CN114996196B - I2c通信驱动电路、微显示芯片和电子设备 - Google Patents

I2c通信驱动电路、微显示芯片和电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种I2C通信驱动电路、微显示芯片和电子设备，其中，I2C通信驱动电路包括使能信号产生电路，用于检测I2C总线是否向从机器件发送通信数据，并生成相应的使能信号；时钟门控，其输入端连接所述微显示芯片的像素时钟信号，输出端与所述从机器件连接，所述时钟门控的控制端与所述使能信号产生电路的输出端连接；所述使能信号产生电路用于在未检测到所述I2C总线向所述从机器件发送通信数据时，所生成的使能信号使得所述时钟门控处于关闭状态，以使得所述时钟门控停止将所述像素时钟信号输入给所述从机器件。

Description

I2C通信驱动电路、微显示芯片和电子设备
技术领域
本发明涉及电数字信号处理技术领域，尤其涉及一种I2C通信驱动电路、微显示芯片和电子设备。
背景技术
微显示技术是指以自发光的微米量级的LED或OLED为发光像素单元，将其组装到驱动面板上形成高密度LED阵列的显示技术。由于微显示芯片尺寸小、集成度高和自发光等特点，在显示方面与LCD相比在亮度、分辨率、对比度、能耗、使用寿命、响应速度和热稳定性等方面具有更大的优势。且微显示芯片由于其尺寸相比于传递显示器件更小，因此适用于各种便携设备上。但由于便携设备的储能是有限的，为了尽可能延长设备的使用时长，如何降低设备本身的能耗是目前重要的技术创新方向之一。
I2C总线是一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。多个主机器件和从机器件之间通信时只需要用两根导线互连，分别为串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL），所有主从器件的SDA线连在一根公共数据线上以分时占用该共用数据线来实现两两互传数据，所有主从器件的SCL线连在一根公共时钟线上以分时占用该公共时钟线来实现两两互传时钟，I2C总线接口已经集成在芯片内部，不需要特殊的接口电路，而且片上接口电路的滤波器可以滤去总线数据上的毛刺。因此I2C总线简化了硬件电路布线，降低了系统成本，提高了系统可靠性。因为I2C芯片除了这两根线和少量中断线，与系统再没有连接的线，用户常用IC可以很容易形成标准化和模块化，便于重复利用。
I2C通信协议下连接到相同总线上的从机数量只受总线最大电容的限制，串行的8位双向数据传输位速率在标准模式下可达100Kbit/s，快速模式下可达400Kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s。同时I2C总线具有极低的电流消耗，抗高噪声干扰，增加总线驱动器可以使总线电容扩大10倍，传输距离达到15m；兼容不同电压等级的器件，工作温度范围宽。
I2C总线的上述特点使得其成为微显示芯片的主流通信接口。现有设计中可将像素显示信号时钟作为I2C通信的主时钟，例如使用大量寄存器作为I2C通信链路上的从机器件。本发明的发明人发现，由于该大量寄存器在主时钟的时钟域中，在I2C总线上没有通信数据输入该大量寄存器时，该大量寄存器在I2C时钟的作用下也处于工作状态，由此导致了大量的能耗。由此可见现有技术中需要一种针对微显示芯片中的I2C通信驱动电路，能有大幅降低I2C总线上的寄存器的能耗。且该I2C通信驱动电路能够不依赖于软件控制，从而大大降低微显示芯片在工作中运算负担。
发明内容
本发明所要实现的技术目的在于提供一种I2C通信驱动电路、微显示芯片和电子设备，以降低微显示芯片的能耗，进而降低电子设备能耗，提升电子设备的续航能力。
为此，根据第一方面，本发明实施例公开了一种用于微显示芯片的I2C通信驱动电路，包括：
使能信号产生电路，用于检测I2C总线是否向从机器件发送通信数据，并生成相应的使能信号；
