CN110121227A - 具有多段输出电流之输入输出电路的集成电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有多段输出电流之输入输出电路的集成电路，包含一内部电路、一系统直流电源及复数输入输出电路，各该输入输出电路连接于一接脚与该内部电路之间，且包含有一输出缓冲单元及一负载驱动电路；当一光学负载连接至该集成电路其中二接脚时，除可通过该内部电路选择由原本输出缓冲单元提供驱动电流给该光学负载外，亦可选择由该负载驱动电路提供不同的驱动电流给不同的光学负载；如此，本发明集成电路的输入输出电路具备具有多段输出电流的驱动功能。

Description

具有多段输出电流之输入输出电路的集成电路

技术领域

本发明关于一种集成电路的输入输出电路改良，尤指一种具有多段输出电流之输入输出电路。

背景技术

不同应用的处理器，其集成电路中的各输入输出接脚(以下简称I/O接脚)所连接的输入输出电路推动负载的电流大小并不相同，假设该输入输出电路的推动负载电流为ILOAD，若将低于负载电流ILOAD之驱动电流ILED的负载(如发光二极管)直接连接至I/O接脚，会因负载电流过大而使发光二极管过亮；因此，会进一步于I/O接脚与各该发光二极管之间串接一电阻，作为限流用，连接的方式可如图8所示，将发光二极管LED1～LED7的阳极连接至一外部直流电源的正电位VLED，其阴极则通过限流电阻R1～R7再连接至对应的I/O接脚P11～P17，亦可如图9所示，将发光二极管LED1～LED9的阳极通过限流电阻R1～R7连接至对应的I/O接脚P11～P17，其阴极再接地GND。

由于目前电子产品越趋小型化，严重压缩电路板元件布设空间，若以图8及图9所示的电路，除必要的发光二极管LED1～LED7外，限流电阻R1～R7亦占据不少空间；是以，有必要进一步改良之。

发明内容

有鉴于上述作处理器用的集成电路驱动光学负载外接电阻的缺点，本发明主要目的为提出一种具有多段输出电流之输入输出电路的集成电路。

为实现上述目的，本发明所使用的主要技术手段为使该具有多段输出电流之输入输出电路的集成电路包含有一内部电路、一系统直流电源、一第一输入输出电路以及一第二输入输出电路；其中：

上述该第一输入输出电路连接于一第一接脚与该内部电路之间，其包含有：

一输出缓冲单元，连接至该系统直流电源，且其输入端通过一预驱动电路连接至该内部电路，其输出端连接至该第一接脚；以及

一输入缓冲单元，其输出端连接至该内部电路，其输入端连接至该第一接脚；

一第一负载驱动电路，包含有一电流产生单元及一开关单元；其中该电流产生单元通过该开关单元电性连接于该系统直流电源与该第一接脚之间；以及

上述该第二输入输出电路连接于一第二接脚与该内部电路之间，其包含有：

一输出缓冲单元，连接至该系统直流电源，且其输入端通过一预驱动电路连接至该内部电路，其输出端连接至该第二接脚；以及

一输入缓冲单元，其输出端连接至该内部电路，其输入端连接至该第二接脚。

由上述说明可知，本发明集成电路的至少一输入输出电路主要包含有一输出缓冲单元及一负载驱动电路，当一光学负载连接至该集成电路其中二接脚时，除可通过该内部电路选择由原本输出缓冲单元提供驱动电流给该光学负载外，亦可选择由该负载驱动电路提供不同的驱动电流给不同的光学负载，使本发明集成电路的输入输出电路具备具有多段输出电流驱动的功能，而不必外加限流电阻，加上集成电路中的电子元件在相同工艺中完成，其误差值差异小，可使外接的光学负载发光的均匀度提升。

本发明另一集成电路包含有分别连接一光学负载之两端的一第一接脚与一第二接脚，其中该集成电路进一步包括：

一第一电压源；

一负载驱动电路，耦接至该第一电压源与该第一接脚之间，该负载驱动电路包含有一电流产生单元及一开关单元；其中该电流产生单元通过该开关单元电性连接于该第一电压源与该第一接脚之间；以及

