CN110278634B - Led阵列驱动系统及led驱动单元 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例揭露了一种LED阵列驱动系统及LED驱动单元。该LED阵列驱动系统包括多个驱动单元，一一对应地驱动LED阵列中的多个LED，每个驱动单元包括本地驱动器和本地电流调谐电路。该本地驱动器用于接收参考电流并为与之对应的LED提供驱动电流该本地电流调谐电路用于接收与之对应的LED的U比特电流调谐命令，并采用该U比特电流调谐命令提供预设个数的电流调谐阶梯，以将与之对应的LED的驱动电流调谐到期望的驱动电流值，其中U为正整数，该预设个数的取值范围可以是从0到2U。本公开的LED阵列驱动系统能对大规模LED阵列安全驱动并可以精确控制LED阵列中每个LED的亮度及导通时间，也可以通过电流调谐命令编译以微调每个LED的驱动电流至期望的驱动电流值。

Description

LED阵列驱动系统及LED驱动单元
相关引用
本申请主张于2018年6月28日在美国提交的第16/022,642号专利申请的优先权和权益，并在此包含了前述专利申请的全部内容。
技术领域
本公开的实施例涉及LED驱动，尤其涉及LED阵列驱动电路。
背景技术
大阵列高亮度发光二极管(LED)在诸如高度像素化光源、高亮度LED阵列显示器、机动车前灯系统等应用中颇有市场。因而期望对LED阵列提供快速高效的驱动控制以达到对其亮度的智能调节并使其亮度高度均匀一致。
发明内容
本公开的实施例提供一种LED阵列驱动系统，用于驱动包含多个并联耦接的LED的LED阵列。该LED阵列驱动系统包括多个驱动单元，与该LED阵列中的该多个并联耦接的LED一一对应，其中的每个驱动单元用于驱动与之对应的LED。
该多个驱动单元中的每一个可以包括：本地驱动器，具有驱动输入端和驱动输出端，其驱动输入端用于接收参考电流，其驱动输出端用于为与之对应的LED提供驱动电流；和本地电流调谐电路，具有U比特输入端，用于接收与之对应的LED的U比特电流调谐命令，并采用该U比特电流调谐命令提供预设个数的电流调谐阶梯，以将与之对应的LED的驱动电流调谐到期望的驱动电流值，其中U为正整数，该预设个数的取值范围可以是从0到2U。
该本地电流调谐电路可以包括：时钟输入端，用于接收高频时钟信号；和本地U比特电流调谐寄存器，用于接收并刷新与之对应的LED的U比特电流调谐命令，并进一步地用于将该与之对应的LED的U比特电流调谐命令传送至与之对应的LED的本地驱动器。
该本地电流调谐电路可以进一步包括：本地U比特电平转移电路，具有U比特的输入端子用于分别接收所述U比特电流调谐命令的U比特位信号，并为该U比特电流调谐命令的每个比特位信号施加转移电平以提供电平转移后的U比特电流调谐命令。
该本地驱动器可以包括：运算放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端；补偿电路，耦接于所述运算放大器的输出端；输入支路，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接于所述运算放大器的第一输入端，其第二端耦接至参考地，其控制端耦接于所述运算放大器的输出端，该输入支路的第一端还用于接收所述参考电流；电流复制支路，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接于所述运算放大器的第二输入端和所述本地驱动器的输出端，其第二端耦接至参考地，其控制端耦接于所述输入支路的控制端，该电流复制支路用于以复制比例镜像所述参考电流以提供镜像电流至其第一端；以及U个可控电流支路，其中对于每一个b＝0,…,U-1，第b个可控电流支路可以具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接于所述运算放大器的第二输入端和所述本地驱动器的输出端，其第二端耦接至参考地，其控制端经由第b个可控开关耦接至所述输入支路的控制端，其中该第b个可控开关由所述U比特电流调谐命令的第b比特位信号控制，所述第b个可控电流支路用于响应于所述第b比特位信号以第b调谐复制比例镜像所述参考电流从而提供第b调谐电流至该第b个可控电流支路的第一端。其中所述预设个数的电流调谐阶梯中的每两个相邻阶梯之间的阶跃值由所述第b调谐复制比例决定。所述第b调谐复制比例设置为以设定的第b精度系数与2b成比例。
根据本公开的一个实施例，所述输入支路包括具有低漏源电压降的输入晶体管；所述电流复制支路包括具有低漏源电压降的镜像晶体管，其中所述复制比例由镜像晶体管的沟道宽长比与输入晶体管的沟道宽长比的比值决定；以及对于每一个b＝0,…,U-1，所述第b个可控电流支路包括第b调谐晶体管，其具有低漏源电压降，所述第b调谐复制比例由第b调谐晶体管的沟道宽长比与输入晶体管的沟道宽长比的比值决定。
根据本公开的一个实施例，所述期望的驱动电流值设置为以期望的比例系数与所述参考电流成比例，其中所述U比特电流调谐命令中的一个或多个比特位信号默认地设置为具有第一逻辑电平，所述U个可控电流支路中的那些受该一个或多个具有所述第一逻辑电平的比特位信号控制的可控电流支路的电流调谐系数之和被设置为所述期望的比例系数减去所述电流复制支路的复制比例。
根据本公开的一个实施例，所述多个驱动单元中的每一个所包含的所述本地U比特电流调谐寄存器具有设定的专属地址，该设定的专属地址可以包括J比特列地址和K比特行地址，其中J是大于1且与所述LED阵列的列数相关的正整数，K是大于1且与所述LED阵列的行数相关的正整数。
