CN110767152B - 一种led显示屏驱动芯片的恒流源产生方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED显示屏驱动芯片的恒流源产生方法，包括以下步骤，基准电流或者电压产生，再经过修调产生参考电流；参考电流通过偏置产生电路转化为恒流源输出通道所需的偏置电压VD及VGI；偏置电压VGI和电流控制信号S[0:M]输入电流控制电路，电流控制电路输出偏置电压VGO[0:M]，偏置电压VD、VGO[0:M]及使能信号OE输入恒流源输出电路，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LED显示屏驱动芯片的恒流源产生方法，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
技术领域
本发明涉及恒流源产生方法，具体地涉及一种LED显示屏驱动芯片的恒流源产生方法。
背景技术
附图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；附图2是现有的恒流源产生方法的流程图。
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LED显示屏驱动芯片的恒流源产生方法，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LED显示屏驱动芯片的恒流源产生方法，包括以下步骤，
1)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；
2)参考电流通过偏置产生电路转化为恒流源输出通道所需的偏置电压VD及VGI；
3)偏置电压VGI和电流控制信号S[0:M]输入电流控制电路，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VGO[X]有效时，VGO[X]＝VGI；
4)偏置电压VD、VGO[0:M]及使能信号OE输入恒流源输出电路，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。
进一步参考电流通过控制信号调整。
一种方案是基准电流由基准电流产生电路产生，再通过电流修调电路修调产生参考电流。
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，第一偏置电压输入第一放大器，第一NMOS管栅极电位经过第一缓冲器输出至电流控制电路。上述的参考电流流过第一NMOS管，第一NMOS管漏极电位VD被第一放大器钳位至第一偏置电压。
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，电源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。
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。
另一种方案是基准电压由BANDGAP电路产生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。
进一步偏置产生电路包括依次连接的第三放大器、第一PMOS管和第二缓冲器，参考电流输入第一PMOS管漏极及第三放大器，第二偏置电压输入第三放大器，第一PMOS管栅极电位经过第二缓冲器输出至电流控制电路。上述的参考电流流过第一PMOS管，第一PMOS管漏极电位VD被第三放大器钳位至第二偏置电压。
进一步恒流源输出电路包括第四放大器、第二PMOS管和PMOS管阵列，电源控制电路输出的偏置电压VGO[0:M]输入PMOS阵列中对应管的栅极，PMOS管阵列的漏极相连并与第二放大器的输入端和第二PMOS管的源极连接，偏置电压VD输入第四放大器，第四放大器的输出端连接第二PMOS管的栅极，使能信号OE输入第四放大器，第二PMOS管的漏极输出恒定的输出电流IOUT。
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]＝VDD；数据选择器输出偏置电压VGO[0:M]至恒流源输出电路。
本发明的LED显示屏驱动芯片的恒流源产生方法，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方法的流程图；
图3是本发明的流程图；
图4是本发明的一种共阳LED显示屏恒流驱动电路图；
图5是本发明的一种共阴LED显示屏恒流驱动电路图。
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LED显示屏驱动芯片的恒流源产生方法，包括以下步骤，
1)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，参考电流可以通过控制信号调整；
2)参考电流通过偏置产生电路转化为恒流源输出通道所需的偏置电压VD及VGI；
3)偏置电压VGI和电流控制信号S[0:M]输入电流控制电路，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VGO[X]有效时，VGO[X]＝VGI；
4)偏置电压VD、VGO[0:M]及使能信号OE输入恒流源输出电路，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。
本专利方法的一种共阳LED显示屏恒流驱动电路实现方式如图4所示。
基准电流由基准电流产生电路产生，再通过电流修调电路修调产生参考电流。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，参考电流流过第一NMOS管，第一NMOS管漏极电位VD被第一放大器钳位至第一偏置电压，第一NMOS管栅极电位经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，电源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。
图4的电路工作过程如下：
1.由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，此基准电流是一路或者多路；
2.电流修调电路对基准电流进行修调，产生恒流输出的参考电流Iref，修调使芯片的恒流输出满足设计的精度要求，参考电流Iref的大小可以由控制信号C[0:N]控制；
3.偏置产生电路中，参考电流Iref流过第一NMOS管NM1，第一NMOS管NM1漏极电位VD被第一放大器AMP3钳位至VREF2，第一NMOS管NM1栅极电位经过第一缓冲器BUF1输出至电流控制电路；
4.电流控制电路包含M个数据选择器MUX。设0≤X≤M，当S[X]有效时，VGO[X]＝VGI；当S[X]无效时，VGO[X]＝GND；
