CN112908249B - 一种led芯片及led芯片的级联系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种支持串接供电的LED芯片以及LED芯片的级联系统；本发明的LED芯片包括：输入端口电路、数字信号处理电路、输出端口电路、电流偏置电路和LED驱动电路，所述输入端口电路适于接收电流数据；所述输出端口电路适于提供电流数据。本发明的LED芯片既支持电流数据又支持电压数据，并可支持电流数据传输从上向下和从下向上的两种串联供电方式，从而在相同的供电电压下可级联更多的LED芯片。

Description

一种LED芯片及LED芯片的级联系统

技术领域

本发明涉及LED显示技术领域，具体涉及一种LED芯片及LED芯片的级联系统。

背景技术

LED灯具有节能、色度好、寿命长的特点，得到广泛的应用。单个LED芯片所能驱动的灯点个数有限，若要实现大规模的灯饰系统或者LED显示屏，需要对LED芯片进行级联。但级联LED芯片过多，供电压力较大。目前，LED芯片级联主要为供电端并联级联，并联方式使用低电压大电流供电，级联数量受限于电流驱动能力。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明提出了一种LED芯片及LED芯片的级联系统。

本发明第一方面提供了一种LED芯片，其包括：输入端口电路、数字信号处理电路、输出端口电路、电流偏置电路和LED驱动电路；所述输入端口电路适于接收电流数据，所述输出端口电路适于提供电流数据；当所述LED芯片级联时，前一级芯片的输出端口电路适于为后一级芯片的输入端口电路提供电流数据；所述电流偏置电路为所述输入端口电路、所述输出端口电路和所述LED驱动电路提供偏置电流；所述数字信号处理电路从所述输入端口电路接收数据并处理后传递给所述LED驱动电路以驱动LED显示。

进一步地，所述输入端口电路既适于接收灌电流数据又支持接收拉电流数据，所述输出端口电路既适于提供灌电流数据又支持提供拉电流数据；所述输入端口电路和所述输出端口电路还适于电压数据的传输。

进一步地，所述输入端口电路包括第一灌电流模块、第一拉电流模块、第一电压模块和端口逻辑处理模块；

所述第一灌电流模块、所述第一拉电流模块和所述第一电压模块均与所述LED芯片的DI引脚连接；其中，所述DI引脚为所述LED芯片的数据信号输入端口；

所述第一灌电流模块、所述第一拉电流模块和所述第一电压模块均与所述端口逻辑处理模块连接；

所述第一灌电流模块、所述第一拉电流模块和所述第一电压模块分别构成三条输入通道，分别接收来自所述DI引脚的电信号，并在经由各自输入通道的电路处理后传递给所述端口逻辑处理模块；

所述第一灌电流模块和所述第一拉电流模块均与所述电流偏置电路连接，所述电流偏置电路为所述第一灌电流模块和所述第一拉电流模块提供偏置电流；

所述端口逻辑处理模块与所述数字信号处理电路连接，将来自所述三条输入通道的电信号进行处理，然后传递给所述数字信号处理电路。

进一步地，所述第一灌电流模块包括第一场效应管和第二场效应管；其中，

所述第一场效应管的栅极和漏极连接，并连接到所述电流偏置电路和第二场效应管的栅极；所述第一场效应管的源极连接到所述LED芯片的VDD引脚，其中，所述VDD引脚为所述LED芯片的供电端口；

所述第二场效应管的源极连接到所述LED芯片的DI引脚，接收来自所述DI引脚的所述灌电流数据；所述第二场效应管的漏极通过电阻连接到所述LED芯片的GND引脚，并且所述第二场效应管的漏极通过多个串联的反相器连接到所述端口逻辑处理电路；其中，所述GND引脚为所述LED芯片的地端口；所述第二场效应管的漏极提供电信号给所述端口逻辑处理电路；

所述第一拉电流模块包括第三场效应管、第四场效应管，其中，

所述第三场效应管的栅极和漏极连接，并连接到所述电流偏置电路和第四场效应管的栅极；所述第三场效应管的源极连接到所述LED芯片的GND引脚；

所述第四场效应管的源极连接到所述LED芯片的DI引脚，接收来自所述DI引脚的所述拉电流数据；所述第四场效应管的漏极通过电阻连接到所述LED芯片的VDD引脚，并且所述第四场效应管的漏极通过多个串联的反相器连接到所述端口逻辑处理电路；所述第四场效应管的漏极提供电信号给所述端口逻辑处理电路。

进一步地，所述输出端口电路包括第二灌电流模块和第二拉电流模块；

所述第二灌电流模块和所述第二拉电流模块均与所述LED芯片的DO引脚连接；其中，所述DO引脚为所述LED芯片的数据信号输出端口；

所述第二灌电流模块和所述第二拉电流模块均与所述数字信号处理电路连接；

所述第二灌电流模块和所述第二拉电流模块分别构成两条输出通道，分别接收来自所述端口逻辑处理模块的电信号，并在经由各自输出通道的电路处理后传递给所述DO引脚；

所述第二灌电流模块和所述第二拉电流模块均与所述电流偏置电路连接，所述电流偏置电路为所述第二灌电流模块和所述第二拉电流模块提供偏置电流。

进一步地，所述第二拉电流模块包括第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管；其中，

所述第五场效应管的栅极和漏极连接，并连接到所述电流偏置电路和所述第六场效应管的栅极，以及连接到所述第七场效应管的漏极；所述第五场效应管、所述第六场效应管和所述第七场效应管的源极均连接到所述LED芯片的VDD引脚；所述第六场效应管的漏极连接到所述LED芯片的DO引脚；所述第七场效应管的栅极连接到所述数字信号处理电路；