根据本公开的一个实施例，该LED阵列驱动系统进一步包括：低压差分通信模块，用于通过识别所述本地U比特电流调谐命令寄存器的该设定的专属地址将与之对应的LED的U比特电流调谐命令写入该本地U比特电流调谐命令寄存器中。
根据本公开的一个实施例，该多个驱动单元中的每一个进一步包括：本地灰度控制单元，具有Q比特的输入端用于接收与之对应的LED的Q比特灰度命令，并提供脉冲宽度调制信号用于控制与之对应的LED的亮度，该脉冲宽度调制信号表征了由该Q比特灰度命令编译的灰度命令值；其中所述本地驱动器进一步具有驱动控制端，用于接收与之对应的LED所对应的本地灰度控制单元提供的所述脉冲宽度调制信号，并在该脉冲宽度调制信号的脉冲宽度期间，将与之对应的LED的驱动电流使能。
根据本公开的一个实施例，该多个驱动单元中的每一个进一步包括：本地LED短路保护电路，用于在与之对应的LED的驱动电流被使能时使能并检测与之对应的LED是否短路，一旦该本地LED短路保护电路检测到与之对应的LED短路并且其短路持续时间达到设定短路持续时间，则提供LED短路指示信号至与之对应的LED所对应的本地驱动器以将所述脉冲宽度调制信号锁存在逻辑低电平。
根据本公开的一个实施例，该LED阵列驱动系统，进一步包括：电流参考模块，耦接至LED阵列驱动系统的电流设置引脚，用于基于参考电压和耦接于该电流设定引脚的阻性器件为所述多个驱动单元一一对应地提供多个参考电流。
根据本公开的一个实施例，该LED阵列驱动系统，进一步包括：电流设定引脚短路保护电路，耦接于所述电流设定引脚，用于检测该电流设定引脚是否短路到参考地，若检测到该电流设定引脚短路到参考地，则该电流设定引脚短路保护电路用于将参考电流钳位以便将对应的驱动电流钳位在设定的钳位电流值，该电流设定引脚短路保护电路还用于在检测到该电流设定引脚短路到参考地的持续时间达到设定的引脚短路持续时间时提供电流设定引脚短路指示信号至所述多个驱动单元中的每一个，以便将所述LED阵列中的全部LED关断。
本公开的实施例还提供一种LED驱动单元，包括：驱动器，具有驱动输入端和驱动输出端，其驱动输入端用于接收参考电流，其驱动输出端用于为LED提供驱动电流；和电流调谐电路，具有U比特输入端，用于接收U比特电流调谐命令，并采用该U比特电流调谐命令提供预设个数的电流调谐阶梯，以将该驱动电流调谐到期望的驱动电流值，其中U为正整数，该预设个数的取值范围可以是从0到2U
根据本公开的一个实施例，该电流调谐电路包括：时钟输入端，用于接收高频时钟信号；和U比特电流调谐寄存器，用于接收并刷新该U比特电流调谐命令，并进一步地用于将该U比特电流调谐命令传送至该驱动器。
根据本公开的一个实施例，该驱动器包括：运算放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端；补偿电路，耦接于所述运算放大器的输出端；输入支路，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接于所述运算放大器的第一输入端，其第二端耦接至参考地，其控制端耦接于所述运算放大器的输出端，该输入支路的第一端还用于接收所述参考电流；电流复制支路，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接于所述运算放大器的第二输入端和所述本地驱动器的输出端，其第二端耦接至参考地，其控制端耦接于所述输入支路的控制端，该电流复制支路用于以复制比例镜像所述参考电流以提供镜像电流至其第一端；以及U个可控电流支路，其中对于每一个b＝0,…,U-1，第b个可控电流支路可以具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接于所述运算放大器的第二输入端和所述本地驱动器的输出端，其第二端耦接至参考地，其控制端经由第b个可控开关耦接至所述输入支路的控制端，其中该第b个可控开关由所述U比特电流调谐命令的第b比特位信号控制，所述第b个可控电流支路用于响应于所述第b比特位信号以第b调谐复制比例镜像所述参考电流从而提供第b调谐电流至该第b个可控电流支路的第一端。
根据本公开的一个实施例，所述预设个数的电流调谐阶梯中的每两个相邻阶梯之间的阶跃值由所述第b调谐复制比例决定。所述第b调谐复制比例设置为以设定的第b精度系数与2b成比例。
根据本公开的一个实施例，所述期望的驱动电流值设置为以期望的比例系数与所述参考电流成比例，其中所述U比特电流调谐命令中的一个或多个比特位信号默认地设置为具有第一逻辑电平，所述U个可控电流支路中的那些受该一个或多个具有所述第一逻辑电平的比特位信号控制的可控电流支路的电流调谐系数之和被设置为所述期望的比例系数减去所述电流复制支路的复制比例。
根据本公开各实施例的LED阵列驱动系统可以实现对大规模LED阵列的安全驱动并可以精确控制LED阵列中每个LED的亮度及导通时间，也可以通过电流调谐命令编译以微调每个LED的驱动电流至期望的驱动电流值。有助于提升LED阵列中各LED之间的驱动电流均衡度和亮度匹配度及均匀一致性。
附图说明
图1示出了根据本公开一实施例的LED阵列驱动系统10的电路架构示意图。
图2示出了根据本公开一实施例的示意出了根据本公开一个实施例的电流参考模块16和根据本公开一个实施例的本地驱动器121(c,r)。
图3示出了根据本公开一实施例的如图2所示本地驱动器121(c,r)的一个具体例子。
图4示出了根据本公开一实施例的本地LED短路保护电路SP(c,r)的工作流程图。
图5示出了根据本公开一实施例的电流设定引脚短路保护电路17的工作流程图。
具体实施方式