一第二电压源，耦接至该第二接脚，其中该第二电压源的电位与该第一电压源的电位不同。

由上述说明可知，本发明集成电路的二支第一及第二接脚供一光学负载连接，其中该第一接脚通过该负载驱动电路连接至该第一电压源，而第二脚连接与第二电压源；当该负载驱动电路的开关单元将第一接脚与该第一电压源耦接，即可驱动电流给该光学负载，不必外加限流电阻，即可顺利驱动光学负载。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1：本发明集成电路的第一实施例的一电路方块图。

图2：本发明集成电路的第二实施例的一电路方块图。

图3：本发明集成电路的第三实施例的一电路方块图。

图4A：图1之集成电路其中一输入输出电路之一电路图。

图4B：图1之集成电路其中一输入输出电路之另一电路图。

图4C：图1之集成电路其中一输入输出电路之再一电路图。

图5A：图2之集成电路其中一输入输出电路之一电路图。

图5B：图2之集成电路其中一输入输出电路之另一电路图。

图5C：图2之集成电路其中一输入输出电路之再一电路图。

图6：本发明集成电路连接光学负载的一电路图。

图7：本发明集成电路连接光学负载的另一电路图。

图8：现有一作处理器用之集成电路与发光二极管的电路图。

图9：现有一作处理器用之集成电路与发光二极管的电路图。

其中，附图标记：

1、1a、1b集成电路 10内部电路

20输入输出电路 20a第一输入输出电路

20b第一输入输出电路 21、21a输出缓冲单元

211前驱动电路 212第一输出缓冲器

213第二输出缓冲器 22输入缓冲单元

30、30a、30b负载驱动单元 31电流产生单元

32开关单元

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

本发明为针对集成电路的输入输出电路进行改良，以使该输入输出电路增加多段推动光学负载的能力，以下谨以复数实施例配合前述图式详加说明本发明的技术内容。

首先请参阅图1所示，为本发明集成电路1的其中一实施例，其包含有一内部电路10、一系统直流电源、复数输入输出电路20及复数输入输出接脚(以下简称I/O接脚)；其中各该输入输出电路20连接至该内部电路10、系统直流电源的高、低电位VDD、GND，并由该内部电路10设定各该输入输出电路20，以定义其所连接的I/O接脚为输出用接脚或输入用接脚。

上述各该输入输出电路20包含有一输出缓冲单元21、一输入缓冲单元22及一负载驱动电路30；其中各该输出缓冲单元21通过一预驱动电路211连接至该内部电路10，并与对应的I/O接脚P11…P17、P18连接，由该内部电路10控制该预驱动电路211使能该输出缓冲单元21后，控制输出高、低电位信号给对应的I/O接脚P11…P17、P18，以实现数字数值“0”或“1”的传送。于本实施例，该输出缓冲单元21包含有单一级第一输出缓冲器212，由一上开关(PMOS晶体管)Q11串接一下开关(NMOS晶体管)Q12组成，该上、下开关Q11、Q12的控制端均连接至该预驱动电路211，由该预驱动电路211决定该上、下开关Q11、Q12的开启、关闭。同理，该输入缓冲单元22连接至该内部电路10，由该内部电路10使能后，接收其对应I/O接脚P11…P17、P18的高、低电位信号，以将数字数值“0”或“1”输入至该内部电路10。

该负载驱动电路30连接至该内部电路10、该系统直流电源的高、低电位VDD、GND及对应I/O接脚P11…P17、P18，由该内部电路10控制该负载驱动电路30提供连接至I/O接脚P11…P17、P18的光学负载LED1～LED7所需的驱动电流。于图1所示的实施例，该负载驱动电路30连接于该系统直流电源的高电位VDD与各光学负载LED1～LED7之间，于光学负载LED1～LED7的控制应用中提供一大电流汲取模式(High Sink Mode)，再如图2所示的另一集成电路1a的实施例，其各该负载驱动电路30连接于该系统直流电源的低电位GND与各光学负载LED1～LED7之间，于光学负载LED1～LED7的控制应用中提供一大电流驱动模式(HighDrive Mode)；此外，再如图3所示之又一集成电路1b实施例，其各该输入输出电路20亦可包含如图1及图2所示的二个负载驱动电路30，该二个负载驱动电路30分别连接至该系统直流电源之高、低电位VDD、GND，并共同连接至该内部电路10，由该内部电路10选择以大电流汲取模式或大电流驱动模式驱动光学负载LED1～LED7，或可如图6所示，部分之该输入输出电路20包含图1所示的负载驱动电路30，部分之该输入输出电路20为图2所示的负载驱动电路30。