所述第二灌电流模块包括第八场效应管、第九场效应管、第十场效应管；其中，

所述第八场效应管的栅极和漏极连接，并连接到所述电流偏置电路和所述第九场效应管的栅极，以及连接到所述第十场效应管的漏极；所述第八场效应管、所述第九场效应管和所述第十场效应管的源极均连接到所述LED芯片的GND引脚；所述第九场效应管的漏极连接到所述LED芯片的DO引脚；所述第十场效应管的栅极连接到所述数字信号处理电路。

进一步地，所述输入端口电路包括第一钳位模块，用于对来自所述DI引脚的输入电信号进行电压钳位以及用于静电保护；所述输出端口电路包括第二钳位模块，用于对所述DI引脚的输出电信号进行电压钳位以及用于静电保护。

本发明第二方面提供一种LED芯片的级联系统，将如上所述的LED芯片进行多颗芯片级联连接，包括三种级联方式；其中，

第一级联方式，首个第一级LED芯片的GND引脚接电源负极而末尾最后一级LED芯片的VDD引脚接电源正极，以及相邻后一级LED芯片的GND引脚连接到相邻前一级LED芯片的VDD引脚，以及相邻后一级LED芯片的DI引脚连接到相邻前一级LED芯片的DO引脚；

第二级联方式，首个第一级LED芯片的VDD引脚接电源正极而末尾最后一级LED芯片的GND引脚接电源负极，以及相邻后一级LED芯片的VDD引脚连接到相邻前一级LED芯片的GND引脚，以及相邻后一级LED芯片的DI引脚连接到相邻前一级LED芯片的DO引脚；

第三级联方式，每一个LED芯片的VDD引脚都并接到电源正极，每一个LED芯片的GND引脚都并接到电源负极，以及相邻后一级LED芯片的DI引脚连接到相邻前一级LED芯片的DO引脚。

进一步地，还包括：

第四级联方式，将采用所述第一级联方式的一组LED芯片的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到采用所述第二级联方式的一组LED芯片的首个第一级LED芯片的DI引脚；

第五级联方式，将采用所述第二级联方式的一组LED芯片的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到采用所述第一级联方式的一组LED芯片的首个第一级LED芯片的DI引脚；

第六级联方式，将所述第四级联方式重复多次级联，将采用所述第四级联方式的两组LED芯片的第二组的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到另一采用所述第四级联方式的两组LED芯片的第一组的首个第一级LED芯片的DI引脚，并重复多次；

第七级联方式，将所述第五级联方式重复多次级联，将采用所述第五级联方式的两组LED芯片的第二组的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到另一采用所述第五级联方式的两组LED芯片的第一组的首个第一级LED芯片的DI引脚，并重复多次；

第八级联方式，将采用所述第三级联方式的多组LED芯片按照所述第一级联方式来进行所述多组LED芯片的组间级联，即，首个第一组LED芯片的GND引脚接电源负极而末尾最后一组LED芯片的VDD引脚接电源正极，以及相邻后一组LED芯片的GND引脚连接到相邻前一组LED芯片的VDD引脚，以及相邻后一组LED芯片中的第一级LED芯片的DI引脚连接到相邻前一组LED芯片中的最后一级LED芯片的DO引脚；

第九级联方式，将采用所述第三级联方式的多组LED芯片按照所述第二级联方式来进行所述多组LED芯片的组间级联，即，首个第一组LED芯片的VDD引脚接电源正极而末尾最后一组LED芯片的GND引脚接电源负极，以及相邻后一组LED芯片的VDD引脚连接到相邻前一组LED芯片的GND引脚，以及相邻后一组LED芯片中的第一级LED芯片的DI引脚连接到相邻前一组LED芯片中的最后一级LED芯片的DO引脚。

进一步地，还包括：

第十级联方式：将采用所述第一级联方式的一组LED芯片的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到采用所述第二级联方式的一组LED芯片的首个第一级LED芯片的DI引脚，并将采用所述第一级联方式的一组LED芯片的末尾最后一级LED芯片的GND引脚连接到采用所述第二级联方式的一组LED芯片的首个第一级LED芯片的GND引脚；

第十一级联方式：将采用所述第二级联方式的一组LED芯片的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到采用所述第一级联方式的一组LED芯片的首个第一级LED芯片的DI引脚，并将采用所述第二级联方式的一组LED芯片的末尾最后一级LED芯片的VDD引脚连接到采用所述第一级联方式的一组LED芯片的首个第一级LED芯片的VDD引脚；

第十二级联方式：将采用所述第十级联方式的两组LED芯片的第二组的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到另一采用所述第十级联方式的两组LED芯片的第一组的首个第一级LED芯片的DI引脚，并将采用所述第十级联方式的两组LED芯片的第二组的末尾最后一级LED芯片的VDD引脚连接到另一采用所述第十级联方式的两组LED芯片的第一组的首个第一级LED芯片的VDD引脚，并重复多次；

第十三级联方式：将采用所述第十一级联方式的两组LED芯片的第二组的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到另一采用所述第十一级联方式的两组LED芯片的第一组的首个第一级LED芯片的DI引脚，并将采用所述第十一级联方式的两组LED芯片的第二组的末尾最后一级LED芯片的GND引脚连接到另一采用所述第十一级联方式的两组LED芯片的第一组的首个第一级LED芯片的GND引脚，并重复多次。

