键检测时间段和照明驱动时间段。

在按键检测时间段时，PMOS管P1截止，PMOS管P2开启;如果按键没有按下，KEY脚的电压为V_Ref1高于V_Ref2，设置V_Ref1电压值要比照明LED灯的导通压降低，照明LED灯是灭的；如果按键按下，PMOS管P2与电阻R4分压，使得KEY脚的电压低于V_Ref2，同时KEY脚的电压也低于照明LED灯的导通压降低，照明LED灯也是灭的。因此可以通过比较器的比较按键输入端的电压和参考电压V_Ref2大小的关系来判断是否有按键按下。

在照明驱动时，PMOS管P2截止，如果照明LED工作，PMOS管P1开启，PMOS管P1的源极接电源VCC，电源VCC给照明LED灯供电，VCC电压要比照明LED灯的导通压降高，使照明LED灯亮；如果照明关闭，PMOS管P1截止，无论按键是否按下，照明LED灯都是灭的。由于人眼的视觉频率小于24Hz，周期频率远大于24Hz，看到照明LED灯的亮度就是连续的。

名词解释：

LED是light emitting diode 的缩写，中文含义为发光二极管；

NMOS是Negative channel-Metal-Oxide-Semiconductor的缩写，即N型金属氧化物半导体；

PMOS是Positive channel-Metal-Oxide-Semiconductor的缩写，即P型金属氧化物半导体。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种利用同一端子进行LED灯控制和按键输入的分时复用电路及其控制方法。

解决上述技术问题采用的技术方案是：一种利用同一端子进行LED灯控制和按键输入的分时复用电路包括用于周期性控制信号输入的控制信号输入端子、用于外部LED灯开关控制和按键输入分时复用的输入输出端子和用于按键信号输出的按键信号输出端子；所述分时复用电路包括用于控制信号输入的开关MOS管、一号电流源、二号电流源和电流镜；所述开关MOS管的栅极用作周期性控制信号输入的控制信号输入端子；所述一号电流源的正极和所述二号电流源的正极都和电源正极电连接；所述一号电流源的负极和一号电阻的一端电连接；所述一号电阻的另一端与二号电阻的一端电连接；所述二号电阻的另一端与所述电流镜的小电流输入端电连接；所述电流镜的大电流输出端与所述二号电流源的负极电连接，并用作按键信号输出端子；所述开关MOS管的漏极或源极接电源正极；所述开关MOS管另一不接和电源正极电连接的源极或漏极，与一号电阻的一端和二号电阻的一端连接，用作分时复用的输入输出端子。

所述电流镜包括五号NMOS管和六号NMOS管；所述五号NMOS管的栅极和所述六号NMOS管的栅极电连接；所述五号NMOS管的栅极和所述五号NMOS管的漏极电连接用作所述电流镜小电流输入端；所述六号NMOS管的源极和所述五号NMOS管的源极电连接并用作所述电流镜的接地端；所述六号NMOS管的漏极用作所述电流镜的大电流输出端。

所述一号电流源包括内置电流源、一号PMOS管和二号PMOS管；所述二号电流源包括三号PMOS管；所述一号PMOS管、所述二号PMOS管和所述三号PMOS管该三个PMOS管的源极接电源VCC用作所述一号电流源的正极；所述一号PMOS管、所述二号PMOS管和所述三号PMOS管该三个PMOS管的栅极电连接；所述一号PMOS管的栅极和所述一号PMOS管的漏极电连接，并且和所述内置电流源的正极电连接；所述内置电流源的负极接地；所述二号PMOS管的漏极用作所述一号电流源的负极；所述三号PMOS管的源极用作所述二号电流源的正极；所述三号PMOS管的漏极用作所述二号电流源的负极。

所述开关MOS管为四号PMOS管；所述四号PMOS管的源极接电源正极；所述四号PMOS管的漏极通过和一号电阻以及二号电阻电连接用作同外部LED灯电连接以及输入按键电连接的输入输出端子。

所述开关MOS管为九号NMOS管；所述NMOS管的漏极接电源正极；所述NMOS管的源极通过和一号电阻以及二号电阻电连接用作同外部LED灯电连接以及输入按键电连接的输入输出端子。所述的分时复用电路包括一号反相器和二号反相器；所述一号反相器的输入端用作周期性控制信号输入的控制信号输入端子；所述一号反相器的输出端与开关MOS管的栅极电连接；所述二号反相器的输入端与所述二号电流源的负极电连接；所述二号反相器的输出端用作按键信号输出端子；所述二号反相器为斯密特反相器。