时钟门控，其输入端连接所述微显示芯片的像素时钟信号，输出端与所述从机器件连接，所述时钟门控的控制端与所述使能信号产生电路的输出端连接；其中
所述使能信号产生电路用于在检测到所述I2C总线向所述从机器件发送通信数据时，所生成的使能信号使得所述时钟门控处于开启状态，以使得所述时钟门控将所述像素时钟信号输入给所述从机器件；或者
所述使能信号产生电路用于在未检测到所述I2C总线向所述从机器件发送通信数据时，所生成的使能信号使得所述时钟门控处于关闭状态，以使得所述时钟门控停止将所述像素时钟信号输入给所述从机器件。
可选地，所述使能信号产生电路用于根据I2C总线中的SDA信号和SCL信号来检测所述I2C总线是否向所述从机器件发送通信数据。
可选地，所述使能信号产生电路在所述I2C总线上的所述SCL信号为高电平，且所述SDA信号从高电平向低电平切换时，生成用于使所述时钟门控处于开启状态的第一使能信号；或者
所述使能信号产生电路在所述I2C总线上的所述SCL信号为高电平，且所述SDA信号从低电平向高电平切换时，生成用于使所述时钟门控处于关闭状态的第二使能信号。
可选地，所述时钟门控使能信号产生电路包括第一触发器、中间转换电路和第二触发器，其中
所述第一触发器的输入端用于接收所述SDA信号，并输出所述SDA信号的前一拍信号；
所述中间转换电路用于接收所述SDA信号、所述SCL信号、以及所述第一触发器和所述第二触发器的输出信号；
所述第二触发器的输入端用于接收所述中间转换电路的输出信号，并输出所述中间转换电路的输出信号的前一拍信号，其输出端与所述时钟门控的控制端连接。
可选地，所述中间转换电路包括：
第一反相器，其输入端用于接收所述SDA信号；
第二反相器，其输入端与所述第一触发器的输出端连接；
第一与门，其输入端分别连接所述SDA信号和所述第二反相器的输出端；
第二与门，其输入端分别连接所述第一触发器的输出端和所述第一反相器的输出端；
第三与门，其输入端分别连接所述SCL信号和所述第二与门的输出端；
第四与门，其输入端分别连接所述SCL信号和所述第一与门的输出端；
第一二路选择器，其输入端分别连接高电平和所述第二触发器的输出信号，其控制端连接所述第三与门的输出端；
第二二路选择器，其输入端分别连接低电平和所述第一二路选择器的输出端，其控制端连接所述第四与门的输出端，所述第二二路选择器的输出端作为所述中间转换电路的输出端；其中
所述第一二路选择器在其控制端输入为低电平时，输出所述第二触发器的输出信号，在其控制端输入为高电平时，输出高电平；
所述第二二路选择器在其控制端输入为低电平时，输出所述第一二路选择器的输出信号，在其控制端输入为高电平时，输出低电平。
可选地，所述像素时钟信号的频率大于所述SCL信号的频率。
根据第二方面，本发明实施例公开了一种微显示芯片，包括：
至少一个从机器件，与I2C总线连接；
像素时钟电路，用于产生像素时钟信号；
上述第一方面中任一项所述的I2C通信驱动电路，用于在检测到所述I2C总线向所述从机器件发送通信数据时，将所述像素时钟信号输入给所述I2C总线上的从机器件；或者
用于在未检测到所述I2C总线向所述从机器件发送通信数据时，停止将所述像素时钟信号输入给所述I2C总线上的从机器件。
可选地，所述从机器件在接收到所述像素时钟信号时处于工作状态，以处理所述通信数据。
可选地，所述从机器件为寄存器，所述寄存器在接收到所述像素时钟信号时处于工作状态，以存储所述通信数据。
根据第三方面，本发明实施例公开了一种电子设备，包括上述第二方面所述的微显示芯片。
与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例的突出创新点及优势为：