与现有技术相比，本发明通过对LED芯片的输入端口电路和输出端口电路进行多通道的创新设计使得LED芯片既支持电流数据传输又支持电压数据传输。并且，既支持灌电流数据输入又支持拉电流数据输入，同时对外输出既提供灌电流数据又提供拉电流数据，因而，可支持多颗LED芯片的供电串联的电流传输模式，也可支持多颗LED芯片的供电并联的电压传输模式。本发明的LED芯片可支持电流数据传输从上向下(高电位向低电位)和从下向上(低电位向高电位)的两种串联供电方式，解决了多颗LED芯片在一个方向上供电串联时随着芯片级联数量的增多而需要增大供电电压的问题，从而在相同的供电电压下可级联更多的LED芯片，也无需增大驱动电流。本发明还提供了多种级联方式的LED芯片级联系统，从而可支持大规模的LED灯饰系统和LED显示屏的应用。

附图说明

图1为本发明实施例的LED芯片内部电路的组成框图；

图2为本发明实施例的LED芯片的输入端口电路原理图；

图3为本发明实施例的输入端口电路的时序波形图(输入灌电流)；

图4为本发明实施例的输入端口电路的时序波形图(输入拉电流)；

图5为本发明实施例的输入端口电路的时序波形图(输入电压)；

图6为本发明实施例的LED芯片的输出端口电路原理图；

图7为本发明实施例的LED芯片的第一级联方式(从下向上)的连接示意图；

图8为本发明实施例的LED芯片的第二级联方式(从上向下)的连接示意图；

图9为本发明实施例的LED芯片的第三级联方式(横向)的连接示意图；

图10为本发明实施例的LED芯片的第四级联方式的连接示意图；

图11为本发明实施例的LED芯片的第五级联方式的连接示意图；

图12为本发明实施例的LED芯片的第八级联方式的连接示意图；

图13为本发明实施例的LED芯片的第十级联方式的连接示意图；

图14为本发明实施例的LED芯片的第十一级联方式的连接示意图；

图15为本发明实施例的LED芯片的第十二级联方式的连接示意图；

图16为本发明实施例的LED芯片的第十三级联方式的连接示意图。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述根据本发明的实施例，描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同附图标记表示相同或相似的要素。要说明的是，以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表本发明的所有实施方式。它们仅是与如权利要求书中所详述的、本发明公开的一些方面相一致的装置和方法的例子，本发明的范围并不局限于此。在不矛盾的前提下，本发明各个实施例中的特征可以相互组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

参见图1，本发明实施例的LED芯片包括：输入端口电路10、数字信号处理电路20、输出端口电路30、电流偏置电路60、LED驱动电路70、电流基准源50和振荡器80；所述输入端口电路10适于接收电流数据，所述输出端口电路30适于提供电流数据和电压数据；当所述LED芯片级联时，前一级芯片的输出端口电路30可为后一级芯片的输入端口电路10提供电流数据；所述电流偏置电路60为所述输入端口电路10、所述输出端口电路30和LED驱动电路70提供偏置电流；所述数字信号处理电路20从所述输入端口电路10接收数据并处理后传递给所述LED驱动电路70以驱动LED显示。

在本发明实施例中，输入端口电路10接收来自LED芯片DI引脚的输入电信号，当输入电信号为电流数据时，输入端口电路10将输入电流数据转换为电压数据提供给数字信号处理电路20；当输入电信号为电压数据时，经过输入端口电路10后，也提供电压数据给数字信号处理电路20。电流偏置电路60为输入端口电路10和输出端口电路30提供偏置电流，也为LED驱动电路70提供偏置电流。数字信号处理电路20接收输入端口电路10传递的电压数据，对数据中属于本芯片的指定数据进行解码并传递给LED驱动电路70，从而驱动本芯片配置的发光器件的显示，以及根据配置将所接收的数据中的部分数据进行转发。输出端口电路30将数字信号处理电路20转发的电压数据根据级联方式对外提供电流或电压数据输出。电流基准源50为电流偏置电路60提供基准电流源。振荡器80为输入端口电路10和数字信号处理电路20提供时钟信号。LED芯片中还有稳压电路40，为芯片提供稳定的供电电压。

本发明的LED芯片既适于输入电流数据又适于输入电压数据，并且输出既可对外提供电流数据又可对外提供电压数据，因而，可支持多颗LED芯片的供电串联的电流传输模式，也可支持多颗LED芯片的供电并联的电压传输模式，进而可支持LED芯片的多种级联方式，提供给大规模灯饰系统或者LED显示屏应用。

可选地，所述输入端口电路10既适于接收灌电流数据又适于接收拉电流数据，所述输出端口电路30既适于提供灌电流数据又适于提供拉电流数据；所述输入端口电路10和所述输出端口电路30还适于电压数据的传输。在本发明实施例中，当多颗LED芯片按电流传输模式级联时，若前一级LED芯片的输出为拉电流，那么相邻的后一级LED芯片的输入就接收到灌电流数据；反之，若前一级LED芯片的输出为灌电流，那么相邻的后一级LED芯片的输入就接收到拉电流数据。

本发明的LED芯片既适于灌电流数据输入又适于拉电流数据输入，同时对外输出既提供灌电流数据又提供拉电流数据，因而，可支持电流数据传输从上向下(高电位向低电位)和从下向上(低电位向高电位)的两种串联供电方式。