解决上述技术问题采用的技术方案还可以是：利用同一端子进行LED灯控制和按键输入的分时复用控制方法，包括：步骤1：用于输入输出端子分时复用控制的周期性控制信号从控制信号输入端子输入；该周期性控制信号包括LED灯控制时间段和按键信号输入检测时间段；步骤2：在LED灯控制时间段内，通过周期性控制信号的电平控制分时复用电路工作在照明控制状态，并依据照明控制信号输出用于控制LED灯开关的LED灯控制信号；步骤3：在按键信号输入检测时间段内，通过周期性控制信号的电平控制分时复用电路工作在按键输入检测状态，并将外部按键输入转换为按键输出信号。

所述一号电流源的电流和二号电流源的电流比率范围是1：1至1：2。

所述电流镜小电流输入端和大电流输出端的电流比率范围是1：4至1：8。

所述周期性控制信号的周期大于等于24赫兹。

同现有技术相比较，本发明的有益效果是：按键与LED灯分时复用电路使用电流镜，可采用一个端子实现按键输入电平的比较获得按键输入信号，同时还能使用该端子用于LED灯的开关控制，电路的结构非常简单，不需要基准电压，节省芯片的器件数目，也就可以降低芯片的成本。

附图说明

图1是现有技术的连接关系；

图2是本发明优选实施例的电路原理框图；图中标号KEY为用于外部LED灯开关控制和按键输入分时复用的输入输出端子；标号LED1为外接的待控制LED灯，该LED灯的一端与输入输出端子连接，该LED灯的另一端接地；图中标号K1为外部输入按键信息的按键，该按键通过三号电阻R3连接到输入输出端子；

图3是本发明优选实施例之一的电路原理图；

图4是本发明优选实施例之二的电路原理图；

图5是本发明优选实施例的控制信号时序示意图。

具体实施方式

以下结合各附图对本发明的实施方式做进一步详述。

如图2至4所示的一种利用同一端子进行LED灯控制和按键输入的分时复用电路100的实施例中，包括用于周期性控制信号输入的控制信号输入端子、用于外部LED灯开关控制和按键输入分时复用的输入输出端子和用于按键信号输出的按键信号输出端子；所述分时复用电路100包括用于控制信号输入的开关MOS管M5、一号电流源I1、二号电流源I2和电流镜I3；所述开关MOS管M5的栅极用作周期性控制信号输入的控制信号输入端子；所述一号电流源I1的正极和所述二号电流源I2的正极都和电源正极VCC电连接；所述一号电流源I1的负极和一号电阻R1的一端电连接；所述一号电阻R1的另一端与二号电阻R2的一端电连接；所述二号电阻R2的另一端与所述电流镜I3的小电流输入端电连接；所述电流镜I3的大电流输出端与所述二号电流源I2的负极电连接，并用作按键信号输出端子；所述开关MOS管M5的漏极或源极接电源正极VCC；所述开关MOS管M5另一不接和电源正极VCC电连接的源极或漏极，与一号电阻R1的一端和二号电阻R2的一端连接，用作分时复用的输入输出端子。

如图3至4所示，所述电流镜I3包括五号NMOS管NM305和六号NMOS管NM306；所述五号NMOS管NM305的栅极和所述六号NMOS管NM306的栅极电连接；所述五号NMOS管NM305的栅极和所述五号NMOS管NM305的漏极电连接用作所述电流镜I3小电流输入端；所述六号NMOS管NM306的源极和所述五号NMOS管NM305的源极电连接并用作所述电流镜I3的接地端；所述六号NMOS管NM306的漏极用作所述电流镜I3的大电流输出端。

如图3至4所示，所述一号电流源I1包括内置电流源I210、一号PMOS管PM201和二号PMOS管PM202；所述二号电流源I2包括三号PMOS管PM203；所述一号PMOS管PM201、所述二号PMOS管PM202和所述三号PMOS管PM203该三个PMOS管的源极接电源VCC用作所述一号电流源I1的正极；所述一号PMOS管PM201、所述二号PMOS管PM202和所述三号PMOS管PM203该三个PMOS管的栅极电连接；所述一号PMOS管PM201的栅极和所述一号PMOS管PM201的漏极电连接，并且和所述内置电流源I210的正极电连接；所述内置电流源I210的负极接地；所述二号PMOS管PM202的漏极用作所述一号电流源I1的负极；所述三号PMOS管PM203的源极用作所述二号电流源I2的正极；所述三号PMOS管PM203的漏极用作所述二号电流源I2的负极。

