CN117119631A - 光体积变化描记图法的发光二极管驱动器以及电流驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光体积变化描记图法的发光二极管驱动器以及电流驱动器。该发光二极管驱动器包含操作放大器(OP)、N个电流驱动电路与电阻电路。该OP比较参考电压与反馈电压以产生控制电压。该N个电流驱动电路的每一个耦接LED电流路径，并包含：NMOS晶体管，在致能模式下依据控制电压而开启，并在禁能模式下依据接地端的电压而关闭，该NMOS晶体管的漏极耦接该LED电流路径，该NMOS晶体管的源极的电压为反馈电压；以及开关电路，在该致能模式下耦接该OP与该NMOS晶体管的栅极以开启该NMOS晶体管，以及在该禁能模式下耦接该接地端与该NMOS晶体管的栅极以关闭该NMOS晶体管。该电阻电路耦接于该源极与该接地端之间，与该反馈电压共同决定流过该N个电流驱动电路的总电流。
Description
技术领域
本发明涉及驱动器，尤其涉及用于光体积变化描记图法的发光二极管驱动器与电流驱动器。
背景技术
光体积变化描记图法(Photoplethysmography；PPG)技术涉及以可控光源(例如：发光二极管(LED))照射皮肤并测量光吸收的变化量，且可用于多种应用(例如：心律与血氧的测量)。一PPG电子产品可能包含多个LED，该些LED分别用来照射不同位置的皮肤，且每个LED是由一专属的/共享的电流驱动电路来驱动。然而，该些LED不一定要同时操作；因此，每个LED与其相对应的电流驱动电路之间会设置一开关(例如：金氧半导体(MOS)晶体管)，N个LED与其相对应的电流驱动电路之间会设置N个开关。当该开关开启时，该LED依据一驱动电流以操作；当该开关关闭时，该LED没有电流流过而不操作。
承上所述，由于每个LED操作时通常需要一大驱动电流(例如：大于一百毫安的电流)，该开关须能承受该大驱动电流，因此，该开关的电路面积通常很大，这不利于电路的小型化，且会导致成本上升。
发明内容
本公开的目的之一在于提供一种用于光体积变化描记图法(photoplethysmography(PPG))的发光二极管(light-emitting diode(LED))驱动器以及一种电流驱动器，能够减少大面积开关的使用，以利于电路的小型化以及降低成本。
本公开的用于PPG的LED驱动器的一实施例包含一操作放大器(operationalamplifier(OP))、N个电流驱动电路与一电阻电路，其中该N为正整数。该操作放大器包含一OP输入端、一OP反相输入端与一OP输出端，其中该OP输入端用来接收一参考电压，该OP反相输入端用来接收一反馈电压，该OP输出端用来输出一控制电压。该N个电流驱动电路的每一个经由一LED电流路径耦接一LED；换言之，该N个电流驱动电路分别耦接N个LED电流路径，以耦接N个LED。该N个电流驱动电路的每一个可操作于一致能模式与一禁能模式的其中之一，并包含一N通道金氧半导体(NMOS)晶体管与一开关电路。该NMOS晶体管包含一漏极、一源极与一栅极，其中该漏极不经由任何开关耦接该LED电流路径，该源极经由一反馈节点耦接该OP反相输入端，该栅极用来在该致能模式下接收该控制电压以及在该禁能模式下接收一偏压端的一偏压，该反馈节点的电压为该反馈电压。该开关电路用来在该致能模式下耦接该OP输出端与该栅极，以让该控制电压控制该NMOS晶体管；该开关电路还在该禁能模式下耦接该偏压端与该栅极，以让该偏压禁能该NMOS晶体管。该电阻电路耦接于该反馈节点与一低电压端之间，用来与该反馈电压共同决定流过该N个电流驱动电路的一总电流。
本公开的电流驱动器的一实施例包含一OP、N个电流驱动电路以及一电阻电路，其中该N为正整数。该OP包含一OP输入端、一OP反相输入端与一OP输出端，其中该OP输入端用来接收一参考电压，该OP反相输入端用来接收一反馈电压，该OP输出端用来输出一控制电压。该N个电流驱动电路的每一个经由一电流路径耦接一被驱动电路；换言之，该N个电流驱动电路分别耦接N个电流路径，以耦接N个被驱动电路。该N个电流驱动电路的每一个可操作于一致能模式与一禁能模式的其中之一，并包含一NMOS晶体管与一开关电路。该NMOS晶体管包含一漏极、一源极与一栅极，其中该漏极不经由任何开关耦接该电流路径，该源极经由一反馈节点耦接该OP反相输入端，该栅极用来在该致能模式下接收该控制电压以及在该禁能模式下接收一偏压端的一偏压，该反馈节点的电压为该反馈电压。该开关电路用来在该致能模式下耦接该OP输出端与该栅极，以让该控制电压控制该NMOS晶体管；该开关电路还在该禁能模式下耦接该偏压端与该栅极，以让该偏压禁能该NMOS晶体管。该电阻电路耦接于该反馈节点与一低电压端之间，用来与该反馈电压共同决定流过该N个电流驱动电路的一总电流。