可选地，参见图2，所述输入端口电路10包括第一灌电流模块、第一拉电流模块、第一电压模块和端口逻辑处理模块；所述第一灌电流模块、所述第一拉电流模块和所述第一电压模块均与所述LED芯片的DI引脚连接；其中，所述DI引脚为所述LED芯片的数据信号输入端口；所述第一灌电流模块、所述第一拉电流模块和所述第一电压模块均与所述端口逻辑处理模块连接；所述第一灌电流模块、所述第一拉电流模块和所述第一电压模块分别构成三条输入通道，分别接收来自所述DI引脚的电信号，并在经由各自输入通道的电路处理后传递给所述端口逻辑处理模块；所述第一灌电流模块和所述第一拉电流模块均与所述电流偏置电路连接，所述电流偏置电路为其提供偏置电流；所述端口逻辑处理模块与所述数字信号处理电路连接，将来自所述三条输入通道的电信号进行处理，然后传递给所述数字信号处理电路。

在本发明实施例中，输入端口电路10通过三条通道来支持接收灌电流数据、拉电流数据或电压数据。在不同的应用场景中，来自DI的输入电信号为灌电流数据、拉电流数据或电压数据的其中一种，不论哪一种输入电信号，经过三条通道的电路后提供给端口逻辑处理模块的都是电压数据，并且三条通道输出的电压信号经过端口逻辑处理模块处理后不会影响数据的正确性。

可选地，参见图2，所述第一灌电流模块包括第一场效应管PM1、第二场效应管PM2；其中，

所述第一场效应管PM1的栅极和漏极连接，并连接到所述电流偏置电路60和第二场效应管PM2的栅极；所述第一场效应管PM1的源极连接到所述LED芯片的VDD引脚，所述VDD引脚为所述LED芯片的供电端口；

所述第二场效应管PM2的源极连接到所述LED芯片的DI引脚，接收来自所述DI引脚的所述灌电流数据；所述第二场效应管PM2的漏极通过电阻连接到所述LED芯片的GND引脚，并且漏极通过多个串联的反相器连接到所述端口逻辑处理模块；其中，所述GND引脚为所述LED芯片的地端口；所述第二场效应管PM2的漏极提供电信号给所述端口逻辑处理模块；

所述第一拉电流模块包括第三场效应管NM1、第四场效应管NM2，其中，

所述第三场效应管NM1的栅极和漏极连接，并连接到所述电流偏置电路60和第四场效应管NM2的栅极；所述第三场效应管NM1的源极连接到所述LED芯片的GND引脚；

所述第四场效应管NM2的源极连接到所述LED芯片的DI引脚，接收来自所述DI引脚的所述拉电流数据；所述第四场效应管NM2的漏极通过电阻连接到所述LED芯片的VDD引脚，并且漏极通过多个串联的反相器连接到所述端口逻辑处理模块；所述第四场效应管NM2的漏极提供电信号给所述端口逻辑处理模块；

所述第一电压模块包括多个串联的反相器，第一个反相器连接到所述LED芯片的DI引脚，接收来自所述DI引脚的所述电压数据；最后一个反相器连接到所述端口逻辑处理电路，为其提供电信号。

在本发明实施例中，所述第一场效应管PM1将来自电流偏置电路60的偏置电流转换为固定的偏置电压以提供给所述第二场效应管PM2，PM2的源极连接到LED芯片的DI引脚，PM2的通断由DI引脚的输入电信号来控制；当PM2导通时，PM2漏极输出高电平电压给端口逻辑处理模块；当PM2截止时，PM2漏极输出低电平电压给端口逻辑处理模块。所述第三场效应管NM1将来自电流偏置电路60的偏置电流转换为固定的偏置电压以提供给所述第四场效应管NM2，NM2的源极连接到LED芯片的DI引脚，NM2的通断由DI引脚的输入电信号来控制；当NM2导通时，NM2漏极输出低电平电压给端口逻辑处理模块；当NM2截止时，NM2漏极输出高电平电压给端口逻辑处理模块。

在本发明实施例中，当DI输入灌电流数据时，电流从LED芯片外部通过DI端口流向内部，输入电压值在该LED芯片的VDD电压值附近，因此，第一拉电流模块的NM2一直处于截止状态，输出DI_C一直为高电平电压，第一电压模块输出DI_B为高电平电压，如图3所示。对于第一灌电流模块，当输入灌电流为0毫安时，PM2截止，输出DI_A为低电平电压；当输入灌电流为5毫安时，PM2导通，输出DI_A为高电平电压，如图3所示。

在本发明实施例中，当DI输入拉电流数据时，电流从LED芯片内部通过DI端口流向外部，输入电压值在该LED芯片的GND电压值附近，因此，第一灌电流模块的PM2一直处于截止状态，输出DI_A一直为低电平电压，第一电压模块输出DI_B为低电平电压，如图4所示。对于第一拉电流模块，当输入拉电流为-5毫安时，NM2导通，输出DI_C为低电平电压；当输入拉电流为0毫安时，NM2截止，输出DI_C为高电平电压，如图4所示。

在本发明实施例中，当DI输入电压数据时，在DI端口电压稳定后，端口无电流流入流出，PM2和NM2都截止，DI_A一直为低电平电压，DI_C一直为高电平电压，DI_B跟随输入电压，如图5所示。

