CN110708809B

CN110708809B - 一种共阳led显示屏驱动芯片的恒流源产生电路

Info

Publication number: CN110708809B
Application number: CN201911087593.9A
Authority: CN
Inventors: 梁芳陽
Original assignee: Sichuan Suining Lipuxin Microelectronic Co ltd
Current assignee: Sichuan Suining Lipuxin Microelectronic Co.,Ltd.
Priority date: 2019-11-08
Filing date: 2019-11-08
Publication date: 2021-07-23
Anticipated expiration: 2039-11-08
Also published as: CN110708809A

Abstract

本发明公开了一种共阳LED显示屏驱动芯片的恒流源产生电路，包括依次连接的参考电流模块、偏置产生电路、电流控制电路和恒流源输出电路；参考电流模块产生基准电流或者电压并经过修调产生参考电流；偏置产生电路输入参考电流产生恒流源输出通道所需的偏置电压VD及VGI；电流控制电路输入偏置电压VGI和电流控制信号S[0:M]，电流控制电路输出偏置电压VGO[0:M]；恒流源输出电路输入偏置电压VD、VGO[0:M]及使能信号OE，当使能信号OE有效时，恒流源输出电路输出恒定的输出电流IOUT；本发明旨在提供一种共阳LED显示屏驱动芯片的恒流源产生电路，不需要芯片外置电阻，功耗低，节省系统成本；芯片面积缩小的同时实现更高的精度的恒流输出。

Description

一种共阳LED显示屏驱动芯片的恒流源产生电路

技术领域

本发明涉及恒流源产生电路，具体地涉及一种共阳LED显示屏驱动芯片的恒流源产生电路。

背景技术

图1是一种常用的共阳LED显示屏恒流源驱动芯片内的恒流源驱动产生电路，图中的R_EXT为驱动芯片的外置电阻；图2是现有的恒流源产生电路的方框图。

设图中的所有放大器的增益无限大，恒流源的产生原理如下：

1.从Bandgap产生出需要的参考电位VREF1；

2.NMOS管NM0的源端电位被放大器AMP1钳位到VREF1，所以流过PMOS管PM0的源漏电流大小为：I0=VREF1/R_EXT；

3.PMOS管PM1和PM0为电流镜，设电流镜的电流比例，即PMOS管PM1的源漏电流比PM0的源漏电流为K，那么所以PMOS管PM1的源漏电流大小为I1=K*VREF1/R_EXT；

4.恒流源通道开启时，放大器AMP3、AMP_C分别将NMOS管NM1、NM_C0的漏端电位钳位至VREF2，恒流源输出通道的NMOS管NM_C0的所有端口的电位与NMOS管NM1的所有端口的电位相同，通道的输出电流大小为NM1源漏电流大小的比例镜像，设镜像比例为J，那么恒流源通道此时的输出恒流大小（绝对值）为IOUT=J*K*VREF/R_EXT。

在一般的恒流源驱动芯片中，J*K为一个固定值，所以恒流源通道的输出恒流大小通常都是调整外置电阻R_EXT的电阻大小。

一般的恒流源驱动芯片的恒流通道的输出恒流范围都比较宽，市场上的绝大部分芯片，最大输出值是最小输出值的10倍以上，此时的电流变化量是通过R_EXT来进行的调整，那么上面的I0、I1和IOUT的变化量都在10倍以上，R_EXT越小，I0、I1越大，即芯片的功耗越大。

PMOS管PM0、PM1、NMOS管NM1和每个通道的NM_C0的参数需要满足在最大的输出电流下可以正常的工作，那么输出电流最小的时候，PMOS管PM0、PM1、NMOS管NM1和每个通道的NM_C0，它们的|VGS|（VGS的绝对值）都变会很小，这样会使得上面提到的两组电流镜变差，输出的恒流源精度也会变差。

所以为了满足恒流芯片输出恒流的范围和精度，会有以下代价：

1.为了满足最小输出电流的精度，需要增加PMOS管PM0、PM1、NMOS管NM1和NM_C0的宽度和长度，也就是增加上述4种器件的面积，最有效的方法是增加长度；

2.为了满足最大输出电流，需要增加PMOS管PM0、PM1、NMOS管NM1和NM_C0的宽长比W/L，在结合上面一条，那么一般都是在增加长度的基础上，同时增加宽长比W/L。