以下进一步说明上述该负载驱动电路30的各种电路的实施方式，首先请参阅图4A所示，对应图1中该输入输出电路20中的其中一种负载驱动电路30，其包含有一电流产生单元31及一开关单元32，其中该电流产生单元31通过该开关单元32电性连接于该系统直流电源与该I/O接脚P11…P17、P18之间，由该内部电路10控制该开关单元32来决定该系统直流电源是否电性连接该对应的I/O接脚P11…P17、P18，以提供连接至I/O接脚P11…P17、P18的光学负载LED1～LED7所需的驱动电流。于本实施方式，该开关单元32包含有复数开关SW1、SW2，该开关SW1、SW2分别经由控制端CT1、CT2连接该内部电路10，该内部电路10控制该开关SW1、SW2的开启或关闭，其中该开关SW1、SW2以一晶体管实施。该电流产生单元31包含有并联设置的复数电阻Ra、Rb，以便该电阻Ra、Rb能分别通过对应开关SW1、SW2连接至该系统直流电源的高电位VDD；或者，如图5A对应图2之负载驱动电路30，其电流产生单元31的复数电阻Ra、Rb则是分别通过对应开关SW1、SW2连接至该系统直流电源的低电位GND。此外，于本实施例中，各该输出缓冲单元21包含有二级并联设置的输出缓冲器，即该输出缓冲单元21包含有并联设置的一第一输出缓冲器212及一第二输出缓冲器213，其中该第一输出缓冲器212之上开关Q11、下开关Q12与该第二输出缓冲器213之上开关Q21、下开关Q22的控制端均连接至该预驱动电路211。

再如图4B所示，对应图1中输入输出电路20中的其中另一种负载驱动电路30a，其与图4A同样包含有一电流产生单元31及一开关单元32，与图4A实施方式之间的差异在于，该电流产生单元31包含有复数产生不同定电流的定电流源Ia、Ib，各该定电流源Ia、Ib同样通过对应的开关SW1、SW2连接至该系统直流电源的高电位VDD；或者，如图5B对应图2之负载驱动电路30a，其电流产生单元31的复数定电流源Ia、Ib则分别通过对应开关SW1、SW2连接至该系统直流电源的低电位GND。

再请参阅图4C所示，对应图1中输入输出电路20中的其中一种负载驱动电路30b，其与图4A大致相同，均包含有一电流产生单元31及一开关单元32，该电流产生单元31包含有一可调电流源I1，该内部电路10可控制该可调电流源I1产生不同的输出电流，且该开关单元32包含单一开关SW1，该可调电流源I1可通过该开关SW1连接至该系统直流电源的高电位VDD；或者，如图5C对应图2之负载驱动电路30b，其电流产生单元31的可调电流源I1分别通过对应开关SW1连接至该系统直流电源的低电位GND。