本发明通过对LED芯片的输入端口电路进行多通道的创新设计使得LED芯片既支持灌电流数据输入又支持拉电流数据输入，还支持电压数据输入，因而可支持多种工作模式并应用到多种场景中。进一步地，还可配合相应的输出端口电路来支持电流数据传输从上向下(高电位向低电位)和从下向上(低电位向高电位)的两种串联供电方式，从而在相同的供电电压下可级联更多的LED芯片。

可选地，参见图6，所述输出端口电路包括第二灌电流模块和第二拉电流模块；所述第二灌电流模块和所述第二拉电流模块均与所述LED芯片的DO引脚连接；所述第二灌电流模块和所述第二拉电流模块均与所述数字信号处理电路连接；所述第二灌电流模块和所述第二拉电流模块分别构成两条输出通道，分别接收来自所述端口逻辑处理模块的电信号，并在经由各自输出通道的电路处理后传递给所述DO引脚；所述第二灌电流模块和所述第二拉电流模块均与所述电流偏置电路60连接，所述电流偏置电路60为其提供偏置电流。

可选地，参见图6，所述第二拉电流模块包括第五场效应管PM3、第六场效应管PM4、第七场效应管PM5；其中，

所述第五场效应管PM3的栅极和漏极连接，并连接到所述电流偏置电路和第六场效应管PM4的栅极，以及连接到第七场效应管PM5的漏极；所述第五场效应管PM3、所述第六场效应管PM4和所述第七场效应管PM5的源极均连接到所述LED芯片的VDD引脚；所述第六场效应管PM4的漏极连接到所述LED芯片的DO引脚；所述第七场效应管PM5的栅极连接到所述数字信号处理电路；

所述第二灌电流模块包括第八场效应管NM3、第九场效应管NM4、第十场效应管NM5；其中，

所述第八场效应管NM3的栅极和漏极连接，并连接到所述电流偏置电路和第九场效应管NM4的栅极，以及连接到第十场效应管NM5的漏极；所述第八场效应管NM3、所述第九场效应管NM4和所述第十场效应管NM5的源极均连接到所述LED芯片的GND引脚；所述第九场效应管NM4的漏极连接到所述LED芯片的DO引脚；所述第十场效应管NM5的栅极连接到所述数字信号处理电路；

当来自所述DI引脚的电信号为电压数据时，所述第二拉电流模块和所述第二灌电流模块交替工作，对外提供所述电压数据。

在本发明实施例中，所述第五场效应管PM3将来自电流偏置电路60的偏置电流转换为固定的偏置电压以提供给所述第六场效应管PM4；所述第七场效应管PM5控制所述第六场效应管PM4的通断，当PM5截止且DO引脚电压在本LED芯片的GND电压值附近时，PM4导通并对外提供拉电流数据，同时，NM4截止；当PM5导通时，PM4截止。所述第八场效应管NM3将来自电流偏置电路60的偏置电流转换为固定的偏置电压以提供给所述第九场效应管NM4；所述第十场效应管NM5控制所述第九场效应管NM4的通断，当NM5截止且DO引脚电压在本LED芯片的VDD电压值附近时，NM4导通并对外提供灌电流数据，同时，PM4截止；当NM5导通时，NM4截止。

本发明通过对LED芯片的输出端口电路进行多通道的创新设计使得LED芯片输出既支持对外提供灌电流数据又支持对外提供拉电流数据，还支持对外提供电压数据。进一步地，可配合相应的输入端口电路来支持电流数据传输从上向下(高电位向低电位)和从下向上(低电位向高电位)的两种串联供电方式，从而在相同的供电电压下可级联更多的LED芯片。

可选地，如图2所示，所述输入端口电路10包括第一钳位模块，用于对来自所述DI引脚的输入电信号进行电压钳位以及用于静电保护；如图6所示，所述输出端口电路30包括第二钳位模块，用于对所述DI引脚的输出电信号进行电压钳位以及用于静电保护。

本发明通过在输入端口电路10和输出端口电路30中设置钳位电路，使得输入端口(连接前一级芯片DO或外部控制器的输出)在限流的情况下，DI端口对输入电压要求不敏感，其输入电压可以大于该LED芯片的VDD电压或小于该LED芯片的GND电压(超出部分会因限流而被钳位至VDD+0.7V或GND-0.7V)，因而扩展了输入信号的范围。

本发明另一实施例的LED芯片的级联系统，将多颗LED芯片级联连接，包括三种级联方式；其中，

第一级联方式，如图7所示，首个第一级LED芯片的GND引脚连接电源负极而末尾最后一级LED芯片的VDD引脚连接电源正极，以及相邻后一级LED芯片的GND引脚连接到相邻前一级LED芯片的VDD引脚，以及相邻后一级LED芯片的DI引脚连接到相邻前一级LED芯片的DO引脚；

第二级联方式，如图8所示，首个第一级LED芯片的VDD引脚连接电源正极而末尾最后一级LED芯片的GND引脚连接电源负极，以及相邻后一级LED芯片的VDD引脚连接到相邻前一级LED芯片的GND引脚，以及相邻后一级LED芯片的DI引脚连接到相邻前一级LED芯片的DO引脚；

第三级联方式，如图9所示，每一个LED芯片的VDD引脚都并接到电源正极，每一个LED芯片的GND引脚都并接到电源负极，以及相邻后一级LED芯片的DI引脚连接到相邻前一级LED芯片的DO引脚。