下面将详细描述本公开的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本公开。相反，本公开意在涵盖由所附权利要求所界定的本公开精神和范围内所定义的各种备选方案、修改方案和等同方案。在以下描述中，为了提供对本公开的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员应当理解，没有这些具体细节，本公开同样可以实施。在其他一些实施例中，为了便于凸显本公开的主旨，对于众所周知的方案、流程、元器件以及电路或方法未作详细的描述。
在本公开的说明书中，提及“一个实施例”时均意指在该实施例中描述的具体特征、结构或者参数、步骤等至少包含在根据本公开的一个实施例中。因而，在本公开的说明书中，若采用了诸如“根据本公开的一个实施例”、“在一个实施例中”等用语并不用于特指在同一个实施例中，若采用了诸如“在另外的实施例中”、“根据本公开的不同实施例”、“根据本公开另外的实施例”等用语，也并不用于特指提及的特征只能包含在特定的不同的实施例中。本领域的技术人员应该理解，在本公开说明书的一个或者多个实施例中公开的各具体特征、结构或者参数、步骤等可以以任何合适的方式组合。另外，在本公开的说明书及权利要求中，“耦接”一词意指通过电气或者非电气的方式实现直接或者间接的连接。“一个”并不用于特指单个，而是可以包括复数形式。“在……中”可以包括“在……中”和“在……上”的含义。除非特别明确指出，“或”可以包括“或”、“和”及“或/和”的含义，并不用于特指只能选择几个并列特征中的一个，而是意指可以选择其中的一个或几个或其中某几个特征的组合。除非特别明确指出，“基于”一词不具有排它性，而是意指除了基于明确描述的特征之外，还可以基于其它未明确描述的特征。“电路”意指至少将一个或者多个有源或无源的元件耦接在一起以提供特定功能的结构。“信号”至少可以指包括电流、电压、电荷、温度、数据、压力或者其它类型的信号。若“晶体管”的实施例可以包括“场效应晶体管”或者“双极结型晶体管”，则“栅极/栅区”、“源极/源区”、“漏极/漏区”分别可以包括“基极/基区”、“发射极/发射区”、“集电极/集电区”，反之亦然。本领域的技术人员应该理解，以上罗列的对本公开中描述用语的解释仅仅是示例性的，并不用于对各用语进行绝对的限定。
图1示出了根据本公开一实施例的LED阵列驱动系统10的电路架构示意图。LED阵列驱动系统10被构建以驱动LED阵列，该LED阵列包括多个并联耦接且排布成M行乘N列阵列的LED，用{LED(c,r),c＝0,1,…,N-1、r＝0,1,…,M-1}表示，其中M和N可以是根据实际应用需求选取的大于1的正整数。该LED阵列中的每个LED，例如第r行第c列的LED(c,r)可以耦接于LED正端口LED(c,r)+和LED负端口LED(c,r)-之间，其中r可以遍历从0到N-1的整数，c可以遍历从0到M-1的整数。LED阵列驱动系统10可以包括多个驱动单元，与该LED阵列中的该多个并联耦接且排布成M行乘N列阵列的LED一一对应。该多个驱动单元中的每一个用于驱动与之对应的LED并且采用Q比特灰度命令(GS)调节与之对应的LED的亮度/电通量，其中Q是正整数，Q比特灰度命令可以指该灰度命令是Q比特的命令串。
也就是说，对于M行乘N列的LED阵列{LED(c,r),c＝0,1,…,N-1、r＝0,1,…,M-1}，LED阵列驱动系统10可以对应包括M乘N个驱动单元，用{DRV(c,r),c＝0,1,…,N-1、r＝0,1,…,M-1}表示。对于每一个c＝0,1,…,N-1、r＝0,1,…,M-1，该M乘N个驱动单元中的每个驱动单元DRV(c,r)用于驱动与之对应的LED(c,r)并且采用Q比特灰度命令(GS)调节与之对应的LED(c,r)的亮度/电通量。如此，对于每个LED(c,r)，驱动单元DRV(c,r)可以采用该Q比特灰度命令为其提供2Q个灰度调节阶梯，该2Q个灰度调节阶梯可以表示LED(c,r)的亮度从0％到100％可以有2Q种可调阶梯变化。例如，对于第r行第c列的LED(c,r)，其可调亮度用百分比可以由下式(1)表示：
LED(c,r)的亮度＝GS(c,r)/2Q*100％ (1)
上式(1)中，GS(c,r)表示由驱动单元DRV(c,r)采用该Q比特灰度命令为其对应的LED(c,r)编译的(例如：十进制)灰度命令值。该编译的灰度命令值GS(c,r)的取值范围可以是从0到2Q。因而，第r行第c列的LED(c,r)的亮度可以由该编译的灰度命令值GS(c,r)与2Q的比值决定。
根据本公开的一个实施例，所述多个驱动单元(例如，驱动单元{DRV(c,r),c＝0,1,…,N-1、r＝0,1,…,M-1})中的每个驱动单元均可以包括灰度控制单元11。与LED(c,r)相对应的驱动单元DRV(c,r)的灰度控制单元11可以具有Q比特的输入端用于接收对应于LED(c,r)的Q比特灰度命令GS(c,r)，并提供脉冲宽度调制信号PWM(c,r)用于控制LED(c,r)的亮度，该脉冲宽度调制信号PWM(c,r)表征了由该Q比特灰度命令GS(c,r)编译的灰度命令值(也用GS(c,r)表示)，例如该脉冲宽度调制信号PWM(c,r)的脉冲宽度受该Q比特灰度命令GS(c,r)编译的灰度命令值调制以调节LED(c,r)的亮度。
根据本公开的一个实施例，所述多个驱动单元(例如，驱动单元{DRV(c,r),c＝0,1,…,N-1、r＝0,1,…,M-1})中的每个驱动单元还可以进一步包括本地驱动电路12。对于每一个c＝0,1,…,N-1、r＝0,1,…,M-1，对应于LED(c,r)的本地驱动电路12可以包括本地驱动器121(c,r)。该本地驱动器121(c,r)可以具有驱动输入端和驱动输出端，其驱动输入端用于接收参考电流IREF(c,r)，其驱动输出端用于为相应的LED(c,r)提供驱动电流IM(c,r)。该本地驱动器121(c,r)还可以具有驱动控制端，耦接于与LED(c,r)对应的灰度控制单元11的输出端以接收脉冲宽度调制信号PWM(c,r)。在该脉冲宽度调制信号PWM(c,r)的脉冲宽度期间，该本地驱动器121(c,r)可以使能所述驱动电流IM(c,r)以控制相应的LED(c,r)的导通时间和灰度。