本发明实施例中使用硬件逻辑电路元件实现了对I2C总线通信起始和停止的判断，并根据判断结果控制时钟门控是否向I2C总线上的从机器件输送像素时钟信号，通过这种方式降低微显示芯片的能耗。本发明中涉及上述技术目的的相应技术手段是本发明的核心的创新点。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明实施例的用于微显示芯片的I2C通信驱动电路的结构示意图；
图2是本发明实施例的使能信号产生电路的结构示意图；
图3是本发明实施例的中间转换电路的结构示意图；
图4是本发明实施例的I2C通信驱动电路的时序关系图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。
图1示出了本发明实施例的用于微显示芯片的I2C通信驱动电路的结构示意图，如图1所示，该I2C通信驱动电路可以包括使能信号产生电路1和时钟门控2，其中，使能信号产生电路1与I2C总线连接用于检测I2C总线是否向从机器件3发送通信数据，并生成相应的使能信号；时钟门控2的输入端连接微显示芯片的像素时钟信号，输出端与从机器件3连接，时钟门控2的控制端与使能信号产生电路1的输出端连接，从而使能信号产生电路1所生成的使能信号能够控制时钟门控2的开启或关闭。在本实施例中，从机设备3可以为一个或多个，从机设备3例如可以是寄存器。
进一步地，使能信号产生电路1可以在检测到I2C总线向从机器件3发送通信数据时，所生成的使能信号使得时钟门控2处于开启状态，以使得时钟门控2将像素时钟信号输入给从机器件3。使能信号产生电路1还可以在未检测到I2C总线向从机器件3发送通信数据时，所生成的使能信号使得时钟门控2处于关闭状态，以使得时钟门控2停止将像素时钟信号输入给从机器件3。
在微显示芯片中，像素时钟信号会使得I2C总线的从机器件3一直处于工作状态，然而在很多时候I2C总线并未向从机器件3传输通信数据，若从机器件3一直处于工作状态，特别是当从机器件3众多时，会产生大量的能耗，进而会影响电子设备，尤其是移动电子设备的续航能力。为此，在本发明实施例的用于微显示芯片的I2C通信驱动电路中，通过使能信号产生电路来检测I2C总线是否向从机器件发送通信数据，仅当I2C总线向从机器件发送通信数据时，控制时钟门控开启，以将像素时钟信号输入给从机器件，从而使从机器件处于工作状态以对通信数据进行处理。而当I2C总线未向从机器件发送通信数据时，从机器件无需执行任何操作，使能信号产生电路控制时钟门控关闭，以使得从机器件的时钟不翻转，从而降低从机器件的能耗。
在一种可选实施方式中，从机器件例如可以是寄存器。在微显示芯片中存在大量的寄存器，当I2C总线未向寄存器发送通信数据时，使寄存器均处于休眠状态，能够降低微显示芯片的能耗。
在本发明实施例中，使能信号产生电路1可以采用多种可行的方式来检测I2C总线是否向从机器件发送通信数据。在本发明实施例的一些可选实施方式中，使能信号产生电路1可以根据I2C总线中的SDA信号和SCL信号来检测I2C总线是否向从机器件发送通信数据，从而能够简化使能信号产生电路。
具体而言，如图4所示，根据I2C协议，I2C总线上通信开始的条件是SCL线是高电平时，SDA线从高电平向低电平切换；通信结束的条件是SCL线是高电平时，SDA线从低电平向高电平切换，因此使能信号产生电路1可以在I2C总线上的SCL信号为高电平，且SDA信号从高电平向低电平切换时，此时I2C总线上通信开始，为了使从机器件处于工作状态以对通信数据进行处理，使能信号产生电路1生成用于使时钟门控2处于开启状态的第一使能信号，从而像素时钟信号能够通过时钟门控2输入到从机器件3，以使得从机器件3处于工作状态。当I2C总线上的SCL信号为高电平，且SDA信号从低电平向高电平切换时，此时I2C通信结束，同时信号产生电路1生成用于使时钟门控2处于关闭状态的第二使能信号，从而从机器件3无法接收到像素时钟信号而时钟不翻转，从而能够降低能耗。