在本发明实施例中，将多颗LED芯片级联，可提供电流模式传输数据和电压模式传输数据。采用电流模式传输数据时，多颗LED芯片串接供电，有两种级联方式。第一级联方式为纵向向上电流传输，LED芯片的DO端口为灌电流，电流从LED芯片外部通过端口流向内部，其端口电压值在该LED芯片的VDD电压值附近；LED芯片的DI端口为拉电流，电流从LED芯片内部通过端口流向外部，电压值在该LED芯片的GND电压值附近。第二级联方式为纵向向下电流传输，LED芯片的DO端口为拉电流，电流从LED芯片内部通过端口流向外部，其电压值在该LED芯片的GND电压值附近；LED芯片的DI端口为灌电流，电流从LED芯片外部通过端口流向内部，电压值在该LED芯片的VDD电压值附近。还有一种第三级联方式为横向传输数据，使用电压模式，LED芯片的DO端口输出电压，输出信号范围是该LED芯片的VDD电压值和GND电压值附近，即低电平为GND电压值，高电平为VDD电压值；LED芯片的DI端口接收电压，在端口电压稳定后，端口无电流流入流出。

可选地，还包括：

第四级联方式，如图10所示，将采用所述第一级联方式的第一组LED芯片的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到采用所述第二级联方式的第二组LED芯片的首个第一级LED芯片的DI引脚；

第五级联方式，如图11所示，将采用所述第二级联方式的第一组LED芯片的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到采用所述第一级联方式的第二组LED芯片的首个第一级LED芯片的DI引脚；

第六级联方式，将所述第四级联方式重复多次级联，将采用所述第四级联方式的两组LED芯片的第二组的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到另一采用所述第四级联方式的两组LED芯片的第一组的首个第一级LED芯片的DI引脚，并重复多次；

第七级联方式，将所述第五级联方式重复多次级联，将采用所述第五级联方式的两组LED芯片的第二组的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到另一采用所述第五级联方式的两组LED芯片的第一组的首个第一级LED芯片的DI引脚，并重复多次；

第八级联方式，如图12所示，将采用所述第三级联方式的多组LED芯片按照所述第一级联方式来进行所述多组LED芯片的组间级联，即，首个第一组LED芯片的GND引脚连接电源负极而末尾最后一组LED芯片的VDD引脚连接电源正极，以及相邻后一组LED芯片的GND引脚连接到相邻前一组LED芯片的VDD引脚，以及相邻后一组LED芯片中的第一级LED芯片的DI引脚连接到相邻前一组LED芯片中的最后一级LED芯片的DO引脚；

第九级联方式，将采用所述第三级联方式的多组LED芯片按照所述第二级联方式来进行所述多组LED芯片的组间级联，即，首个第一组LED芯片的VDD引脚连接电源正极而末尾最后一组LED芯片的GND引脚连接电源负极，以及相邻后一组LED芯片的VDD引脚连接到相邻前一组LED芯片的GND引脚，以及相邻后一组LED芯片中的第一级LED芯片的DI引脚连接到相邻前一组LED芯片中的最后一级LED芯片的DO引脚。

在本发明实施例中，通过对第一级联方式和第二级联方式的多种组合级联，可支持更多组芯片采用串接供电方式级联，还可结合第三级联方式构成先并联再串联的级联方式，进而支持大规模的LED灯饰系统和LED显示屏的应用。

可选地，还包括：

第十级联方式：如图13所示，将采用所述第一级联方式的一组LED芯片的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到采用所述第二级联方式的一组LED芯片的首个第一级LED芯片的DI引脚，并将采用所述第一级联方式的一组LED芯片的末尾最后一级LED芯片的GND引脚连接到采用所述第二级联方式的一组LED芯片的首个第一级LED芯片的GND引脚；

第十一级联方式：如图14所示，将采用所述第二级联方式的一组LED芯片的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到采用所述第一级联方式的一组LED芯片的首个第一级LED芯片的DI引脚，并将采用所述第二级联方式的一组LED芯片的末尾最后一级LED芯片的VDD引脚连接到采用所述第一级联方式的一组LED芯片的首个第一级LED芯片的VDD引脚；

第十二级联方式：如图15所示，将采用所述第十级联方式的两组LED芯片的第二组的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到另一采用所述第十级联方式的两组LED芯片的第一组的首个第一级LED芯片的DI引脚，并将采用所述第十级联方式的两组LED芯片的第二组的末尾最后一级LED芯片的VDD引脚连接到另一采用所述第十级联方式的两组LED芯片的第一组的首个第一级LED芯片的VDD引脚，并重复多次；

第十三级联方式：如图16所示，将采用所述第十一级联方式的两组LED芯片的第二组的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到另一采用所述第十一级联方式的两组LED芯片的第一组的首个第一级LED芯片的DI引脚，并将采用所述第十一级联方式的两组LED芯片的第二组的末尾最后一级LED芯片的GND引脚连接到另一采用所述第十一级联方式的两组LED芯片的第一组的首个第一级LED芯片的GND引脚，并重复多次。

在本发明实施例中，在多组芯片的组间级联时，将一组芯片的末尾最后一级芯片的VDD/GND和相邻另一组芯片的首个第一级芯片的相应的VDD/GND连接，确保这两颗芯片的逻辑电平一致，可减少误码及提高多组芯片级联工作的稳定性。