根据本公开的一个实施例，所述多个驱动单元(例如，驱动单元{DRV(c,r),c＝0,1,…,N-1、r＝0,1,…,M-1})中的每个驱动单元还可以进一步包括本地电流调谐电路15。与LED(c,r)相对应的驱动单元DRV(c,r)中的本地电流调谐电路15(以下简称对应于LED(c,r)的本地电流调谐电路15)可以具有U比特输入端，用于接收U比特电流调谐命令CT(c,r)，该U比特电流调谐命令CT(c,r)可以是U比特的命令串，包括U比特的位信号，从高位到低位可以表示为{CT(c,r)[U-1],…,CT(c,r)[0]}，其中U为正整数。对于每一个b＝0,…,U-1，该U比特电流调谐命令CT(c,r)的第b比特位信号CT(c,r)[b]可以具有第一逻辑电平(例如逻辑高电平)和第二逻辑电平(例如逻辑低电平)。如此，对于LED阵列中的每个LED(c,r)，U比特电流调谐命令CT(c,r)可以为相应的LED(c,r)提供最多可达2U个电流调谐阶梯。在一个实施例中，对应于LED(c,r)的本地电流调谐电路15可以采用该U比特电流调谐命令CT(c,r)提供预设个数nT的电流调谐阶梯，以将LED(c,r)的驱动电流IM(c,r)调谐到期望的驱动电流值IM(c,r)desire，其中该预设个数nT的取值范围可以是从0到2U。例如，在一个实施例中，U＝4，因而4比特电流调谐命令CT(c,r)可以为相应的LED(c,r)提供最多24＝16个电流调谐阶梯。在这一实施例中，用户/设计师可选地，可以设计使得对应于LED(c,r)的本地电流调谐电路15采用该4比特电流调谐命令CT(c,r)提供例如10个电流调谐阶梯(即在这一示例中所述预设个数nT＝10)。
根据本公开的一个实施例，对于每个c＝0,1,…,N-1、r＝0,1,…,M-1，对应于LED(c,r)的本地电流调谐电路15可以包括：时钟输入端，用于接收高频(例如65MHz)时钟信号CLK_HF；和本地U比特电流调谐寄存器CTR(c,r)。该本地U比特电流调谐寄存器CTR(c,r)用于接收并刷新对应于LED(c,r)的U比特电流调谐命令CT(c,r)。该本地U比特电流调谐寄存器CTR(c,r)还可以进一步地用于将该对应于LED(c,r)的U比特电流调谐命令CT(c,r)传送至对应于LED(c,r)的本地驱动器121(c,r)。
根据本公开的一个实施例，对于每个c＝0,1,…,N-1、r＝0,1,…,M-1，对应于LED(c,r)的本地电流调谐电路15选择性地还可以进一步包括本地U比特电平转移电路CTS(c,r)。该本地U比特电平转移电路CTS(c,r)可以具有U比特的输入端子用于分别接收U比特电流调谐命令CT(c,r)的U比特位信号{CT(c,r)[U-1],…,CT(c,r)[0]}，并为该U比特电流调谐命令CT(c,r)的每个比特位信号{CT(c,r)[b]，b＝0,…,U-1}施加转移电平以提供电平转移后的U比特电流调谐命令(为简洁起见，电平转移后的U比特电流调谐命令仍标记为CT(c,r))。如此，电平转移后的U比特电流调谐命令CT(c,r)的每个比特位信号{CT(c,r)[b]，b＝0,…,U-1}将具有增强的驱动能力。
根据本公开的一个实施例，仍参考图1，LED阵列驱动系统10还可以包括电流参考模块16。该电流参考模块16可以耦接至LED阵列驱动系统10的电流设置引脚VSET。应用中，可以将一用户可编译的阻性器件RSET耦接至该电流设置引脚VSET。该电流参考模块16用于基于参考电压VREF和该阻性器件RSET的阻值为所述多个驱动单元{DRV(c,r),c＝0,1,…,N-1、r＝0,1,…,M-1}一一对应地提供多个参考电流{IREF(c,r),c＝0,1,…,N-1、r＝0,1,…,M-1}。
参见图2，示意出了根据本公开一个实施例的电流参考模块16和根据本公开一个实施例的本地驱动器121(c,r)。电流参考模块16可以包括运算放大器161、晶体管162、二极管型连接的垂直级联晶体管结构163和多个垂直级联晶体管结构{164(c,r),c＝0,1,…,N-1、r＝0,1,…,M-1}。
对于每一个c＝0,1,…,N-1、r＝0,1,…,M-1，对应于LED(c,r)的本地驱动器121(c,r)可以包括运算放大器1211、补偿电路1212、输入支路M0、电流复制支路M1和电流调谐支路1213。该电流调谐支路1213可以包括U个可控电流支路MT[U-1],…,MT[0]，分别相应地由所述U比特电流调谐命令CT(c,r)的U比特的位信号CT(c,r)[U-1],…,CT(c,r)[0]控制。输入支路M0可以具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接于运算放大器1211的第一输入端(例如同相输入端“+”)，其第二端耦接至参考地GND，其控制端耦接于运算放大器1211的输出端。输入支路M0的第一端还可以耦接至电流参考模块16用于接收对应于LED(c,r)的参考电流IREF(c,r)。电流复制支路M1可以具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接于运算放大器1211的第二输入端(例如反相输入端“-”)和本地驱动器121(c,r)的输出端，其第二端耦接至参考地GND，其控制端耦接于输入支路M0的控制端。