CN114175856B - 电流驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在低电流驱动时具有较高的线性特性的新型电流驱动电路，其特征在于，包括：电压电流转换部，其将输入电压转换为电流；数字模拟转换器(DAC)，其连接于所述电压电流转换部的输出端以生成并输出对应于所施加的数字代码的电压；场效应晶体管，其第一电极连接于负载且第二电极连接于电阻器所连接的节点，并且响应于施加到栅极的电压而使电流流向所述负载；放大器，其分别接收从所述数字模拟转换器输出的电压和由所述电阻器形成的电压，并生成用于控制为使电流在所述场效应晶体管流动的电压并将该电压施加到所述栅极；电流供给源，其用于向所述第一电极供给用于所述场效应晶体管在饱和区域动作所需要的电流；以及控制部，其在所述场效应晶体管在低于阈值电压的区域动作时激活所述电流供给源以控制所述场效应晶体管在饱和区域动作。

Description

电流驱动电路
技术领域
本发明涉及一种电流驱动电路，尤其涉及一种在低电流驱动时具有较高的线性特性的新型电流驱动电路。
背景技术
电流驱动方式是多用于AF驱动器、背光LED驱动驱动器、LED照明驱动驱动器、白光LED驱动驱动器、闪光灯(Flash)LED驱动驱动器和各种应用领域的驱动方式。在这样的电流驱动方式的重要规格中，线性度(Linearity)是一重要的因素，即，期望的输入数字代码与驱动输出电流应呈一次线性。
这样的线性度在输出电流接近于零的极低电流驱动时特性变差，其原因是，电流过少，驱动的晶体管在较弱(weak)的状态，即几乎截止的状态(阈值电压以下)下动作，因此导致特性下降。
更具体地，图1示出一般的电流驱动电路的结构，是输出电流根据施加到RDAC30(Resistor D/A converter(电阻数模转换器))的数字代码而决定的结构。当输出电流非常少时，电流驱动晶体管50在线性区域动作，而放大器40的反馈环路特性会大幅下降。在这种情况下，驱动部的反馈环路增益下降，从而导致线性度下降。尤其，会具有输出电流随外部工艺、温度和电源电压的变化而波动的噪声(noisy)特性，从而起到电流驱动的致命弱点的作用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：韩国公开专利公报10-2011-0017491号
发明内容
技术问题
因此，本发明是为了解决上述问题而构思的发明，本发明的主要目的在于，提供一种在低电流驱动时具有较高的线性特性的电流驱动电路；
进一步地，本发明的另一目的在于，提供一种具有对外部工艺和环境变化不敏感的较高的线性特性的电流驱动电路。
技术方案
用于达成前述目的的本发明的实施例提供一种电流驱动电路，包括：带隙基准(Band Gap Reference)电路；电压电流转换部，其将从所述带隙基准电路输出的电压转换为电流；数字模拟转换器(DAC)，其连接于所述电压电流转换部的输出端以生成并输出对应于所施加的数字代码的电压；场效应晶体管，其第一电极连接于负载且第二电极连接于电阻器所连接的节点，并且响应于施加到栅极的电压而使电流流向所述负载；放大器，其分别接收从所述数字模拟转换器输出的电压和由所述电阻器形成的电压，并生成用于控制为使电流在所述场效应晶体管流动的电压并将该电压施加到所述栅极，所述电流驱动电路的特征在于，还包括：
电流供给源，其用于向所述第一电极供给用于所述场效应晶体管在饱和区域动作所需要的电流；以及
控制部，其在所述场效应晶体管在低于阈值电压的区域动作时激活所述电流供给源以控制所述场效应晶体管在饱和区域动作。
进一步地，在上述结构的电流驱动电路中，另一特征在于，所述电流供给源包括：
多个开关，其根据所输入的数字代码进行切换；以及
数字模拟转换器，其包括连接于公共电源端与每个所述开关之间以根据各开关的切换与否来供给电流的电力开关元件，并且
又一特征在于，
当所述场效应晶体管在低于阈值电压的区域动作时，所述控制部控制连接于所述电压电流转换部的输出端的数字模拟转换器输出限制性地设定的最小电压。
发明的效果
根据上述技术课题的解决方案，本发明的实施例的电流驱动电路具有不但在输出电流接近“0”的低电流驱动时也能够确保线性特性，而且具有对外部工艺和环境变化也不敏感的较高的线性特性的优点。
附图说明
图1是一般的电流驱动电路的例示图。
图2是本发明的实施例的电流驱动电路的例示图。
图3是图2所示的第二数字模拟转换器的电路例示图.
具体实施方式
后述的对本发明的详细说明是为了使本发明的目的、技术解决方法以及优点清楚所例示的能够实施本发明的特定实施例，对此参照图示的附图。这些实施例将被详细描述为足以使本领域技术人员能够实施本发明。
此外，贯穿本发明的详细说明和权利要求，“包括”这一词语及其变形无意排除其他技术特征、附加物、构成要素或步骤。对于本领域技术人员而言，本发明的其他目的、优点和特性将部分地从本说明书并且部分地从本发明的实施中变得清楚。下面的例示和附图是作为实力提供的，无意限定本发明。因此，后述的详细说明无意被视作限定性的含义，若被适当地说明，则本发明的范围仅由等同于其权利要求所主张的所有范围以及所附权利要求所限定。
除非在本说明书中另有所示或与明显在上下文中矛盾，以单数指代的项目包括复数，除非上下文中另有要求。此外，在说明本发明时，当判断为对与一般的电力驱动电路相关的公知结构或功能的具体描述可能会使本发明的主旨含糊不清时，将省略其详细的说明。
图2例示了本发明的实施例的电流驱动电路，图3例示了图2所示的第二数字模拟转换器150的电路图。