与现有技术相比，本发明通过对LED芯片的输入端口电路和输出端口电路进行多通道的创新设计使得LED芯片既支持电流数据又支持电压数据。并且，既支持灌电流数据输入又支持拉电流数据输入，同时对外输出既提供灌电流数据又提供拉电流数据，因而，可支持多颗LED芯片的供电串联的电流传输模式，也可支持多颗LED芯片的供电并联的电压传输模式。并且，本发明的LED芯片可支持电流数据传输从上向下(高电位向低电位)和从下向上(低电位向高电位)的两种串联供电方式，解决了多颗LED芯片在一个方向上供电串联时随着芯片级联数量的增多而需要增大供电电压的问题，从而在相同的供电电压下可级联更多的LED芯片。本发明还提供了多种级联方式的LED芯片级联系统，从而可支持大规模的LED灯饰系统和LED显示屏的应用。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种LED芯片，其特征在于，包括：输入端口电路、数字信号处理电路、输出端口电路、电流偏置电路和LED驱动电路；所述输入端口电路适于接收电流数据，所述输出端口电路适于提供电流数据；当所述LED芯片级联时，前一级芯片的输出端口电路适于为后一级芯片的输入端口电路提供电流数据；所述电流偏置电路为所述输入端口电路、所述输出端口电路和所述LED驱动电路提供偏置电流；所述数字信号处理电路从所述输入端口电路接收数据并处理后传递给所述LED驱动电路以驱动LED显示；

所述输入端口电路既适于接收灌电流数据又适于接收拉电流数据，所述输出端口电路既适于提供灌电流数据又适于提供拉电流数据；所述输入端口电路和所述输出端口电路还适于电压数据的传输；

所述输入端口电路包括第一灌电流模块、第一拉电流模块、第一电压模块和端口逻辑处理模块；所述第一灌电流模块、所述第一拉电流模块和所述第一电压模块均与所述LED芯片的DI引脚连接；其中，所述DI引脚为所述LED芯片的数据信号输入端口；所述第一灌电流模块、所述第一拉电流模块和所述第一电压模块均与所述端口逻辑处理模块连接；所述第一灌电流模块、所述第一拉电流模块和所述第一电压模块分别构成三条输入通道，分别接收来自所述DI引脚的电信号，并在经由各自输入通道的电路处理后传递给所述端口逻辑处理模块；

所述端口逻辑处理模块与所述数字信号处理电路连接，将来自所述三条输入通道的电信号进行处理，然后传递给所述数字信号处理电路；所述输出端口电路包括第二灌电流模块和第二拉电流模块；所述第二灌电流模块和所述第二拉电流模块均与所述LED芯片的DO引脚连接，其中，所述DO引脚为所述LED芯片的数据信号输出端口；所述第二灌电流模块和所述第二拉电流模块均与所述数字信号处理电路连接；所述第二灌电流模块和所述第二拉电流模块分别构成两条输出通道，分别接收来自所述端口逻辑处理模块的电信号，并在经由各自输出通道的电路处理后传递给所述DO引脚。

2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第一灌电流模块和所述第一拉电流模块均与所述电流偏置电路连接，所述电流偏置电路为所述第一灌电流模块和所述第一拉电流模块提供偏置电流。

3.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，所述第一灌电流模块包括第一场效应管、第二场效应管；其中，所述第一场效应管的栅极和漏极连接，并连接到所述电流偏置电路和第二场效应管的栅极；所述第一场效应管的源极连接到所述LED芯片的VDD引脚，其中，所述VDD引脚为所述LED芯片的供电端口；

所述第二场效应管的源极连接到所述LED芯片的DI引脚，接收来自所述DI引脚的所述灌电流数据；所述第二场效应管的漏极通过电阻连接到所述LED芯片的GND引脚，并且所述第二场效应管的漏极通过多个串联的反相器连接到所述端口逻辑处理电路；其中，所述GND引脚为所述LED芯片的地端口；所述第二场效应管的漏极提供电信号给所述端口逻辑处理电路；

所述第一拉电流模块包括第三场效应管、第四场效应管，其中，

所述第三场效应管的栅极和漏极连接，并连接到所述电流偏置电路和第四场效应管的栅极；所述第三场效应管的源极连接到所述LED芯片的GND引脚；

所述第四场效应管的源极连接到所述LED芯片的DI引脚，接收来自所述DI引脚的所述拉电流数据；所述第四场效应管的漏极通过电阻连接到所述LED芯片的VDD引脚，并且所述第四场效应管的漏极通过多个串联的反相器连接到所述端口逻辑处理电路；所述第四场效应管的漏极提供电信号给所述端口逻辑处理电路。

4.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，所述第二灌电流模块和所述第二拉电流模块均与所述电流偏置电路连接，所述电流偏置电路为所述第二灌电流模块和所述第二拉电流模块提供偏置电流。

5.根据权利要求4所述的LED芯片，其特征在于，所述第二拉电流模块包括第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管；其中，

所述第五场效应管的栅极和漏极连接，并连接到所述电流偏置电路和所述第六场效应管的栅极，以及连接到所述第七场效应管的漏极；所述第五场效应管、所述第六场效应管和所述第七场效应管的源极均连接到所述LED芯片的VDD引脚；所述第六场效应管的漏极连接到所述LED芯片的DO引脚；所述第七场效应管的栅极连接到所述数字信号处理电路；