有关本发明的特征、实际操作与功效，兹配合附图作优选实施例详细说明如下。
附图说明
图1示出本公开的用于光体积变化描记图法(PPG)的发光二极管(LED)驱动器的一实施例；
图2示出图1的开关电路的一实施例；以及
图3示出本公开的电流驱动器的一实施例。
具体实施方式
本公开提出一种用于光体积变化描记图法(Photoplethysmography；PPG)的发光二极管(light-emitting diode(LED))驱动器以及一种电流驱动器，其可减少大面积开关的使用，以利于电路的小型化以及降低成本。
图1示出本公开的用于PPG的LED驱动器的一实施例。图1的用于PPG的LED驱动器100包含一操作放大器(operational amplifier(OP))110、N个电流驱动电路120与一电阻电路130，其中该N为正整数(例如：1≤N≤5)。该些电路说明于底下段落。
如图1所示，该OP 110包含一OP输入端(如图1的符号“+”所示)、一OP反相输入端(如图1的符号“－”所示)与一OP输出端。该OP输入端用来接收一参考电压VREF，该参考电压VREF可依实施需求而定。该OP反相输入端用来接收一反馈电压VFB，该反馈电压VFB基于该OP110的特性会趋近该参考电压VREF。该OP输出端用来输出一控制电压VCTRL，该控制电压VCTRL用来控制该N个电流驱动电路120的操作。此外，该OP 110接收一供应电压VDD以操作，该供应电压VDD是依实施需求而定。
如图1所示，该N个电流驱动电路120的每一个耦接一LED电流路径，并经由该LED电流路径耦接一LED 10；换言之，该N个电流驱动电路120分别耦接N个LED电流路径，以耦接N个LED 10。此外，每个LED电流路径上的元件(例如：导线、走线、焊垫(pad)或接脚(pin))是依实施需求而定；每个LED 10接收一供应电压VDD1，该供应电压VDD1也是依实施需求而定，并可同于或不同于前述供应电压VDD。本实施例中，该N个电流驱动电路120与该N个LED 10之间无需包含任何开关(例如：能承受一百毫安的开关)，因此可减少电路面积的使用。
关于图1的实施例，该N个电流驱动电路120的每一个可操作于一致能模式与一禁能模式的其中之一。当任一电流驱动电路120操作于该致能模式时，该电流驱动电路120传输电流；当任一电流驱动电路120操作于该禁能模式时，虽然该电流驱动电路120仍经由该LED电流路径电性连接该LED 10，但不传输任何电流。
如图1所示，该N个电流驱动电路120的每一个包含一N通道金氧半导体(NMOS)晶体管122与一开关电路124。该NMOS晶体管122包含一漏极、一源极与一栅极，其中该漏极不经由任何开关耦接该LED电流路径，该源极经由一反馈节点NDFB耦接该OP反相输入端，该栅极用来在该致能模式下接收前述控制电压VCTRL，以及在该禁能模式下接收一偏压端(例如：一接地端)的一偏压VBIAS(例如：一接地电压)，该反馈节点NDFB的电压为前述反馈电压VFB。该开关电路124用来在该致能模式下耦接该OP输出端与该栅极，以让该控制电压VCTRL控制该NMOS晶体管122；该开关电路124还在该禁能模式下耦接该偏压端与该栅极，以让该偏压VBIAS禁能该NMOS晶体管122。值得注意的是，当该开关电路124耦接该OP输出端与该NMOS晶体管122时，该OP输出端与该NMOS晶体管122之间的电流(例如：小于一毫安的电流像是数微安培)很小，因此该开关电路124只需要很小的电路面积即能承受该电流。举例而言，若能承受最大100毫安的开关的电路面积为ASW_100，能承受最大1毫安的开关的电路面积ASW_1约为ASW_100的百分之一。
图2示出图1的开关电路124的一实施例。如图2所示，该开关电路124包含一第一开关210与一第二开关220。该第一开关210用来在该致能模式下依据一第一开关信号SW1耦接该OP输出端与该栅极，并在该禁能模式下依据该第一开关信号SW1而关闭。该第二开关220用来在该致能模式下依据一第二开关信号SW2而关闭，并在该禁能模式下依据该第二开关信号SW2耦接该偏压端与该栅极。该第一开关信号SW1与该第二开关信号SW2的实施可借由已知/自行开发的技术来实现。当该NMOS晶体管122具有一NMOS电路面积ANMOS可耐受一最大LED电流(例如：100毫安)时，该第一开关210与该第二开关220的每一个具有一开关电路面积ASW可耐受一最大开关电流(例如：1毫安)，且该NMOS电路面积ANMOS大于该开关电路面积ASW(例如：ANMOS≥100ASW)，然此并非本发明的实施限制。在实施为可能的前提下，其他已知/自行开发的开关电路可用来取代图2的开关电路124。