首先，如图2所示，本发明的实施例的电流驱动电路包括：
带隙基准(BGR)电路100，其用于供给稳定的电压；
电压电流转换部110(Voltage to Current)，其将从所述带隙基准(BGR)电路100输入的电压转换为电流；
数字模拟转换器120(Resistor DAC：RDAC，)，其连接于所述电压电流转换部110的输出端以生成并输出对应于从后述的控制部160施加的数字代码的电压；以及
场效应晶体管140，其第一电极连接于负载且第二电极连接于电阻器R所连接的节点，并且响应于施加到栅极的电压而使电流流向所述负载。
所述场效应晶体管140的第一电极是源电极，第二电极是漏电极，其响应于施加到栅极的电压而控制从第一电极流向第二电极的电流。
放大器130连接于所述场效应晶体管140的栅极端，从上述数字模拟转换器120(RDAC)输出的电压和由所述电阻器R形成的电压分别被传递至非反相端子(+)和反相端子(-)，以生成用于控制为使电流在所述场效应晶体管140流动的电压并将该电压施加到所述栅极端。
作为参考，在包括上述结构的一般的电流驱动电路中，反馈至所述反相端子的电压被定义为等同于输入至非反相端子(+)的电压的电压。
另一方面，除了上述结构外，本发明的实施例的电流驱动电路还包括电流供给源，该电流供给源用于向所述第一电极供给用于所述场效应晶体管140在饱和区域动作所需要的电流。
如图3所示，所述电流供给源可以实现为数字模拟转换器(150)(DAC)，该数字模拟转换器150包括：多个开关SW1、SW2、SW4、SW8、SW16，其根据所输入的数字代码(n比特的第二数字模拟转换器输入)来进行切换；以及电力开关元件1、2、4、8、16，其连接于公共电源端VDD与每个所述开关S之间，并根据各开关的切换与否来供给电流。这样的数字模拟转换器150(DAC)可以称为第二数字模拟转换器，以与前已述及的RDAC120区分开来。
图3所示的第二数字模拟转换器150的电力开关元件1、2、4、8、16是二进制加权晶体管(binary weighted transistor)，呈现出各增加2倍的尺寸，并且可以具有分辨率也可随所供给的电流而可变的结构。这样的第二数字模拟转换器150根据基于从后述的控制部160施加的或预先设定而激活的数字代码来选择性地接通的开关，将期望的电流供给至对应于电流驱动晶体管的场效应晶体管140的第一电极。
除了上述电流供给源外，本发明的实施例的电流驱动电路的特征在于，还包括控制部160，当所述场效应晶体管140在低于阈值电压的区域(sub-threshold)动作时，该控制部160激活作为所述电流供给源的第二数字模拟转换器150以控制所述场效应晶体管140在饱和区域动作。
另一特征在于，当所述场效应晶体管140在低于阈值电压的区域动作时，这样的控制部160控制所述RDAC120输出限制性地设定的最小电压。优选地，这被解释为意味着当场效应晶体管140在低于设定的阈值电压的区域动作时，控制部160控制RDAC120的输出电压不再下降。
下面参照附图更具体地阐述说明本发明的实施例的电流驱动电路的动作。
首先，参照图2，当控制部160向RDAC120施加数字代码的输入时，与之对应的模拟电压被施加到最终驱动端，即场效应晶体管140的栅极，从而产生输出电流。
当输出电流非常小时，场效应晶体管140在线性(linear)区域动作并且在低于阈值电压的区域动作。在这种情况下，放大器130的反馈环路特性下降，因此致使驱动部的反馈环路增益下降，从而导致线性度下降。
为了解决这样的问题，本发明的实施例的电流驱动电路的控制部160在除了输出电流接近“0”的低电流区间外的区间以防止从第二数字模拟转换器150供给电流的方式维持非激活状态。
在输出电流接近“0”的低电流区间，即，当场效应晶体管140要在低于阈值电压的区域(sub-threshold)动作时，控制部160不再降低RDAC120的输出(限制为所设定的最小电压)，并且为了防止场效应晶体管140在线性区域或低于阈值电压的区域动作，激活第二数字模拟转换器150以支援向源电极供给电流。
即，在本发明中，在电流驱动电路的输出电流接近“0”的低电流区间，对通过彼此不同的数字模拟转换器120、150分别施加到栅极端和源电极的电流水平进行微调，以便场效应晶体管140能够在饱和区域动作，从而，即使不减小施加到场效应晶体管140的电流，最终的输出电流也能够以较低电流输出。
因此，本发明的实施例的电流驱动电路具有不但能够在输出电流接近“0”的低电流驱动时也能够确保较高的线性特性，而且还可以设计具有对外部工艺和环境变化也不敏感的较高的线性特性的电流驱动电路(驱动驱动器IC)的优点。
同时，本发明的实施例的电流驱动电路还具有可以广泛应用于诸如背光LED驱动驱动器、白光LED驱动驱动器、照明用LED驱动驱动器、闪光灯LED驱动驱动器、自动对焦(双向开环AF、闭环AF)驱动驱动器IC等的电流驱动驱动器方式的优点。
虽然在上文中通过具体的构成要素等的特定事项和限定的实施例及附图对本发明进行了说明，但这仅仅是为了有助于更全面地理解本发明而提供的，本发明并不限于上述实施例，本发明所属领域的普通技术人员可以从这样的记载设计出多样的修改和变形。例如，虽然在本发明的实施例中描述为激活第二数字模拟转换器150以使所设定的水平的电流被供给至源电极，但也可以实现为将能够实现需要的电流的供给的n比特的数字代码施加到第二数字模拟转换器150的方式。因此，本发明的思想不应局限于上述实施例而界定，除了后述的权利要求书外，与该权利要求书等同的或等效的所有变形都应视为属于本发明的思想的范围。