在本实施方式中，通过使能信号产生电路1对上述通信开始和通信结束两种状态进行自动的判断，并根据判定结果生成使能信号，从而控制时钟门控2在I2C总线通信开始时将像素时钟信号输给连接在I2C总线上的从机器件；当I2C总线通信结束时控制时钟门控2停止将像素时钟信号输给连接在I2C总线上的从机器件，使得I2C总线上没有通信信号时，从机器件的时钟不翻转，以降低能耗。本实施方式中，使能信号产生电路1的输入端接收I2C总线中的SDA信号和SCL信号，并输出使能信号，同时将I2C总线中的SDA信号和SCL信号输出给I2C总线上的从机器件。时钟门控2的控制端输入由使能信号产生电路1的使能信号，同时时钟门控2的输入端还输入像素时钟信号。
更具体地，如图2所示，本发明实施例的使能信号产生电路1可以包括第一触发器10、中间转换电路11及第二触发器12。在本实施例中，第一触发器10和第二触发器12例如可以采用具有保持特性的触发器，即第一触发器10和第二触发器12输出其输入信号的前一拍信号，在图2的示例中，第一触发器10和第二触发器12为D触发器，本领域技术人员应当理解，第一触发器10和第二触发器12也可以采用其他具有保持特性的触发器。下面以第一触发器10和第二触发器12为D触发器为例，来详细描述本发明实施例的使能信号产生电路。
第一D触发器10的D输入端用于接收SDA信号，并输出该SDA信号的前一拍信号。中间转换电路11用于接收SDA信号、SCL信号、以及第一D触发器10和第二D触发器12的输出信号，更具体地，第一D触发器10和第二D触发器12的输出信号为D触发器的Q输出端的输出信号。第二D触发器12的D输入端用于接收中间转换电路11的输出信号，并输出中间转换电路11的输出信号的前一拍信号，其输出端与时钟门控2的控制端连接。需要说明的是，在本实施例中，第一D触发器10和第二触发器12的CP输入端还接收像素时钟信号。
图3对图2中的中间转换电路11进行了更为具体的描述，如图3所示，中间转换电路11可以包括第一反相器110、第二反相器112、第一与门111、第二与门113、第三与门114、第四与门115、第一二路选择器116、第一二路选择器117。
具体而言，第一反相器110的输入端用于接收SDA信号；第二反相器112的输入端与第一D触发器10的输出端连接；第一与门111的输入端分别连接SDA信号和第二反相器112的输出端；第二与门113的输入端分别连接第一D触发器10的输出端和第一反相器110的输出端；第三与门114的输入端分别连接SCL信号和第二与门113的输出端；第四与门115的输入端分别连接SCL信号和第一与门111的输出端；第一二路选择器116的两个输入端分别连接高电平和第二D触发器12的输出信号，其控制端连接第三与门114的输出端；第二二路选择器117的两个输入端分别连接低电平和第一二路选择器116的输出端，其控制端连接第四与门115的输出端，第二二路选择器117的输出端作为中间转换电路11的输出端。
对于第一二路选择器116来说，第一二路选择器116在其控制端输入为低电平时，选择输出第二D触发器12的输出信号，在其控制端输入为高电平时，选择输出高电平，即保持输出为“1”。对于第二二路选择器117来说，第二二路选择器117在其控制端输入为低电平时，选择输出第一二路选择器116的输出信号，在其控制端输入为高电平时，选择输出低电平，即保持输出为“0”。
根据上述使能信号产生电路的硬件电路，当I2C总线上出现通信开始信号时，即SCL线是高电平，SDA线从高电平向低电平切换时，在SDA信号发生跳变的一刻，图3中的A点由于第一D触发器10的保持特性而呈现高电平，即第一D触发器10输出信号“1”。但此刻第一反相器110的输出端输出的信号从低电平立刻转变为高电平，即从信号“0”变为信号“1”。则第二与门113的输出端从低电平立刻转变为高电平，即从信号“0”变为信号“1”。第三与门114的输出端信号从低电平立刻转变为高电平，即从信号“0”变为信号“1”。进而第一二路选择器116输出端输出其第二输入端输入的信号，即恒定的高电平信号。由于第二二路选择器117输出端依然输出其第一输入端输入的信号。因此第二D触发器12的Q输出端输出的信号将变为高电平信号，从而使得使能信号变为“1”。该第二D触发器12的Q输出端输出的信号的跳变发生在SDA信号发生跳变时刻所在的像素时钟信号的下一个周期。