如图1所示，该电阻电路130耦接于该反馈节点NDFB与一低电压端(例如：一接地端)之间，用来与该反馈电压VFB共同决定流过该N个电流驱动电路120的一总电流ITOTAL。举例而言，该总电流ITOTAL等于该反馈电压VFB除以该电阻电路130的一总电阻值RTOTAL(亦即： )。值得注意的是，当该N大于一、任二个电流驱动电路120是相同的/相仿的、该N个电流驱动电路120中的M个操作于该致能模式、以及该N个电流驱动电路120中的(N-M)个操作于该禁能模式时，操作于该致能模式的每个电流驱动电路120的传输电流介于0与ITOTAL之间，这视每个电流驱动电路120有多少电流流过而定(例如：没有耦接LED的电流驱动电路120的传输电流为0)，其中该M为不大于N的正整数。另值得注意的是，该电阻电路130的总电阻值RTOTAL可以是固定的或可调的，这视实施需求而定；固定/可调电阻的实施可借由已知/自行开发的技术来实现。
图3示出本公开的电流驱动器的一实施例。图3的电流驱动器300包含一OP 310、N个电流驱动电路320以及一电阻电路330，其中该N为正整数。该OP 310包含一OP输入端(如图3的符号“+”所示)、一OP反相输入端(如图3的符号“－”所示)与一OP输出端，其中该OP输入端用来接收一参考电压VREF，该OP反相输入端用来接收一反馈电压VFB，该OP输出端用来输出一控制电压VCTRL。该N个电流驱动电路320的每一个经由一电流路径耦接一被驱动电路(未示出于图)；换言之，该N个电流驱动电路320分别耦接N个电流路径，以耦接N个被驱动电路(未示出于图)。该N个电流驱动电路320的每一个可操作于一致能模式与一禁能模式的其中之一，并包含一NMOS晶体管322与一开关电路324。该NMOS晶体管322包含一漏极、一源极与一栅极，其中该漏极不经由任何开关耦接该电流路径，该源极经由一反馈节点NDFB耦接该OP反相输入端，该栅极用来在该致能模式下接收该控制电压VCTRL以及在该禁能模式下接收一偏压端(例如：一接地端)的一偏压VBIAS(例如：一接地电压)，该反馈节点NDFB的电压为该反馈电压VFB。该开关电路324用来在该致能模式下耦接该OP输出端与该栅极，以让该控制电压VCTRL控制该NMOS晶体管322；该开关电路324还在该禁能模式下耦接该偏压端与该栅极，以让该偏压VBIAS禁能该NMOS晶体管322。该电阻电路330耦接于该反馈节点NDFB与一低电压端(例如：一接地端)之间，用来与该反馈电压VFB共同决定流过该N个电流驱动电路320的一总电流ITOTAL。图3的电流驱动器300可用于PPG以外的应用。
由于本技术领域普通技术人员能够参考图1至图2的实施例的公开来了解图3的实施例的细节与变化，重复及冗余的说明在此省略。
请注意，在实施为可能的前提下，本技术领域普通技术人员可选择性地实施前述任一实施例中部分或全部技术特征，或选择性地实施前述多个实施例中部分或全部技术特征的组合，以弹性地实施本发明。
综上所述，本公开的用于PPG的LED驱动器以及电流驱动器能够减少大面积开关的使用，以利于电路的小型化以及降低成本。
虽然本发明的实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本发明，本技术领域普通技术人员可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范畴，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的申请专利范围所界定者为准。
【符号说明】
100：用于PPG的LED驱动器
110：操作放大器(OP)
120：电流驱动电路
122：NMOS晶体管
124：开关电路
130：电阻电路
NDFB：反馈节点
VREF：参考电压
VFB：反馈电压
VCTRL：控制电压
VBIAS：偏压
VDD：供应电压
VDD1：供应电压
ITOTAL：电流
10：发光二极管(LED)
210：第一开关
220：第二开关
SW1：第一开关信号
SW2：第二开关信号
300：电流驱动器
310：操作放大器(OP)
320：电流驱动电路
322：NMOS晶体管
324：开关电路
330：电阻电路。
Claims (10)
1.一种用于光体积变化描记图法的发光二极管驱动器，包含：