从上面的两点可以看出常用的共阳LED显示屏恒流源驱动芯片内的恒流源驱动产生电路会有两弊端：

1.面积很大；

2.电流精度很难提升，因为电流精度正比于器件面积的算数平方根，而且由于生产工艺的原因，当面积增大到一定的量的时候，精度并不会一直提升。

因此，如何解决上述技术问题成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，提供一种共阳LED显示屏驱动芯片的恒流源产生电路，不需要芯片外置电阻，功耗低，节省系统成本；芯片面积缩小的同时实现更高的精度的恒流输出。

为了解决上述技术问题，本发明的共阳LED显示屏驱动芯片的恒流源产生电路，包括依次连接的参考电流模块、偏置产生电路、电流控制电路和恒流源输出电路；

参考电流模块产生低温度系数或零温度系数的基准电流，基准电流经过修调产生参考电流；

偏置产生电路输入参考电流产生恒流源输出通道所需的偏置电压VD及VGI；

电流控制电路输入偏置电压VGI和电流控制信号S[0:M]，M为M个电流控制线路，S[0:M]为一组M+1位宽的电流控制信号，电流控制电路输出偏置电压VGO[0:M]，设0≤X≤M，当S[X]有效时，VGO[X]=VGI；

恒流源输出电路输入偏置电压VD、VGO[0:M]及使能信号OE，当使能信号OE有效时，恒流源输出电路输出恒定的输出电流IOUT。

进一步参考电流模块包括基准电流产生电路和电流修调电路，基准电流产生电路产生低温度系数或零温度系数的基准电流，再通过电流修调电路修调产生参考电流。

另一种参考电流模块包括BANDGAP电路、电压修调电路和参考电流产生电路，BANDGAP电路产生基准电压并输出至电压修调电路，该电压经电压修调电路修调后输入参考电流产生电路产生参考电流。

进一步参考电流模块与偏置产生电路之间设有电流范围选择电路，参考电流模块产生的参考电流输入电流范围选择电路，L+1位宽的控制信号C[0:L]输入电流范围选择电路，控制参考电流的大小；所述的偏置产生电路输入端连接参考电位选择电路，控制信号C[0:L]输入参考电位选择电路，控制参考电位的大小。

进一步偏置产生电路包括依次连接的第一放大器、第一NMOS管和第一缓冲器，参考电流输入第一NMOS管漏极及第一放大器，参考电位选择电路输出的参考电位输入第一放大器，第一NMOS管栅极电位经过第一缓冲器输出至电流控制电路。该电路产生恒流源输出通道所需的偏置电压VD、VGI，第一NMOS管漏极电位VD被第一放大器钳位至参考电位电压，第一NMOS管栅极电位通过第一缓冲器输出至电流控制电路。

进一步电流控制电路包括M个数据选择器，偏置电压VGI输入数据选择器，使能信号S[X]控制数据选择器，设0≤X≤M，当S[X]有效时，VGO[X]=VGI，当S[X]无效时，VGO[X]=GND；数据选择器输出偏置电压VGO[0:M]至恒流源输出电路。

进一步恒流源输出电路包括第二放大器、第二NMOS管和NMOS管阵列，电流控制电路输出的偏置电压VGO[0:M]输入NMOS阵列中对应管的栅极，NMOS管阵列的漏极相连并与第二放大器的输入端和第二NMOS管的源极连接，偏置电压VD输入第二放大器，第二放大器的输出端连接第二NMOS管的栅极，使能信号OE输入第二放大器，第二NMOS管的漏极输出恒定的输出电流IOUT。