电流复制支路M1可以用于以复制比例K1镜像所述对应于LED(c,r)的参考电流IREF(c,r)以提供镜像电流K1*IREF(c,r)至其第一端。对于每一个b＝0,…,U-1，所述U个可控电流支路MT[U-1],…,MT[0]中的第b个可控电流支路MT[b]可以具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接于运算放大器1211的第二输入端(例如反相输入端“-”)和本地驱动器121(c,r)的输出端，其第二端耦接至参考地GND，其控制端可以经由第b个可控开关S[b]耦接至输入支路M0的控制端，其中该第b个可控开关S[b]可以由所述U比特电流调谐命令CT(c,r)的第b比特位信号CT(c,r)[b]控制。所述第b个可控电流支路MT[b]可以用于响应于所述第b比特位信号CT(c,r)[b]的第一逻辑电平(例如通过使所述第b个可控开关S[b]闭合)以第b调谐复制比例KT[b]镜像所述对应于LED(c,r)的参考电流IREF(c,r)从而提供第b调谐电流KT[b]*IREF(c,r)至该第b个可控电流支路MT[b]的第一端。
根据本公开的一个实施例，输入支路M0可以包括输入晶体管(也标记为M0)，其具有低漏源电压降。电流复制支路M1可以包括镜像晶体管(也标记为M1)，其具有低漏源电压降。对于每一个b＝0,…,U-1，所述U个可控电流支路MT[U-1],…,MT[0]中的第b个可控电流支路MT[b]可以包括第b调谐晶体管(也标记为MT[b])，其具有低漏源电压降。在这一实施例中，所述复制比例K1由镜像晶体管M1的沟道宽长比(W/L)M1与输入晶体管M0的沟道宽长比(W/L)M0的比值决定，即K1＝(W/L)M1:(W/L)M0。对于每一个b＝0,…,U-1，所述第b调谐复制比例KT[b]由第b调谐晶体管MT[b]的沟道宽长比(W/L)MT[b]与输入晶体管M0的沟道宽长比(W/L)M0的比值决定，即KT[b]＝(W/L)MT[b]:(W/L)M0。
根据图2示意的示例性实施例，对于每一个c＝0,1,…,N-1、r＝0,1,…,M-1，可以通过采用U比特电流调谐命令CT(c,r)对本地驱动器121(c,r)中的电流调谐支路1213的U个可控电流支路MT[U-1],…,MT[0]进行相应控制以达到调谐提供给LED(c,r)的驱动电流IM(c,r)的效果。所述预设个数nT的电流调谐阶梯中的每两个相邻阶梯之间的差值/阶跃值(也就是电流调谐精度或者电流调谐步长)可以由所述第b调谐复制比例KT[b]决定。在一个示例性实施例中，所述第b调谐复制比例KT[b]可以设置为以设定的第b精度系数FP[b]与2b成比例，其中该设定的第b精度系数FP[b]为正数，并且对于每一个b＝0,…,U-1，该设定的第b精度系数FP[b]可以相同或者不同，依应用需求而定。
根据本公开的一个实施例，所述期望的驱动电流值IM(c,r)desire可以设置为以期望的比例系数Kd与所述对应于LED(c,r)的参考电流IREF(c,r)成比例，即：IM(c,r)desire＝Kd*IREF(c,r)。所述U比特电流调谐命令CT(c,r)中的一个或多个比特位信号可以初始地/默认地设置为具有所述第一逻辑电平(例如逻辑高电平)，而其余的比特位信号则初始地/默认地设置为具有所述第二逻辑电平(例如逻辑低电平)。在这种情况下，初始地/默认地，所述U个可控电流支路MT[U-1],…,MT[0]中的那些受该一个或多个具有所述第一逻辑电平的比特位信号控制的可控电流支路用于相应地提供一个或多个初始/默认调谐电流。所述U个可控电流支路MT[U-1],…,MT[0]中的那些受该一个或多个具有所述第一逻辑电平的比特位信号控制的可控电流支路的电流调谐系数之和可以被设置为所述期望的比例系数Kd减去所述电流复制支路M1的复制比例K1。
为帮助更好地理解本公开的各实施例，图3示意出了本地驱动器121(c,r)的一个具体例子。在该例子中，U＝4，本地驱动器121(c,r)包括4比特电流调谐支路1213。该4比特电流调谐支路1213包括4个可控电流支路MT[3],MT[2],MT[1],MT[0]分别对应地受4比特电流调谐命令CT(c,r)的4比特位信号CT(c,r)[3],CT(c,r)[2],CT(c,r)[1],CT(c,r)[0]控制。若期望采用该4比特电流调谐命令CT(c,r)提供16个电流调谐阶梯，即所述预设个数nT＝16，并且希望设置对应于LED(c,r)的期望的驱动电流值IM(c,r)desire是参考电流IREF(c,r)的250倍，即所述期望的比例系数Kd＝250。所述电流复制支路M1的复制比例K1可以设置为202，即K1＝202。对于每一个b＝0,1,2,3，第b个可控电流支路MT[b]的第b调谐复制比例KT[b]可以设置为KT[b]＝6*2b。也就是说，在这个例子中，对于每个b＝0,1,2,3，所述设定的第b精度系数FP[b]选择为相同，均被设定为6，即FP[b]＝6。那么在这一示例中，16个电流调谐阶梯中的每两个相邻阶梯之间的差值/阶跃值(也就是电流调谐精度或者电流调谐步长)为6。作为示例，初始地/默认地，该4比特电流调谐命令CT(c,r)中的一个比特位信号(例如图3的例子中示意为第3比特位信号CT(c,r)[3])设置为具有所述第一逻辑电平(例如逻辑高电平)，而其余的三个比特位信号(例如图3的例子中示意为第2至第0比特位信号CT(c,r)[2]、CT(c,r)[1]、CT(c,r)[0])初始地/默认地设置为具有所述第二逻辑电平(例如逻辑低电平)。