CN202019479U - 一种新型单线级联led驱动集成电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型单线级联LED驱动集成电路，上电复位电路分别与二个振荡电路相连，二个振荡电路提供时钟参考，信号分析电路输入端与前级的输出信号相连，信号分析电路输出端与信号编码电路输入端相连，信号编码电路输出端分别与脉冲宽度调制产生电路输入端和信号解码电路输入端相连，信号解码电路输出端与缓冲输出电路相连并输出，脉冲宽度调制产生电路输出端与红绿蓝驱动输出电路相连并分别输出红、绿、蓝颜色。本实用新型用于级联控制户外大屏的彩色点阵发光控制，只需要较少的外围连接就能控制复杂的组合模式变化，令系统程序简化，大幅度减少了程序资源，缩短了开发周期，大大降低了系统的成本。

Description

一种新型单线级联LED驱动集成电路

技术领域

本实用新型涉及一种集成电路，尤其涉及一种新型单线级联LED驱动集成电路。

背景技术

采用计算机控制，将光、电融为一体的智能全彩显示屏已经在广泛领域得到应用，其像素点采用发光二极管LED，将许多发光二极管以点阵方式排列起来，构成LED阵列，进而构成LED屏幕。通过不同的LED驱动方式，可得到不同效果的图像。因此LED驱动芯片的优劣，对LED显示屏的显示质量起着重要的作用。目前，LED灯饰厂家针对LED装饰照明工程，多数采用SPI总线控制的方式实现整体模式的变化，一般也至少需要一根时钟线来进行时钟同步，还需要一根数据线来进行数据的接收与传输，这样在PCB的设计过程中带来了一定程度的复杂度，同时提高了系统的成本。

发明内容

本实用新型的目的为了克服上述现有技术存在的缺陷和问题，提供一种新型单线级联LED驱动集成电路，使PCB复杂度降低，从而降低系统成本，控制程序简化而降低信息传输的误码率，同时功耗低。

一种新型单线级联LED驱动集成电路，包括上电复位电路(POR)、二个振荡电路(OSC)、信号分析电路、信号编码电路、信号解码电路、缓冲输出电路、脉冲宽度调制(PWM)产生电路、红绿蓝(RGB)驱动输出电路，其特征在于：上电复位电路分别与二个振荡电路相连，第一个振荡电路为信号分析电路、信号编码电路、信号解码电路、缓冲输出电路、脉冲宽度调制(PWM)产生电路、红绿蓝(RGB)驱动输出电路提供时钟参考，第二个振荡电路为信号分析电路提供时钟参考，信号分析电路输入端与前级的输出信号相连，信号分析电路输出端与信号编码电路输入端相连，信号编码电路输出端分别与脉冲宽度调制产生电路输入端和信号解码电路输入端相连，信号解码电路输出端与缓冲输出电路相连并输出，脉冲宽度调制产生电路输出端与红绿蓝驱动输出电路相连并分别输出红、绿、蓝颜色。

所述的上电复位电路(POR)、振荡电路(OSC)、信号分析电路、信号编码电路、信号解码电路、缓冲输出电路、脉冲宽度调制(PWM)产生电路、红绿蓝(RGB)驱动输出电路均根据经典电路结合发明需要设计而成。

本实用新型的二个振荡电路为两个不同频率的振荡电路，低频率的振荡电路为第一个振荡电路，为信号分析电路、信号编码电路、信号解码电路、缓冲输出电路、脉冲宽度调制(PWM)产生电路、红绿蓝(RGB)驱动输出电路提供时钟参考以实现低功耗的设计方案，高频率的振荡电路为第二个振荡电路，用来准确检测输入数据的状态，并在无灰度信息输入的时间自动关闭，以进一步实现低功耗设计方案；

上电复位电路POR在上电时进行所述单线LED驱动集成电路的全局复位动作；信号分析电路在第二个振荡电路OSC2的时钟控制下对主控系统或者来自于前级所述LED驱动集成电路的输出信号进行相应的分析动作后输出，此分析动作主要进行输入信息中灰度信息的有效性识别操作以及复位信息的有效性识别操作；信号编码电路的输入端与信号分析电路的输出端相连，其主要是用于提供输出第一路信号给脉冲宽度调制(PWM)产生电路容易辨认的信息以及提供输出第二路信号给后级所述LED驱动集成电路需要接收的数据，所述输出第一路信号包含有输入信息中关于RGB颜色控制的灰度信息，所述输出第二路信号包含主控单元传输给后级所述LED驱动集成电路的全部数据信息；信号解码电路的输入端与信号编码电路的输出第二路信号相连，其主要是输出后级所述LED驱动集成电路所能够易于辨认的数据，此数据经由所述信号解码电路后已经可以被后级所述单线LED驱动集成电路辨认出；缓冲输出电路的输入端与信号解码电路的输出端相连，其主要是提供后级LED驱动集成电路的输入，并且不会由于后级LED驱动集成电路所处的位置或环境的改变而使得需要传输的数据信息有所改变。

PWM产生电路的输入与信号编码电路的输出第一路信号相连，其主要是分离红绿蓝RGB三种颜色的控制信息，分别对对应RGB的三个LED进行亮度灰度控制；驱动输出电路的输入端与PWM产生电路的输出端相连，其主要是用于驱动输出红绿蓝RGB的信息，且不会因为LED灯所处的位置以及环境的改变而使得灰度控制信息有所改变。