本发明的共阳LED显示屏驱动芯片的恒流源产生电路，具有以下优势：

1.不需要芯片外置电阻R_EXT，功耗低，节省系统成本；

2.更容易的实现更高的精度的恒流输出；

3.精度要求不变的情况下，可以有更小的芯片面积。

附图说明

图1是现有的共阳LED显示屏恒流源驱动芯片内的恒流源驱动产生电路图；

图2是现有的恒流源产生电路的方框图；

图3是本发明的方框图；

图4是本发明的一种共阳LED显示屏恒流驱动电路图；

图5是参考电流模块实例1的方框图；

图6是参考电流模块实例2的方框图。

具体实施方式

下面将结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

如图3所示，本发明的共阳LED显示屏驱动芯片的恒流源产生电路，包括依次连接的参考电流模块、偏置产生电路、电流控制电路和恒流源输出电路；

如图5所示，一种参考电流模块包括基准电流产生电路和电流修调电路，基准电流产生电路产生低温度系数或零温度系数的基准电流，再通过电流修调电路修调产生参考电流。

如图6所示，另一种参考电流模块包括BANDGAP电路、电压修调电路和参考电流产生电路，BANDGAP电路产生基准电压并输出至电压修调电路，该电压经电压修调电路修调后输入参考电流产生电路产生参考电流。

如图4所示，参考电流模块与偏置产生电路之间设有电流范围选择电路，参考电流模块产生的参考电流输入电流范围选择电路，L+1位宽的控制信号C[0:L]输入电流范围选择电路，控制参考电流的大小；所述的偏置产生电路输入端连接参考电位选择电路，控制信号C[0:L]输入参考电位选择电路，控制参考电位的大小。

如图4所示，偏置产生电路包括依次连接的第一放大器、第一NMOS管和第一缓冲器，参考电流输入第一NMOS管漏极及第一放大器，参考电位选择电路输出的参考电位输入第一放大器，第一NMOS管栅极电位经过第一缓冲器输出至电流控制电路。该电路产生恒流源输出通道所需的偏置电压VD、VGI，第一NMOS管漏极电位VD被第一放大器钳位至参考电位电压，第一NMOS管栅极电位通过第一缓冲器输出至电流控制电路。

如图4所示，电流控制电路包括M个数据选择器，偏置电压VGI输入数据选择器，使能信号S[X]控制数据选择器，设0≤X≤M，当S[X]有效时，VGO[X]=VGI，当S[X]无效时，VGO[X]=GND；数据选择器输出偏置电压VGO[0:M]至恒流源输出电路。

如图4所示，恒流源输出电路包括第二放大器、第二NMOS管和NMOS管阵列，电流控制电路输出的偏置电压VGO[0:M]输入NMOS阵列中对应管的栅极，也就是NMOS阵列中也包括M+1个NMOS管，与偏置电压VGO[0:M]一一对应，NMOS管阵列的漏极相连并与第二放大器的输入端和第二NMOS管的源极连接，偏置电压VD输入第二放大器，第二放大器的输出端连接第二NMOS管的栅极，使能信号OE输入第二放大器，第二NMOS管的漏极输出恒定的输出电流IOUT。

该共阳LED显示屏驱动芯片的恒流源产生电路工作过程如下：

1、参考电流模块：

1.1 产生低温度系数或零温度系数的基准电流；

1.2 基准电流经过修调产生参考电流，修调使芯片的恒流输出满足设计的精度要求。

2、电流范围选择电路：C[0:L]为L+1位宽的控制信号，可以控制偏置电流Iref的大小，进而控制恒流输出的电流范围。

3、参考电位选择电路：C[0:L]同时也控制参考电位VREF的大小，参考电位VREF与偏置电流Iref同向变化，即选择的参考电位VREF越大时，偏置电流Iref也相应的越大。

4、偏置产生电路：产生恒流源输出通道所需的偏置电压VD、VGI，第一NMOS管NM1漏端电位VD被第一放大器AMP3钳位至参考电位VREF，第一NMOS管NM1栅端电位通过第一缓冲器BUF1输出至电流控制电路。

5、电流控制电路：包含M个MUX，S[0:M]为一组M+1位宽的电流控制信号，通过S[0:M]控制恒流源输出电路的偏置电压VGO[0:M]是否有效，进而控制芯片输出的恒定电流IOUT的大小。设0≤X≤M，当S[X]有效时，VGO[X]=VGI；当S[X]无效时，VGO[X]=GND。

6、恒流源输出电路：当使能信号OE有效时，恒流源输出电路产生恒定的输出电流IOUT。通道开启时，NMOS管NM_C[0:N]漏端的电位被第二放大器AMP_C钳位至偏置电压VD。当S[X]有效时，恒流源输出通道的NMOS管NM_C[X]的所有端口的电位与第一NMOS管NM1的所有端口的电位相同，通道的输出电流大小为第一NMOS管NM1源漏电流Iref的比例镜像。通过设置合适的NMOS管阵列NM_C[0:M]与第一NMOS管NM1的镜像比例k[0:M]，即可实现宽范围的恒流输出。