所述第二灌电流模块包括第八场效应管、第九场效应管、第十场效应管；其中，

所述第八场效应管的栅极和漏极连接，并连接到所述电流偏置电路和所述第九场效应管的栅极，以及连接到所述第十场效应管的漏极；所述第八场效应管、所述第九场效应管和所述第十场效应管的源极均连接到所述LED芯片的GND引脚；所述第九场效应管的漏极连接到所述LED芯片的DO引脚；所述第十场效应管的栅极连接到所述数字信号处理电路。

6.根据权利要求4所述的LED芯片，其特征在于，所述输入端口电路包括第一钳位模块，用于对来自所述DI引脚的输入电信号进行电压钳位以及用于静电保护；所述输出端口电路包括第二钳位模块，用于对所述DO引脚的输出电信号进行电压钳位以及用于静电保护。

7.一种LED芯片的级联系统，其特征在于，基于权利要求1至6中任一项所述的LED芯片进行多颗芯片级联连接，包括三种级联方式；其中，

第一级联方式：首个第一级LED芯片的GND引脚连接电源负极而末尾最后一级LED芯片的VDD引脚连接电源正极，以及相邻后一级LED芯片的GND引脚连接到相邻前一级LED芯片的VDD引脚，以及相邻后一级LED芯片的DI引脚连接到相邻前一级LED芯片的DO引脚；

第二级联方式：首个第一级LED芯片的VDD引脚连接电源正极而末尾最后一级LED芯片的GND引脚连接电源负极，以及相邻后一级LED芯片的VDD引脚连接到相邻前一级LED芯片的GND引脚，以及相邻后一级LED芯片的DI引脚连接到相邻前一级LED芯片的DO引脚；

第三级联方式：每一个LED芯片的VDD引脚都并接到电源正极，每一个LED芯片的GND引脚都并接到电源负极，以及相邻后一级LED芯片的DI引脚连接到相邻前一级LED芯片的DO引脚。

8.根据权利要求7所述的LED芯片的级联系统，其特征在于，还包括：

第四级联方式：将采用所述第一级联方式的一组LED芯片的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到采用所述第二级联方式的一组LED芯片的首个第一级LED芯片的DI引脚；

第五级联方式：将采用所述第二级联方式的一组LED芯片的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到采用所述第一级联方式的一组LED芯片的首个第一级LED芯片的DI引脚；

第六级联方式：将所述第四级联方式重复多次级联，将采用所述第四级联方式的两组LED芯片的第二组的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到另一采用所述第四级联方式的两组LED芯片的第一组的首个第一级LED芯片的DI引脚，并重复多次；

第七级联方式：将所述第五级联方式重复多次级联，将采用所述第五级联方式的两组LED芯片的第二组的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到另一采用所述第五级联方式的两组LED芯片的第一组的首个第一级LED芯片的DI引脚，并重复多次；

第八级联方式：将采用所述第三级联方式的多组LED芯片按照所述第一级联方式来进行所述多组LED芯片的组间级联，首个第一组LED芯片的GND引脚连接电源负极而末尾最后一组LED芯片的VDD引脚连接电源正极，以及相邻后一组LED芯片的GND引脚连接到相邻前一组LED芯片的VDD引脚，以及相邻后一组LED芯片中的第一级LED芯片的DI引脚连接到相邻前一组LED芯片中的最后一级LED芯片的DO引脚；

第九级联方式：将采用所述第三级联方式的多组LED芯片按照所述第二级联方式来进行所述多组LED芯片的组间级联，首个第一组LED芯片的VDD引脚连接电源正极而末尾最后一组LED芯片的GND引脚连接电源负极，以及相邻后一组LED芯片的VDD引脚连接到相邻前一组LED芯片的GND引脚，以及相邻后一组LED芯片中的第一级LED芯片的DI引脚连接到相邻前一组LED芯片中的最后一级LED芯片的DO引脚。

9.根据权利要求7所述的LED芯片的级联系统，其特征在于，还包括：

第十级联方式：将采用所述第一级联方式的一组LED芯片的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到采用所述第二级联方式的一组LED芯片的首个第一级LED芯片的DI引脚，并将采用所述第一级联方式的一组LED芯片的末尾最后一级LED芯片的GND引脚连接到采用所述第二级联方式的一组LED芯片的首个第一级LED芯片的GND引脚；

第十一级联方式：将采用所述第二级联方式的一组LED芯片的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到采用所述第一级联方式的一组LED芯片的首个第一级LED芯片的DI引脚，并将采用所述第二级联方式的一组LED芯片的末尾最后一级LED芯片的VDD引脚连接到采用所述第一级联方式的一组LED芯片的首个第一级LED芯片的VDD引脚；

第十二级联方式：将采用所述第十级联方式的两组LED芯片的第二组的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到另一采用所述第十级联方式的两组LED芯片的第一组的首个第一级LED芯片的DI引脚，并将采用所述第十级联方式的两组LED芯片的第二组的末尾最后一级LED芯片的VDD引脚连接到另一采用所述第十级联方式的两组LED芯片的第一组的首个第一级LED芯片的VDD引脚，并重复多次；

第十三级联方式：将采用所述第十一级联方式的两组LED芯片的第二组的末尾最后一级LED芯片的DO引脚连接到另一采用所述第十一级联方式的两组LED芯片的第一组的首个第一级LED芯片的DI引脚，并将采用所述第十一级联方式的两组LED芯片的第二组的末尾最后一级LED芯片的GND引脚连接到另一采用所述第十一级联方式的两组LED芯片的第一组的首个第一级LED芯片的GND引脚，并重复多次。

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