如图3所示，所述开关MOS管M5为四号PMOS管PM204；所述四号PMOS管PM204的源极接电源正极VCC；所述四号PMOS管PM204的漏极通过和一号电阻R1以及二号电阻R2电连接用作同外部LED灯电连接以及输入按键电连接的输入输出端子。

在如图3所示，一种按键与LED灯分时复用电路，包括PMOS管PM201、PM202、PM203、PM204，NMOS管NM305、NM306，电阻R1、R2，电流源I210，反相器IVT1，斯密特反相器IVT2；在本实施例中，PMOS管PM201的漏极接电流源I210，其栅极与漏极连接，PMOS管PM201、PM202、PM203的源极接电源VCC，它们的栅极连接组成电流镜；PMOS管PM201、PM202、PM203流过的电流比例为1：1：2，PMOS管PM202的漏极接一号电阻R1的一端，一号电阻R1的另一端接输入输出端子，即图3中的KEY脚。

在如图3所示，NMOS管NM305的漏极接二号电阻R2的一端，二号电阻R2的另一端接输入输出端子，即图3中的KEY脚；NMOS管NM305的栅极与漏极连接，NMOS管NM305与NM306的源极接地，它们的栅极连接组成电流镜；NMOS管NM305与NM306流过的电流比例为1：8，四号PMOS管PM204的漏极连接NMOS管NM306的漏极，为斯密特反相器IVT2提供输入信号，斯密特反相器的输出为按键信号输出端子；四号PMOS管PM204的源极接电源VCC，其漏极接接输入输出端子即图3中的KEY脚，其栅极接一号反相器IVT1，一号反相器的输入端为控制信号输入端子，从该端子输入照明控制信号。

如图5所示为周期性控制信号，其周期为T；将周期T划分为T1与T2两个时间段，在T1时间段，允许照明LED亮，在T2时间段，使照明LED灭，允许按键检测。

如图3所示，如果外部输入的指令需要照明LED关闭时，周期性控制信号电平为低电平，四号PMOS管PM204截止使照明LED灯灭；如果照明LED工作时，周期性控制信号用做LED灯的照明控制信号，此时周期性控制信号为开关信号。

在T1时间段，周期性控制信号电平为高电平，四号PMOS管PM204开启允许照明LED灯亮或关闭，在T1时间段，该周期性控制信号可以是高低电平的开关信号，控制明LED灯开或关；在T1时间段，PMOS管PM201、PM202、PM203是开启的，NMOS管NM305与NM306也是开启的。

在T1时间段，如果照明LED关闭，四号PMOS管PM204截止，无论按键是否按下，照明LED灯都是灭的；如果照明LED工作，四号PMOS管PM204开启，电源VCC给照明LED灯供电，电源VCC电压要远大于照明LED灯的导通压降，使照明LED灯亮；此时二号电阻R2限制流到NOMS管NM305的电流值，保证四号PMOS管PM204的漏极电流要流到照明LED灯；由于人眼的视觉频率小于24Hz，设置周期T频率要远大于24Hz，那么看到LED灯的亮度就是连续的。

在T2时间段，周期性控制信号电平低电平，四号PMOS管PM204截止使照明LED灯灭，进行按键检测；在T2时间段，四号PMOS管PM204截止，如果按键按下，NMOS管NM305与NM306截止，NMOS管NM306的漏极电压为电源VCC，即斯密特反相器IVT2的输入信号为高电平；如果按键没有按下，因为NMOS管NM305与NM306流过的电流比例为1：8，PMOS管PM201、PM202、PM203的流过的电流比例为1：1：2，因为流过NMOS管NM306的电流远小于设定值，所以NMOS管NM306的漏极电压为低电平，即相对地的电压为零的电平信号，即斯密特反相器IVT2的输入信号为低电平，通过斯密特反相器IVT2输出的高低电平信号就可以判断按键是否按下。

在T2时间段，如果按键没有按下，输入输出端子的电压等于NMOS管NM305的栅源电压VGS加上二号电阻R2的电压，设置此电压远小于照明LED灯的导通压压降，照明LED灯是灭的；如果按键按下，输入输出端子的的电压为低电平，即相对地的电压为零的电平信号，照明LED灯也是灭的。

如图4所示，所述开关MOS管M5为九号NMOS管NM309；所述NMOS管NM309的漏极接电源正极VCC；所述NMOS管NM309的源极通过和一号电阻R1以及二号电阻R2电连接用作同外部LED灯电连接以及输入按键电连接的输入输出端子。