以下为方便详细说明本发明集成电路1应用于驱动光学负载的电路动作，以下以第一及第二输入输出电路20a、20b驱动单一发光二极管为例加以说明之。

首先请参阅图6所示，将该发光二极管LED1的阳极连接至该第一I/O接脚P11，其阴极则连接至该第二I/O接脚P18；此时，该内部电路10设定与该第一I/O接脚P11的第一输入输出电路20a相连接的预驱动电路211，不作动该输出缓冲单元21a，但控制该开关单元32的第一开关SW1导通，使该发光二极管LED1的阳极通过该第一开关SW1所连接之电阻Ra连接至该系统直流电源的高电位VDD，同时，该内部电路10亦控制该第二输入输出电路20b的预驱动电路211，使其输出缓冲单元21a的第一输出缓冲器212的下开关Q12’导通，使该发光二极管LED1的阴极连接到该系统直流电源的低电位GND，藉此构成回路而产生驱动电流ILED1来使该发光二极管LED1点亮；此外，若欲提供不同之驱动电流来驱动该发光二极管LED1，则亦可选择控制该开关单元32的第二开关SW2导通，以产生不同之驱动电流给该发光二极管LED1。再请配合图1所示，若欲驱动复数发光二极管LED1～LED7，即将该些发光二极管LED1～LED7的阳极分别连接至对应的I/O接脚P11～P17后，该些发光二极管LED1～LED7的阴极则可共同连接至其中一I/O接脚P18，由该内部电路10依据前述控制方式，即可点亮全部或部分之该发光二极管LED1～LED7。

再请参阅图7所示，为另一种驱动方式，该发光二极管LED1的阳极及阴极同样连接于第一及第二I/O接脚P11、P18，此时，该内部电路10设定连接第一I/O接脚P11的第一输入输出电路20a的预驱动电路211使能该输出缓冲单元21a，使其第一输出缓冲器212的上开关Q11导通，以便该发光二极管LED1的阳极通过该上开关Q11连接至该系统直流电源的高电位VDD，同时，该内部电路10亦控制该第二输入输出电路20b的预驱动电路211，不作动该输出缓冲单元21a，但控制该开关单元32的第一开关SW1’导通，使该发光二极管LED1的阴极通过该第一开关SW1’所连接之电阻Ra连接至该系统直流电源的低电位GND，藉此构成回路而产生驱动电流ILED1来使该发光二极管LED1点亮；此外，若欲提供不同之驱动电流来驱动该发光二极管LED1，则亦可选择控制该开关单元32的第二开关SW2’导通，以产生不同之驱动电流给该发光二极管LED1。请配合图2所示，若欲驱动复数发光二极管LED1～LED7，即将该些发光二极管LED1～LED7的阳极分别连接至对应的I/O接脚P11～P17后，该些发光二极管LED1～LED7的阴极则可共同连接至其中一I/O接脚P18，由该内部电路10依据前述控制方式，即可点亮全部或部分之该发光二极管LED1～LED7。

综前所述，本发明集成电路应用于光学负载驱动应用，并不需要额外电阻进行限流，而直接于该集成电路1内的各该输入输出电路20中增设一负载驱动电路30，依据所使用之光学负载所需的驱动电流，如图4A、图4B、图5A及图5B所示，导通该负载驱动电路30的开关电路中的不同开关，以决定不同驱动电流；或者，可如图4C或图5C，直接调整该可调电流源的输出电流来作为光学负载所需的驱动电流。

由于各该输入输出电路中的输出缓冲单元的第一及第二输出缓冲器亦具有负载推动能力，其中该第一输出缓冲器的输出电流值介于第二输出缓冲器的输出电流值与该负载驱动电路的输出电流值之间；因此，本发明的负载驱动单元30、30a、30b(如图4A、图4B、图5A及图5B所示)的开关单元32亦可只包含单一开关SW1，而该电流产生单元31亦可只包含单一电阻Ra或定电流Ia，配合该第一输出缓冲器122及/或该第二输出缓冲器123，同样可提供不同光学负载所需的多段驱动电流。

由上述说明可知，本发明集成电路的至少一输入输出电路主要包含有一输出缓冲单元及一负载驱动电路，当一光学负载连接至该集成电路其中二接脚时，除可通过该内部电路选择由原本输出缓冲单元提供驱动电流给该光学负载外，亦可选择由该负载驱动电路提供不同的驱动电流给不同的光学负载，使本发明集成电路的输入输出电路具备具有多段输出电流功能，而不必外加限流电阻。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (13)