一操作放大器，包含一操作放大器输入端、一操作放大器反相输入端与一操作放大器输出端，其中该操作放大器输入端用来接收一参考电压，该操作放大器反相输入端用来接收一反馈电压，该操作放大器输出端用来输出一控制电压；
N个电流驱动电路，其中该N为正整数，该N个电流驱动电路的每一个耦接一发光二极管电流路径，该N个电流驱动电路分别耦接N个发光二极管电流路径，该N个电流驱动电路的每一个能操作于一致能模式与一禁能模式的其中之一，并包含：
一N通道金氧半导体晶体管，包含一漏极、一源极与一栅极，其中该漏极不经由任何开关耦接该发光二极管电流路径，该源极经由一反馈节点耦接该操作放大器反相输入端，该栅极用来在该致能模式下接收该控制电压以及在该禁能模式下接收一偏压端的一偏压，该反馈节点的电压为该反馈电压；以及
一开关电路，用来在该致能模式下耦接该操作放大器输出端与该栅极，以让该控制电压控制该N通道金氧半导体晶体管，该开关电路还在该禁能模式下耦接该偏压端与该栅极，以让该偏压禁能该N通道金氧半导体晶体管；以及
一电阻电路，耦接于该反馈节点与一低电压端之间，用来与该反馈电压共同决定流过该N个电流驱动电路的一总电流。
2.根据权利要求1所述的用于光体积变化描记图法的发光二极管驱动器，其中在该禁能模式下，该N通道金氧半导体晶体管被关闭，此时该N通道金氧半导体晶体管的该漏极仍经由该发光二极管电流路径电性连接一发光二极管。
3.根据权利要求1所述的用于光体积变化描记图法的发光二极管驱动器，其中该N大于一，该N个电流驱动电路的一部分操作于该致能模式，该N个电流驱动电路的其他部分操作于该禁能模式。
4.根据权利要求1所述的用于光体积变化描记图法的发光二极管驱动器，其中该N通道金氧半导体晶体管具有一N通道金氧半导体电路面积可耐受一最大N通道金氧半导体电流；该开关电路包含一第一开关与一第二开关，该第一开关用来在该致能模式下耦接该操作放大器输出端与该栅极，该第二开关用来在该禁能模式下耦接该偏压端与该栅极，该第一开关与该第二开关的每一个具有一开关电路面积可耐受一最大开关电流；以及该N通道金氧半导体电路面积大于该开关电路面积。
5.根据权利要求1所述的用于光体积变化描记图法的发光二极管驱动器，其中该偏压端与该低电压端均为接地端。
6.根据权利要求1所述的用于光体积变化描记图法的发光二极管驱动器，其中该电阻电路的一总电阻值是可调的。
7.一种电流驱动器，包含：
一操作放大器，包含一操作放大器输入端、一操作放大器反相输入端与一操作放大器输出端，其中该操作放大器输入端用来接收一参考电压，该操作放大器反相输入端用来接收一反馈电压，该操作放大器输出端用来输出一控制电压；
N个电流驱动电路，其中该N为正整数，该N个电流驱动电路的每一个耦接一电流路径，该N个电流驱动电路分别耦接N个电流路径，该N个电流驱动电路的每一个能操作于一致能模式与一禁能模式的其中之一，该N个电流驱动电路的每一个包含：
一N通道金氧半导体晶体管，包含一漏极、一源极与一栅极，其中该漏极不经由任何开关耦接该电流路径，该源极经由一反馈节点耦接该操作放大器反相输入端，该栅极用来在该致能模式下接收该控制电压以及在该禁能模式下接收一偏压端的一偏压，该反馈节点的电压为该反馈电压；以及
一开关电路，用来在该致能模式下耦接该操作放大器输出端与该栅极，以让该控制电压控制该N通道金氧半导体晶体管，该开关电路还在该禁能模式下耦接该偏压端与该栅极，以让该偏压禁能该N通道金氧半导体晶体管；以及
一电阻电路，耦接于该反馈节点与一低电压端之间，用来与该反馈电压共同决定流过该N个电流驱动电路的一总电流。
8.根据权利要求7所述的电流驱动器，其中在该禁能模式下，该N通道金氧半导体晶体管被关闭，此时该N通道金氧半导体晶体管的该漏极经仍由该电流路径电性连接一被驱动电路。
9.根据权利要求7所述的电流驱动器，其中该N大于一，该N个电流驱动电路的一部分操作于该致能模式，该N个电流驱动电路的其他部分操作于该禁能模式。
10.根据权利要求7所述的电流驱动器，其中该N通道金氧半导体晶体管具有一N通道金氧半导体电路面积可耐受一最大N通道金氧半导体电流；该开关电路包含一第一开关与一第二开关，该第一开关用来在该致能模式下耦接该操作放大器输出端与该栅极，该第二开关用来在该禁能模式下耦接该偏压端与该栅极，该第一开关与该第二开关的每一个具有一开关电路面积可耐受一最大开关电流；以及该N通道金氧半导体电路面积大于该开关电路面积。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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