Claims (2)

1.一种电流驱动电路，包括：电压电流转换部，其将输入电压转换为电流；第一数字模拟转换器，其连接于所述电压电流转换部的输出端以生成并输出对应于所施加的第一数字代码的电压；场效应晶体管，其第一电极连接于负载且第二电极连接于电阻器所连接的节点，并且响应于施加到栅极的电压而使电流流向所述负载；以及放大器，其分别接收从所述第一数字模拟转换器输出的电压和由所述电阻器形成的电压，并生成用于控制为使电流在所述场效应晶体管流动的电压并将该电压施加到所述栅极，所述电流驱动电路的特征在于，包括：
电流供给源，其用于向所述第一电极供给用于所述场效应晶体管在饱和区域动作所需要的电流；以及
控制部，其在所述场效应晶体管在低于阈值电压的区域动作时通过第二数字代码激活所述电流供给源以控制所述场效应晶体管在饱和区域动作，
其中所述电流供给源是第二数字模拟转换器，所述第二数字模拟转换器包括：
多个开关，其根据所述第二数字代码进行切换；以及
电力开关元件，其连接于公共电源端与所述多个开关之间，并且根据每个开关的切换与否来供给电流。
2.根据权利要求1所述的电流驱动电路，其特征在于，
当所述场效应晶体管在低于阈值电压的区域动作时，所述控制部控制所述第一数字模拟转换器输出限制性地设定的最小电压。
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Application publication date: 20220311

Assignee: Xidi Microelectronics (Hong Kong) Co.,Ltd.

Assignor: Dongyun Technology Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023990000311

Denomination of invention: Current driven circuit

Granted publication date: 20240621

License type: Exclusive License

Record date: 20240923