在图3的例子中，初始地/默认地，受该设置为具有所述第一逻辑电平(例如逻辑高电平)的比特位信号(例如第3比特位信号CT(c,r)[3])控制的可控电流支路(例如第3可控电流支路MT[3])闭合并且提供一个初始/默认调谐电流(例如初始/默认调谐电流KT[3]*IREF(c,r))。这种情况下，那些受具有所述第一逻辑电平的比特位信号控制的可控电流支路的电流调谐系数之和(在图3的具体例子中仅为第3可控电流支路MT[3]的电流调谐系数KT[3])可以被设置为所述期望的比例系数Kd减去所述电流复制支路M1的复制比例K1(在图3具体例子中即为：KT[3]＝Kd-K1＝250-202＝48)。如此，在图3的具体示例中，该4比特电流调谐支路1213可以为对应于LED(c,r)的驱动电流IM(c,r)提供如下16个电流调谐阶梯：-48、-42、-36、-30、-24、-18、-12、-6、0、6、12、18、24、30、36和42，这16个电流调谐阶梯分别对应于所述4比特电流调谐命令CT(c,r)的4比特位信号{CT(c,r)[3],CT(c,r)[2],CT(c,r)[1],CT(c,r)[0]}为如下16种二进制逻辑电平组合时：{0,0,0,0}、{0,0,0,1}、{0,0,1,0}、{0,0,1,1}、{0,1,0,0}、{0,1,0,1}、{0,1,1,0}、{0,1,1,1}、{1,0,0,0}、{1,0,0,1}、{1,0,1,0}、{1,0,1,1}、{1,1,0,0}、{1,1,0,1}和{1,1,1,1}。本领域的技术人员应该理解，图3的具体示例仅仅为帮助更好理解本发明内容，并不用于对本发明进行任何限定。
根据本公开的一个实施例，返回参考图1，LED阵列驱动系统10还可以进一步包括低压差分通信(LVDS)模块14。该低压差分通信模块14可以包括时钟差分端对(S_CLK+,S_CLK-)、数据接收差分端对(DT_RCV+,DT_RCV-)和数据反馈差分端对(DT_RTN+,DT_RTN-)。该低压差分通信模块14用于传送主控制器(例如：微控制器、中央数据处理器等等)与LED阵列驱动系统10之间的数据交换。
时钟差分端对(S_CLK+,S_CLK-)用于接收来自于主控制器的系统时钟信号S_CLK。该系统时钟信号S_CLK可以用于同步主控制器与LED阵列驱动系统10之间的数据读传输或者数据写传输。数据接收差分端对(DT_RCV+,DT_RCV-)用于由主控制器向LED阵列驱动系统10读入编译的数据(例如：编译的灰度控制命令GS(c,r)、编译的U比特电流调谐命令CT(c,r)等等)。数据反馈差分端对(DT_RTN+,DT_RTN-)用于从LED阵列驱动系统10向主控制器发送反馈数据。
根据本公开的一个实施例，对于每一个c＝0,1,…,N-1、r＝0,1,…,M-1，与LED(c,r)相对应的驱动单元DRV(c,r)具有设定的专属地址。在一个实施例中，与LED(c,r)相对应的驱动单元DRV(c,r)中的Q比特灰度命令寄存器GSR(c,r)具有该设定的专属地址。该设定的专属地址可以包括J比特列地址和K比特行地址，其中J是大于1且与LED阵列的列数(例如：N)相关的正整数，K是大于1且与LED阵列的行数(例如：M)相关的正整数。正整数J需要满足2J≥N，正整数K需要满足2K≥M。例如，对于一个28行乘44列的LED阵列，可以取J＝6，K＝5，即对于每一个c＝0,1,…,43、r＝0,1,…,27，与LED(c,r)相对应的驱动单元DRV(c,r)中的Q比特灰度命令寄存器GSR(c,r)具有包括6比特列地址和5比特行地址的设定的专属地址。
在一个实施例中，与LED(c,r)相对应的驱动单元DRV(c,r)中的U比特电流调谐命令寄存器CTR(c,r)也可以具有该设定的专属地址。该设定的专属地址可以包括J比特列地址和K比特行地址，其中J是大于1且与LED阵列的列数(例如：N)相关的正整数，K是大于1且与LED阵列的行数(例如：M)相关的正整数。
低压差分通信模块14可以通过识别与LED(c,r)相对应的驱动单元DRV(c,r)中的Q比特灰度命令寄存器GSR(c,r)的该设定的专属地址将对应于LED(c,r)的灰度控制命令GS(c,r)写入与LED(c,r)相对应的Q比特灰度命令寄存器GSR(c,r)中，对于每一个c＝0,1,…,N-1、r＝0,1,…,M-1。低压差分通信模块14还可以通过识别与LED(c,r)相对应的驱动单元DRV(c,r)中的U比特电流调谐命令寄存器CTR(c,r)的该设定的专属地址将对应于LED(c,r)的U比特电流调谐命令CT(c,r)写入与LED(c,r)相对应的U比特电流调谐命令寄存器CTR(c,r)中，对于每一个c＝0,1,…,N-1、r＝0,1,…,M-1。
根据本公开的一个实施例，对于每一个c＝0,1,…,N-1、r＝0,1,…,M-1，与LED(c,r)相对应的驱动单元DRV(c,r)中的本地驱动电路12还可以进一步包括本地LED短路保护电路SP(c,r)。参见图4示意的该本地LED短路保护电路SP(c,r)的工作流程图，在对应的LED(c,r)的驱动电流IM(c,r)被使能时，该本地LED短路保护电路SP(c,r)使能并检测对应的LED(c,r)是否短路。若检测到对应的LED(c,r)短路则继续判定该LED(c,r)短路持续时间是否达到设定短路持续时间(例如30μs)。一旦该本地LED短路保护电路SP(c,r)检测到对应的LED(c,r)短路并且其短路持续时间达到所述设定短路持续时间则提供LED短路指示信号SP至与LED(c,r)相对应的本地驱动器121(c,r)以将脉冲宽度调制信号PWM(c,r)锁存在逻辑低(“0”)电平。