5.恒流源通道开启并且S[X]有效时，恒流源输出通道的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。
在上述实现方式中，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。修调产生的电流Iref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。并且，可以设计Iref只在小范围内变化，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。
本专利方法的一种共阴LED显示屏恒流驱动电路实现方式如图5所示。
基准电压由BANDGAP电路产生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5所示，偏置产生电路包括依次连接的第三放大器、第一PMOS管和第二缓冲器，参考电流流过第一PMOS管，第一PMOS管漏极电位VD被第三放大器钳位至第二偏置电压，第一PMOS管栅极电位经过第二缓冲器输出至电流控制电路。
如图5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]＝VDD；数据选择器输出偏置电压VGO[0:M]至恒流源输出电路。
如图5所示，恒流源输出电路包括第四放大器、第二PMOS管和PMOS管阵列，电源控制电路输出的偏置电压VGO[0:M]输入PMOS阵列中对应管的栅极，PMOS管阵列的漏极相连并与第二放大器的输入端和第二PMOS管的源极连接，偏置电压VD输入第四放大器，第四放大器的输出端连接第二PMOS管的栅极，使能信号OE输入第四放大器，第二PMOS管的漏极输出恒定的输出电流IOUT。
图5的电路工作过程如下：
1.由BANDGAP电路产生零温度系数的电压VREF,输出至电压修调电路；
2.电压修调电路对此模块的输出电压Vtrim进行修调，使芯片的恒流输出满足设计的精度要求，Vtrim为零温度系数的电压；
3.参考电流产生电路将零温度系数的电压Vtrim转化为低温度系数的电流Iref,输出至偏置产生电路；
4.偏置产生电路中，参考电流Iref流过第一PMOS管PM1，第一PMOS管PM1漏极电位VD被第三放大器AMP3钳位至VREF2，第一PMOS管PM1栅端电位经过第二缓冲器BUF1输出至电流控制电路；
5.电流控制电路包含M个数据选择器MUX。设0≤X≤M，当S[X]有效时，VGO[X]＝VGI；当S[X]无效时，VGO[X]＝VDD；
6.恒流源通道开启并且S[X]有效时，恒流源输出通道的PM_C[X]的所有端口的电位与第一PMOS管PM1的所有端口的电位相同，通道的输出电流大小为第一PMOS管PM1源漏电流Iref的比例镜像。通过设置合适的PMOS管阵列PM_C[0:M]与第一PMOS管PM1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。
在上述实现方式中，不需要芯片外置电阻。通过修调电路的修调，可以更容易控制恒流输出的精度。修调产生的电流Iref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。并且，可以设计Iref只在小范围内变化，则第一PMOS管PM1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PMOS管PM1和PMOS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 (10)
1.一种LED显示屏驱动芯片的恒流源产生方法，其特征在于：包括以下步骤，
1)产生低温度系数或零温度系数的基准电流或者基准电压，基准电流或者基准电压经过修调产生参考电流；
2)参考电流通过偏置产生电路转化为恒流源输出通道所需的偏置电压VD及VGI；
3)偏置电压VGI和电流控制信号S[0:M]输入电流控制电路，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VGO[X]有效时，VGO[X]＝VGI；
4)偏置电压VD、VGO[0:M]及使能信号OE输入恒流源输出电路，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。
2.根据权利要求1所述的LED显示屏驱动芯片的恒流源产生方法，其特征在于，所述的参考电流通过控制信号调整。
3.根据权利要求1所述的LED显示屏驱动芯片的恒流源产生方法，其特征在于：所述的参考电流由所述的基准电流产生，所述的基准电流由基准电流产生电路产生，再通过电流修调电路修调产生参考电流。
4.根据权利要求3所述的LED显示屏驱动芯片的恒流源产生方法，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，第一偏置电压输入第一放大器，第一NMOS管栅极电位经过第一缓冲器输出至电流控制电路。
5.根据权利要求3或4所述的LED显示屏驱动芯片的恒流源产生方法，其特征在于：所述的恒流源输出电路包括第二放大器、第二NMOS管和NMOS管阵列，电源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。
6.根据权利要求5所述的LED显示屏驱动芯片的恒流源产生方法，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1所述的一种LED显示屏驱动芯片的恒流源产生方法，其特征在于：所述的参考电流由所述的基准电压产生，所述的基准电压由BANDGAP电路产生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。
8.根据权利要求7所述的LED显示屏驱动芯片的恒流源产生方法，其特征在于：所述的偏置产生电路包括依次连接的第三放大器、第一PMOS管和第二缓冲器，参考电流输入第一PMOS管漏极及第三放大器，第二偏置电压输入第三放大器，第一PMOS管栅极电位经过第二缓冲器输出至电流控制电路。
9.根据权利要求7或8所述的LED显示屏驱动芯片的恒流源产生方法，其特征在于：所述的恒流源输出电路包括第四放大器、第二PMOS管和PMOS管阵列，电源控制电路输出的偏置电压VGO[0:M]输入PMOS阵列中对应管的栅极，PMOS管阵列的漏极相连并与第二放大器的输入端和第二PMOS管的源极连接，偏置电压VD输入第四放大器，第四放大器的输出端连接第二PMOS管的栅极，使能信号OE输入第四放大器，第二PMOS管的漏极输出恒定的输出电流IOUT。
10.根据权利要求9所述的LED显示屏驱动芯片的恒流源产生方法，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]＝VDD；数据选择器输出偏置电压VGO[0:M]至恒流源输出电路。
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