同理，当I2C总线上出现通信结束信号时，即SCL线是高电平，SDA线从低电平向高电平切换时，在SDA信号发生跳变的一刻，将导致第二D触发器12的Q输出端输出的信号变为低电平，从而使得使能信号变为“0”。同样地，该第二D触发器12的Q输出端输出的信号的跳变发生在该SDA信号发生跳变时刻所在的像素时钟信号的下一个周期。
本实施例中，其中像素时钟信号作为用于微显示芯片进行画面显示的控制时钟其时钟频率大于20MHz，而SCL信号作为串行时钟信号，根据I2C协议，其在快速模式下的通讯速率为400KHz。由于上述像素时钟信号频率大于SCL信号频率，由时钟门控所控制的像素时钟信号输入到I2C总线上的从机器件的时刻必然处于I2C总线通信信号起始或出现的SCL信号周期内。
如图1所示，本发明实施例还提供了一种微显示芯片，其可以包括至少一个从机器件3、像素时钟电路（图中未示出）以及上文所述实施例中的I2C通信驱动电路。其中，从机器件3与I2C总线连接，像素时钟电路用于产生像素时钟信号， I2C通信驱动电路用于在检测到I2C总线向从机器件3发送通信数据时，将像素时钟信号输入给I2C总线上的从机器件3；或者用于在未检测到I2C总线向从机器件3发送通信数据时，停止将像素时钟信号输入给I2C总线上的从机器件3。
在本发明实施例的微显示芯片中，从机器件3在接收到像素时钟信号时处于工作状态，以处理通信数据。可选地，从机器件3为寄存器，寄存器在接收到像素时钟信号时处于工作状态，以存储该通信数据。
本发明实施例的微显示芯片，其I2C通信驱动电路仅当I2C总线向从机器件发送通信数据时，控制时钟门控开启，以将像素时钟信号输入给从机器件，从而使从机器件处于工作状态以对通信数据进行处理；而当I2C总线未向从机器件发送通信数据时，从机器件无需执行任何操作，使能信号产生电路控制时钟门控关闭，以使得从机器件的时钟不翻转，从而降低了微显示芯片的能耗。
相应地，本发明实施例还提供了一种电子设备，其可以包括上文所述的微显示芯片。
本发明实施例的电子设备，由于具有低能耗的微显示芯片，从而该电子设备同样也具有低能耗的优点，尤其是对于移动电子设备，能够显著提升该移动电子设备的续航能力。
上述微显示芯片和电子设备的具体细节可以对应参阅图1至图4所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
以上所述，仅为本发明的具体实施案例，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术的技术人员在本发明所述的技术规范内，对本发明的修改或替换，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于微显示芯片的I2C通信驱动电路，其特征在于，包括：
使能信号产生电路（1），用于检测I2C总线是否向从机器件发送通信数据，并生成相应的使能信号；
时钟门控（2），其输入端连接所述微显示芯片的像素时钟信号，输出端与所述从机器件连接，所述时钟门控（2）的控制端与所述使能信号产生电路（1）的输出端连接；其中
所述使能信号产生电路（1）用于在检测到所述I2C总线向所述从机器件发送通信数据时，所生成的使能信号使得所述时钟门控（2）处于开启状态，以使得所述时钟门控（2）将所述像素时钟信号输入给所述从机器件；或者
所述使能信号产生电路（1）用于在未检测到所述I2C总线向所述从机器件发送通信数据时，所生成的使能信号使得所述时钟门控（2）处于关闭状态，以使得所述时钟门控（2）停止将所述像素时钟信号输入给所述从机器件。