在如图4所示的一种按键与LED灯分时复用电路的实施例与图3所示的实施例的差异在于，所述开关MOS管M5为九号NMOS管NM309。需要说明的是所述开关MOS管M5还可以被替换成其他具有等同电路特性的管子或电路，只要能起到能将输入的周期性控制信号接入并接受其其控制即可。

在如图4所示的一种按键与LED灯分时复用电路的实施例与图3所示的实施例的差异还在于，PMOS管PM201、PM202、PM203的流过的电流比例为1：1：1；NMOS管NM305与NM306流过的电流比例为1：4。

如图3至4所示，包括一号反相器IVT1和二号反相器IVT2；所述一号反相器IVT1的输入端用作周期性控制信号输入的控制信号输入端子；所述一号反相器IVT1的输出端与开关MOS管M5的栅极电连接；所述二号反相器IVT2的输入端与所述二号电流源I2的负极电连接；所述二号反相器IVT2的输出端用作按键信号输出端子；所述二号反相器IVT2为斯密特反相器。

如图5所示，一种基于上述分时复用电路100的利用同一端子进行LED灯控制和按键输入的分时复用控制方法，包括：步骤1：用于输入输出端子分时复用控制的周期性控制信号从控制信号输入端子输入；该周期性控制信号包括LED灯控制时间段T1和按键信号输入检测时间段T2；步骤2：在LED灯控制时间段T1内，通过周期性控制信号的电平控制分时复用电路100工作在照明控制状态，并依据照明控制信号输出用于控制LED灯开关的LED灯控制信号；步骤3：在按键信号输入检测时间段T2内，通过周期性控制信号的电平控制分时复用电路100工作在按键输入检测状态，并将外部按键输入转换为按键按键输出信号。

所述一号电流源I1的电流和二号电流源I2的电流比率范围是1：1至1：2。所述电流镜I3小电流输入端和大电流输出端的电流比率范围是1：4至1：8；所述电流镜I3的两端输出的电流比率包括1：8。

上述所述一号电流源I1的电流和二号电流源I2的电流比率需要和所述电流镜I3小电流输入端和大电流输出端的电流比率需要互相匹配，以实现特定的电平比较关系，当比较关系关系发生变化时候，可以根据需要调整各电流镜的电流比率以获得合适的输出。

所述周期性控制信号的周期大于等于24赫兹。也可是其他大于人眼敏感频率的其他周期。也可以根据实际需要调整一个周期中LED灯控制时间段T1和按键信号输入检测时间段T2的时间段分配。

本发明的有益技术效果是：按键与LED灯分时复用电路使用电流镜，可采用一个端子实现按键输入电平的比较获得按键输入信号，同时还能使用该端子用于LED灯的开关控制，电路的结构非常简单，不需要基准电压，节省芯片的器件数目，也就可以降低芯片的成本。

利用同一端子进行LED灯开关控制和按键信号输入的分时复用电路以及控制方法，从控制信号输入端子输入的输入输出端子分时复用控制的周期性控制信号；该周期性控制信号包括LED灯控制时间段T1和按键信号输入检测时间段T2；在LED灯控制时间段T1内，电路依据照明控制信号控制LED灯开关；在按键信号输入检测时间段T2内，电路将外部按键输入转换为按键按键输出信号；该电路仅包括一个开关MOS管两个电流源和一个电流镜，结构简单，无需设置比较器和参考电压，以极低的成本地实现了一个端子的分时复用功能。

另需说明的是，为了描述方便，NMOS管、NMOS管、电阻、电容等电子元器件都采用了一、二等顺序编号，这些顺序编号并不代表其位置或顺序上的限定，只是为了描述方便。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其它等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种利用同一端子进行LED灯控制和按键输入的分时复用电路（100），其特征在于，

包括用于周期性控制信号输入的控制信号输入端子、用于外部LED灯开关控制和按键输入分时复用的输入输出端子和用于按键信号输出的按键信号输出端子；所述分时复用电路（100）包括用于控制信号输入的开关MOS管（M5）、一号电流源（I1）、二号电流源（I2）和电流镜（I3）；所述开关MOS管（M5）的栅极用作周期性控制信号输入的控制信号输入端子；所述一号电流源（I1）的正极和所述二号电流源（I2）的正极都和电源正极（VCC）电连接；所述一号电流源（I1）的负极和一号电阻（R1）的一端电连接；所述一号电阻（R1）的另一端与二号电阻（R2）的一端电连接；所述二号电阻（R2）的另一端与所述电流镜（I3）的小电流输入端电连接；所述电流镜（I3）的大电流输出端与所述二号电流源（I2）的负极电连接，并用作按键信号输出端子；所述开关MOS管（M5）的漏极或源极接电源正极（VCC）；所述开关MOS管（M5）另一不接和电源正极（VCC）电连接的源极或漏极，与一号电阻（R1）的一端和二号电阻（R2）的一端连接，用作分时复用的输入输出端子；