根据本公开的一个实施例，LED阵列驱动系统10还可以进一步包括电流设定引脚短路保护电路17。该电流设定引脚短路保护电路17耦接于所述电流设定引脚VSET，用于检测该电流设定引脚VSET是否短路到参考地GND。参见图5示意的该电流设定引脚短路保护电路17的工作流程图，在对应于LED(c,r)的驱动电流IM(c,r)被使能时，该电流设定引脚短路保护电路17使能并检测该电流设定引脚VSET是否短路到参考地GND。若检测到该电流设定引脚VSET短路到参考地GND，则该电流设定引脚短路保护电路17用于将对应于LED(c,r)的参考电流IREF(c,r)钳位以便将对应于LED(c,r)的驱动电流IM(c,r)钳位在设定的钳位电流值(例如：38mA)。该电流设定引脚短路保护电路17还用于在检测到该电流设定引脚VSET短路到参考地GND时继续判定该电流设定引脚VSET短路的持续时间是否达到设定的引脚短路持续时间(例如5μs)。一旦该电流设定引脚短路保护电路17检测到该电流设定引脚VSET短路到参考地GND的持续时间达到设定的引脚短路持续时间，则提供电流设定引脚短路指示信号SVSET至所述多个驱动单元(例如，驱动单元{DRV(c,r),c＝0,1,…,N-1、r＝0,1,…,M-1})中的每一个，以便将所述LED阵列{LED(c,r),c＝0,1,…,N-1、r＝0,1,…,M-1}中的全部LED都关断(熄灭)。
本领域的技术人员应理解，本公开所示实施例中所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本公开能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (20)

1.一种LED阵列驱动系统，用于驱动包含多个并联耦接的LED的LED阵列，该LED阵列驱动系统包括：
多个驱动单元，与该LED阵列中的该多个并联耦接的LED一一对应，其中的每个驱动单元用于驱动与之对应的LED；其中
该多个驱动单元中的每一个包括：
本地驱动器，具有驱动输入端和驱动输出端，其驱动输入端用于接收参考电流，其驱动输出端用于为与之对应的LED提供驱动电流；和
本地电流调谐电路，具有U比特输入端，用于接收与之对应的LED的U比特电流调谐命令，将该U比特电流调谐命令传送至与之对应的LED的本地驱动器，并采用该U比特电流调谐命令提供预设个数的电流调谐阶梯，以将与之对应的LED的驱动电流调谐到期望的驱动电流值，其中U为正整数，该预设个数的取值范围是从0到2U。
2.如权利要求1所述的LED阵列驱动系统，其中，所述本地电流调谐电路包括：
时钟输入端，用于接收高频时钟信号；和
本地U比特电流调谐寄存器，用于接收并刷新与之对应的LED的U比特电流调谐命令，并进一步地用于将该与之对应的LED的U比特电流调谐命令传送至与之对应的LED的本地驱动器。
3.如权利要求2所述的LED阵列驱动系统，其中，所述本地电流调谐电路进一步包括：
本地U比特电平转移电路，具有U比特的输入端子用于分别接收所述U比特电流调谐命令的U比特位信号，并为该U比特电流调谐命令的每个比特位信号施加转移电平以提供电平转移后的U比特电流调谐命令。
4.如权利要求1所述的LED阵列驱动系统，其中，所述本地驱动器包括：
运算放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端；
补偿电路，耦接于所述运算放大器的输出端；
输入支路，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接于所述运算放大器的第一输入端，其第二端耦接至参考地，其控制端耦接于所述运算放大器的输出端，该输入支路的第一端还用于接收所述参考电流；
电流复制支路，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接于所述运算放大器的第二输入端和所述本地驱动器的输出端，其第二端耦接至参考地，其控制端耦接于所述输入支路的控制端，该电流复制支路用于以复制比例镜像所述参考电流以提供镜像电流至其第一端；以及
U个可控电流支路，其中对于每一个b＝0,…,U-1，第b个可控电流支路具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接于所述运算放大器的第二输入端和所述本地驱动器的输出端，其第二端耦接至参考地，其控制端经由第b个可控开关耦接至所述输入支路的控制端，其中该第b个可控开关由所述U比特电流调谐命令的第b比特位信号控制，所述第b个可控电流支路用于响应于所述第b比特位信号以第b调谐复制比例镜像所述参考电流从而提供第b调谐电流至该第b个可控电流支路的第一端。
5.如权利要求4所述的LED阵列驱动系统，其中所述预设个数的电流调谐阶梯中的每两个相邻阶梯之间的阶跃值由所述第b调谐复制比例决定。
6.如权利要求4所述的LED阵列驱动系统，其中所述第b调谐复制比例设置为以设定的第b精度系数与2b成比例。
7.如权利要求4所述的LED阵列驱动系统，其中：
所述输入支路包括具有低漏源电压降的输入晶体管；
所述电流复制支路包括具有低漏源电压降的镜像晶体管，其中所述复制比例由镜像晶体管的沟道宽长比与输入晶体管的沟道宽长比的比值决定；以及
对于每一个b＝0,…,U-1，所述第b个可控电流支路包括第b调谐晶体管，其具有低漏源电压降，所述第b调谐复制比例由第b调谐晶体管的沟道宽长比与输入晶体管的沟道宽长比的比值决定。