2.根据权利要求1所述的I2C通信驱动电路，其特征在于，所述使能信号产生电路（1）用于根据I2C总线中的SDA信号和SCL信号来检测所述I2C总线是否向所述从机器件发送通信数据。
3.根据权利要求2所述的I2C通信驱动电路，其特征在于，所述使能信号产生电路（1）在所述I2C总线上的所述SCL信号为高电平，且所述SDA信号从高电平向低电平切换时，生成用于使所述时钟门控（2）处于开启状态的第一使能信号；或者
所述使能信号产生电路（1）在所述I2C总线上的所述SCL信号为高电平，且所述SDA信号从低电平向高电平切换时，生成用于使所述时钟门控（2）处于关闭状态的第二使能信号。
4.根据权利要求3所述的I2C通信驱动电路，其特征在于，所述使能信号产生电路（1）包括第一触发器（10）、中间转换电路（11）和第二触发器（12），其中
所述第一触发器（10）的输入端用于接收所述SDA信号，并输出所述SDA信号的前一拍信号；
所述中间转换电路（11）用于接收所述SDA信号、所述SCL信号、以及所述第一触发器（10）和所述第二触发器（12）的输出信号；
所述第二触发器（12）的输入端用于接收所述中间转换电路（11）的输出信号，并输出所述中间转换电路（11）的输出信号的前一拍信号，其输出端与所述时钟门控（2）的控制端连接。
5.根据权利要求4所述的I2C通信驱动电路，其特征在于，所述中间转换电路（11）包括：
第一反相器（110），其输入端用于接收所述SDA信号；
第二反相器（112），其输入端与所述第一触发器（10）的输出端连接；
第一与门（111），其输入端分别连接所述SDA信号和所述第二反相器（112）的输出端；
第二与门（113），其输入端分别连接所述第一触发器（10）的输出端和所述第一反相器（110）的输出端；
第三与门（114），其输入端分别连接所述SCL信号和所述第二与门（113）的输出端；
第四与门（115），其输入端分别连接所述SCL信号和所述第一与门（111）的输出端；
第一二路选择器（116），其输入端分别连接高电平和所述第二触发器（12）的输出信号，其控制端连接所述第三与门（114）的输出端；
第二二路选择器（117），其输入端分别连接低电平和所述第一二路选择器（116）的输出端，其控制端连接所述第四与门（115）的输出端，所述第二二路选择器（117）的输出端作为所述中间转换电路（11）的输出端；其中
所述第一二路选择器（116）在其控制端输入为低电平时，输出所述第二触发器（12）的输出信号，在其控制端输入为高电平时，输出高电平；
所述第二二路选择器（117）在其控制端输入为低电平时，输出所述第一二路选择器（116）的输出信号，在其控制端输入为高电平时，输出低电平。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的I2C通信驱动电路，其特征在于，所述像素时钟信号的频率大于所述SCL信号的频率。
7.一种微显示芯片，其特征在于，包括：
至少一个从机器件，与I2C总线连接；
像素时钟电路，用于产生像素时钟信号；
还包括根据权利要求1-6中任一项所述的I2C通信驱动电路，用于在检测到所述I2C总线向所述从机器件发送通信数据时，将所述像素时钟信号输入给所述I2C总线上的从机器件；或者
用于在未检测到所述I2C总线向所述从机器件发送通信数据时，停止将所述像素时钟信号输入给所述I2C总线上的从机器件。
8.根据权利要求7所述的微显示芯片，其特征在于，所述从机器件在接收到所述像素时钟信号时处于工作状态，以处理所述通信数据。
9.根据权利要求8所述的微显示芯片，其特征在于，所述从机器件为寄存器，所述寄存器在接收到所述像素时钟信号时处于工作状态，以存储所述通信数据。
10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求7-9中任一项所述的微显示芯片。
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