1.一种具有多段输出电流之输入输出电路的集成电路，包括一内部电路、一系统直流电源、一第一输入输出电路以及一第二输入输出电路；其特征在于，其中：

上述该第一输入输出电路连接于一第一接脚与该内部电路之间，其包含有：

一输出缓冲单元，连接至该系统直流电源，且其输入端通过一预驱动电路连接至该内部电路，其输出端连接至该第一接脚；以及

一输入缓冲单元，其输出端连接至该内部电路，其输入端连接至该第一接脚；

一第一负载驱动电路，包含有一电流产生单元及一开关单元；其中该电流产生单元通过该开关单元电性连接于该系统直流电源与该第一接脚之间；以及

上述该第二输入输出电路连接于一第二接脚与该内部电路之间，其包含有：

一输出缓冲单元，连接至该系统直流电源，且其输入端通过一预驱动电路连接至该内部电路，其输出端连接至该第二接脚；以及

一输入缓冲单元，其输出端连接至该内部电路，其输入端连接至该第二接脚。

2.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，其中：

该第一负载驱动电路连接至该系统直流电源的高电位；以及

该第二接脚通过该第二输入输出电路的该输出缓冲单元连接至该系统直流电源的低电位。

3.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，其中：

该第一负载驱动电路连接至该系统直流电源的低电位；以及

该第二接脚通过该第二输入输出电路的该输出缓冲单元连接至该系统直流电源的高电位。

4.如权利要求2所述的集成电路，该第二输入输出电路进一步包含有一第二负载驱动电路，其包含有一电流产生单元及一开关单元；其特征在于，其中该电流产生单元通过该开关单元电性连接至该系统直流电源的低电位与该第二接脚之间，并由该开关单元决定该系统直流电源的低电位通过该电流产生单元与该第二接脚电性连接。

5.如权利要求3所述的集成电路，该第二输入输出电路进一步包含有一第二负载驱动电路，其包含有一电流产生单元及一开关单元；其特征在于，其中该电流产生单元通过该开关单元电性连接至该系统直流电源的高电位与该第二接脚之间，并由该开关单元决定该系统直流电源的高电位通过该电流产生单元与该第二接脚电性连接。

6.如权利要求4所述的集成电路，其特征在于，该第一接脚供一光学负载的正极连接，而该第二接脚供该光学负载的负极连接。

7.如权利要求5所述的集成电路，其特征在于，该第一接脚供一光学负载的负极连接，而该第二接脚供该光学负载的正极连接。

8.如权利要求2或3所述的集成电路，其特征在于，其中：

该第一负载驱动电路之开关单元包含至少一开关，其一端连接至该系统直流电源，其一控制端连接至该内部电路；以及

该第一负载驱动电路之电流产生单元包含至少一电阻元件，其一端连接至其所对应的第一或第二接脚，另一端连接至对应的该开关的另一端。

9.如权利要求2或3所述的集成电路，其特征在于，其中：

该第一负载驱动电路之开关单元，包含至少一开关，其一端连接至该系统直流电源，其一控制端连接至该内部电路；以及

该第一负载驱动电路之电流产生单元包含一定电流电路单元，其一端连接至其所对应的第一或第二接脚，另一端连接至对应的该开关的另一端。

10.如权利要求9所述的集成电路，其特征在于，该定电流电路单元包含单一定电流源或一可调电流源。

11.如权利要求9所述的集成电路，其特征在于，其中：

该开关单元包含复数开关；以及

该定电流电路单元包含复数定电流电路，其同一端共同连接至其所对应的第一或第二接脚，另一端分别连接至该开关单元的对应该开关。

12.如权利要求2或3所述的集成电路，其特征在于，其中：

上述该第一输入输出电路的该输出缓冲单元进一步包含有并联连接的一第一输出缓冲电路及一第二缓冲电路；其中该第一及第二输出缓冲电路的输出端共同连接至该第一接脚，且该第一输出缓冲电路输出的驱动电流小于该第二输出缓冲电路输出的驱动电流。

13.一种集成电路，包括：分别连接一光学负载之两端的一第一接脚与一第二接脚，其特征在于，其中该集成电路进一步包括：

一第一电压源；

一负载驱动电路，耦接至该第一电压源与该第一接脚之间，该负载驱动电路包含有一电流产生单元及一开关单元；其中该电流产生单元通过该开关单元电性连接于该第一电压源与该第一接脚之间；以及

一第二电压源，耦接至该第二接脚，其中该第二电压源的电位与该第一电压源的电位不同。