8.如权利要求4所述的LED阵列驱动系统，其中所述期望的驱动电流值设置为以期望的比例系数与所述参考电流成比例，其中所述U比特电流调谐命令中的一个或多个比特位信号默认地设置为具有第一逻辑电平，所述U个可控电流支路中的那些受该一个或多个具有所述第一逻辑电平的比特位信号控制的可控电流支路的电流调谐系数之和被设置为所述期望的比例系数减去所述电流复制支路的复制比例。
9.如权利要求2所述的LED阵列驱动系统，其中所述多个驱动单元中的每一个所包含的所述本地U比特电流调谐寄存器具有设定的专属地址，该设定的专属地址包括J比特列地址和K比特行地址，其中J是大于1且与所述LED阵列的列数相关的正整数，K是大于1且与所述LED阵列的行数相关的正整数。
10.如权利要求9所述的LED阵列驱动系统，进一步包括：
低压差分通信模块，用于通过识别所述本地U比特电流调谐寄存器的该设定的专属地址将与之对应的LED的U比特电流调谐命令写入该本地U比特电流调谐寄存器中。
11.如权利要求1所述的LED阵列驱动系统，其中，该多个驱动单元中的每一个进一步包括：
本地灰度控制单元，具有Q比特的输入端用于接收与之对应的LED的Q比特灰度命令，并提供脉冲宽度调制信号用于控制与之对应的LED的亮度，该脉冲宽度调制信号表征了由该Q比特灰度命令编译的灰度命令值；其中
所述本地驱动器进一步具有驱动控制端，用于接收与之对应的LED所对应的本地灰度控制单元提供的所述脉冲宽度调制信号，并在该脉冲宽度调制信号的脉冲宽度期间，将与之对应的LED的驱动电流使能。
12.如权利要求11所述的LED阵列驱动系统，其中，该多个驱动单元中的每一个进一步包括：
本地LED短路保护电路，用于在与之对应的LED的驱动电流被使能时使能并检测与之对应的LED是否短路，一旦该本地LED短路保护电路检测到与之对应的LED短路并且其短路持续时间达到设定短路持续时间，则提供LED短路指示信号至与之对应的LED所对应的本地驱动器以将所述脉冲宽度调制信号锁存在逻辑低电平。
13.如权利要求1所述的LED阵列驱动系统，进一步包括：
电流参考模块，耦接至LED阵列驱动系统的电流设定引脚，用于基于参考电压和耦接于该电流设定引脚的阻性器件为所述多个驱动单元一一对应地提供多个参考电流。
14.如权利要求13所述的LED阵列驱动系统，进一步包括：
电流设定引脚短路保护电路，耦接于所述电流设定引脚，用于检测该电流设定引脚是否短路到参考地，若检测到该电流设定引脚短路到参考地，则该电流设定引脚短路保护电路用于将参考电流钳位以便将对应的驱动电流钳位在设定的钳位电流值，该电流设定引脚短路保护电路还用于在检测到该电流设定引脚短路到参考地的持续时间达到设定的引脚短路持续时间时提供电流设定引脚短路指示信号至所述多个驱动单元中的每一个，以便将所述LED阵列中的全部LED关断。
15.一种LED驱动单元，包括：
驱动器，具有驱动输入端和驱动输出端，其驱动输入端用于接收参考电流，其驱动输出端用于为LED提供驱动电流；和
电流调谐电路，具有U比特输入端，用于接收U比特电流调谐命令，并采用该U比特电流调谐命令提供预设个数的电流调谐阶梯，将该U比特电流调谐命令传送至该驱动器，以将该驱动电流调谐到期望的驱动电流值，其中U为正整数，该预设个数的取值范围是从0到2U。
16.如权利要求15所述的LED驱动单元，其中该电流调谐电路包括：
时钟输入端，用于接收高频时钟信号；和
U比特电流调谐寄存器，用于接收并刷新该U比特电流调谐命令，并进一步地用于将该U比特电流调谐命令传送至该驱动器。
17.如权利要求15所述的LED驱动单元，其中所述驱动器包括：
运算放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端；
补偿电路，耦接于所述运算放大器的输出端；
输入支路，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接于所述运算放大器的第一输入端，其第二端耦接至参考地，其控制端耦接于所述运算放大器的输出端，该输入支路的第一端还用于接收所述参考电流；
电流复制支路，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接于所述运算放大器的第二输入端和所述驱动器的输出端，其第二端耦接至参考地，其控制端耦接于所述输入支路的控制端，该电流复制支路用于以复制比例镜像所述参考电流以提供镜像电流至其第一端；以及
U个可控电流支路，其中对于每一个b＝0,…,U-1，第b个可控电流支路具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接于所述运算放大器的第二输入端和所述驱动器的输出端，其第二端耦接至参考地，其控制端经由第b个可控开关耦接至所述输入支路的控制端，其中该第b个可控开关由所述U比特电流调谐命令的第b比特位信号控制，所述第b个可控电流支路用于响应于所述第b比特位信号以第b调谐复制比例镜像所述参考电流从而提供第b调谐电流至该第b个可控电流支路的第一端。
18.如权利要求17所述的LED驱动单元，其中，所述预设个数的电流调谐阶梯中的每两个相邻阶梯之间的阶跃值由所述第b调谐复制比例决定。
19.如权利要求17所述的LED驱动单元，其中，所述第b调谐复制比例设置为以设定的第b精度系数与2b成比例。
20.如权利要求17所述的LED驱动单元，其中所述期望的驱动电流值设置为以期望的比例系数与所述参考电流成比例，其中所述U比特电流调谐命令中的一个或多个比特位信号默认地设置为具有第一逻辑电平，所述U个可控电流支路中的那些受该一个或多个具有所述第一逻辑电平的比特位信号控制的可控电流支路的电流调谐系数之和被设置为所述期望的比例系数减去所述电流复制支路的复制比例。
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