所述电流镜（I3）包括五号NMOS管（NM305）和六号NMOS管（NM306）；所述五号NMOS管（NM305）的栅极和所述六号NMOS管（NM306）的栅极电连接；所述五号NMOS管（NM305）的栅极和所述五号NMOS管（NM305）的漏极电连接用作所述电流镜（I3）小电流输入端；

所述六号NMOS管（NM306）的源极和所述五号NMOS管（NM305）的源极电连接并用作所述电流镜（I3）的接地端；所述六号NMOS管（NM306）的漏极用作所述电流镜（I3）的大电流输出端；

所述一号电流源（I1）的电流和二号电流源（I2）的电流比率范围是1：1至1：2；

所述电流镜（I3）小电流输入端和大电流输出端的电流比率范围是1：4至1：8。

2.根据权利要求1所述的分时复用电路（100），其特征在于，

所述一号电流源（I1）包括内置电流源（I210）、一号PMOS管（PM201）和二号PMOS管（PM202）；所述二号电流源（I2）包括三号PMOS管（PM203）；

所述一号PMOS管（PM201）、所述二号PMOS管（PM202）和所述三号PMOS管（PM203）的源极均接电源正极（VCC）用作所述一号电流源（I1）的正极；

所述一号PMOS管（PM201）、所述二号PMOS管（PM202）和所述三号PMOS管（PM203）该三个PMOS管的栅极电连接；所述一号PMOS管（PM201）的栅极和所述一号PMOS管（PM201）的漏极电连接，并且和所述内置电流源（I210）的正极电连接；所述内置电流源（I210）的负极接地；所述二号PMOS管（PM202）的漏极用作所述一号电流源（I1）的负极；

所述三号PMOS管（PM203）的源极用作所述二号电流源（I2）的正极；所述三号PMOS管（PM203）的漏极用作所述二号电流源（I2）的负极。

3.根据权利要求1所述的分时复用电路（100），其特征在于，

所述开关MOS管（M5）为四号PMOS管（PM204）；所述四号PMOS管（PM204）的源极接电源正极（VCC）；所述四号PMOS管（PM204）的漏极通过和一号电阻（R1）以及二号电阻（R2）电连接用作同外部LED灯电连接以及输入按键电连接的输入输出端子。

4.根据权利要求1所述的分时复用电路（100），其特征在于，

所述开关MOS管（M5）为九号NMOS管（NM309）；所述NMOS管（NM309）的漏极接电源正极（VCC）；所述NMOS管（NM309）的源极通过和一号电阻（R1）以及二号电阻（R2）电连接用作同外部LED灯电连接以及输入按键电连接的输入输出端子。

5.根据权利要求1所述的分时复用电路（100），其特征在于，

包括一号反相器（IVT1）和二号反相器（IVT2）；

所述一号反相器（IVT1）的输入端用作周期性控制信号输入的控制信号输

入端子；所述一号反相器（IVT1）的输出端与开关MOS管（M5）的栅极电连接；

所述二号反相器（IVT2）的输入端与所述二号电流源（I2）的负极电连接；所述二号反相器（IVT2）的输出端用作按键信号输出端子；所述二号反相器（IVT2）为斯密特反相器。

6.一种利用同一端子进行LED灯控制和按键输入的分时复用控制方法，其特征在于，基于权利要求 1 至 5 所述任意一项所述分时复用电路（100），包括：

步骤1：用于输入输出端子分时复用控制的周期性控制信号从控制信号输入端子输入；该周期性控制信号包括LED灯控制时间段（T1）和按键信号输入检测时间段（T2）；

步骤2：在LED灯控制时间段（T1）内，通过周期性控制信号的电平控制分时复用电路（100）工作在照明控制状态，并依据照明控制信号输出用于控制LED灯开关的LED灯控制信号；

步骤3：在按键信号输入检测时间段（T2）内，通过周期性控制信号的电平控制分时复用电路（100）工作在按键输入检测状态，并将外部按键输入转换为按键输出信号。

7.根据权利要求6所述的利用同一端子进行LED灯控制和按键输入的分时复用控制方法，其特征在于，

所述周期性控制信号的周期大于等于24赫兹。