输出电流大小与范围分别为：

公式中，S[X]有效时取1，S[X]无效时取0。

在本专利电路结构中，不需要芯片外置电阻，简化了偏置产生电路的结构。通过修调电路的修调，可以更容易控制恒流输出的精度。电流范围选择电路产生的电流Iref变化范围较小，无论恒流源输出通道输出多大的电流，该结构的功耗均能保持在相对较小的值。当恒流输出的范围变化时，输出端的拐点电压也随之变化。由于参考电位VREF与参考电流Iref同向变化，则第一NMOS管NM1的VGS电压可以设计为一个较大的值且该值变化量小，在同等精度要求下，第一NMOS管NM1和NMOS管阵列的宽度*长度值W*L可以设计得更小，因此有更小的芯片面积。

综上所述，本发明已如说明书及图示内容目前已制成实际样品在长期测试，从使用测试的效果看，可证明本发明能达到其所预期之目的，实用性价值乃无庸置疑。以上所举实施例仅用来方便举例说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims

1.一种共阳LED显示屏驱动芯片的恒流源产生电路，其特征在于：包括依次连接的参考电流模块、偏置产生电路、电流控制电路和恒流源输出电路；

参考电流模块产生低温度系数或零温度系数的基准电流或者电压，基准电流或者电压经过修调产生参考电流；

恒流源输出电路包括NMOS管阵列，电流控制电路输出的偏置电压VGO[0:M]输入NMOS阵列中对应管的栅极，NMOS管阵列的漏极相连输出电流IOUT。

2.根据权利要求1所述的共阳LED显示屏驱动芯片的恒流源产生电路，其特征在于，所述的参考电流模块包括基准电流产生电路和电流修调电路，基准电流产生电路产生低温度系数或零温度系数的基准电流，再通过电流修调电路修调产生参考电流。

3.根据权利要求1所述的共阳LED显示屏驱动芯片的恒流源产生电路，其特征在于，所述的参考电流模块包括BANDGAP电路、电压修调电路和参考电流产生电路，BANDGAP电路产生基准电压并输出至电压修调电路，该电压经电压修调电路修调后输入参考电流产生电路产生参考电流。

4.根据权利要求1至3任一所述的共阳LED显示屏驱动芯片的恒流源产生电路，其特征在于，所述的参考电流模块与偏置产生电路之间设有电流范围选择电路，参考电流模块产生的参考电流输入电流范围选择电路，L+1位宽的控制信号C[0:L]输入电流范围选择电路，控制参考电流的大小；所述的偏置产生电路输入端连接参考电位选择电路，控制信号C[0:L]输入参考电位选择电路，控制参考电位的大小。

5.根据权利要求4所述的共阳LED显示屏驱动芯片的恒流源产生电路，其特征在于：所述的偏置产生电路包括依次连接的第一放大器、第一NMOS管和第一缓冲器，参考电流输入第一NMOS管漏极及第一放大器，参考电位选择电路输出的参考电位输入第一放大器，第一NMOS管栅极电位经过第一缓冲器输出至电流控制电路。

6.根据权利要求5所述的共阳LED显示屏驱动芯片的恒流源产生电路，其特征在于：所述的电流控制电路包括M个数据选择器，偏置电压VGI输入数据选择器，使能信号S[X]控制数据选择器，设0≤X≤M，当S[X]有效时，VGO[X]=VGI，当S[X]无效时，VGO[X]=GND；数据选择器输出偏置电压VGO[0:M]至恒流源输出电路。

7.根据权利要求6所述的共阳LED显示屏驱动芯片的恒流源产生电路，其特征在于：所述的恒流源输出电路还包括第二放大器和第二NMOS管，所述NMOS管阵列的漏极与第二放大器的输入端和第二NMOS管的源极连接；所述偏置产生电路产生偏置电压VD输入所述第二放大器，第二放大器的输出端连接所述第二NMOS管的栅极；一使能信号OE输入第二放大器，第二NMOS管的漏极输出恒定的输出电流IOUT。