本实用新型输入数据Din只由一根数据线控制，在Din上的灰度数据进入本实用新型之前，应该有一定时间的低电平时间，以提供软复位功能，且所述一定时间应该不小于24us，以便于所述集成电路正常刷新数据。

本实用新型输入数据Din上的灰度信息由不同比例的一组高低电平来表示，且每一逻辑状态中高电平先于低电平，即归零码，其逻辑“0”的高电平应该小于低电平时间，经本实用新型的实施例证明最优值是低电平时间为4倍其高电平时间；其逻辑“1”的高电平应该大于低电平时间，经本实用新型的实施例证明最优值是高电平时间为4倍其低电平时间；其逻辑“0”与逻辑“1”的电平时间长度最好一致，对于输入电平长度不一致的情况，本实用新型的实施例证实也具有很好的解读效果。

本实用新型中内置一个像素点的驱动单元，每个像素点为三路输出，分别为RGB三种颜色，且依次按R-G-B的顺序排列颜色。

本实用新型灰度信息由依次输入Din的8位数据组成，每次接收数据全部是先接收最高位MSB，每8位数据控制所述像素点的一路输出，控制顺序为R-G-B的顺序，且输入到本级LED驱动集成电路的灰度信息不会输出给下一级集成电路，只有下一级的信息以及后续级的信息才会输出出去。

本实用新型第二个振荡电路OSC2只在Din的灰度数据到来时才会快速开启，在等待接收数据的Din为长时间低电平的时间会自动关闭，以实现低功耗设计。

本实用新型亮度可以经由LED灯上串联一个电阻来控制，这样既可以很方便的调节某一像素点上RGB三颜色的亮度情况，也可以很方便的调节级间颜色的匹配度情况，有效的提高了用户的设计便利性以及选择的多样性。

与目前通用的方式相比，本实用新型的优点是在系统的设计过程中，能令系统结构紧凑，减小PCB板的连线数目，令系统程序简化，大幅度减少程序资源，缩短开发周期，降低系统成本；同时使得功耗进一步降低，尤其适合于低功耗的环境，节约资源。是景观LED装饰照明工程的又一大创新，可以有效促进城市绿色装饰照明的发展步伐。

附图说明

图1是本实用新型的方框图；

图2是本实用新型的数据流图；

图3是本实用新型第二个振荡电路的工作模式图。

图4是本实用新型的输出驱动电路的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细的说明：

如图1所示，本实用新型包括上电复位电路(POR)、二个振荡电路(OSC)、信号分析电路、信号编码电路、信号解码电路、缓冲输出电路、脉冲宽度调制(PWM)产生电路、红绿蓝(RGB)驱动输出电路，上电复位电路分别与二个振荡电路相连，第一个振荡电路OSC1为信号分析电路、信号编码电路、信号解码电路、缓冲输出电路、脉冲宽度调制(PWM)产生电路、红绿蓝(RGB)驱动输出电路提供时钟参考，第二个振荡电路OSC2为信号分析电路提供时钟参考，信号分析电路输入端与前级的输出信号相连，信号分析电路输出端与信号编码电路输入端相连，信号编码电路输出端分别与脉冲宽度调制产生电路输入端和信号解码电路输入端相连，信号解码电路输出端与缓冲输出电路相连并输出，脉冲宽度调制产生电路输出端与红绿蓝驱动输出电路相连并分别输出红、绿、蓝颜色。

所述的上电复位电路(POR)、振荡电路(OSC)、信号分析电路、信号编码电路、信号解码电路、缓冲输出电路、脉冲宽度调制(PWM)产生电路、红绿蓝(RGB)驱动输出电路均可从市场购买得到。

上电复位电路POR在上电时进行所述全局LED驱动集成电路的复位动作。

信号分析电路接收主控系统或者来自于前级所述单线级联LED驱动集成电路的缓冲输出电路的输出信号并进行分析动作，如果Din数据一直持续低电平的时间，本实用新型的一实施例中低电平时间长度不小于24us即为持续低电平状态，则第二个振荡电路OSC2受Din的控制一直处于关断模式，信号分析电路此时不会接收来自Din的数据，其输出也将固定输出低电平状态，使得缓冲输出电路以及驱动输出电路的状态一直维持上一数据状态不变，如果Din有灰度信息输入，则第二个振荡电路OSC2快速转入工作模式，使得信号分析电路在第二个振荡电路OSC2的控制下进行数据的分析工作。对于输入的Din数据，信号分析电路依次以8位为一组，输出至信号编码电路。所述Din数据的格式采用归零码的形式进行识别，即数据依靠高电平与低电平的时间长度比值来进行0码和1码的区分，每一Bit数据都是先进行高电平的传输，再进行低电平的传输，采用本实用新型的实践证实0码中高电平与低电平的时间长度比值为1/4，1码中高电平与低电平的时间长度比值为4/1时，能取得最优的抑制外接干扰性，但是对于其他时间长度比值的数据，采用本实用新型的实践证实也同样具有较优的数据接收能力以及较低的误码率。

信号编码电路的作用有两个：提取本级集成电路所需要的灰度信息以及保留后级集成电路所需的灰度信息。如果信号分析电路的输出一直维持低电平状态，那么信号编码电路输出给脉冲宽度调制(PWM)产生电路的输出第一路信号将维持上一输入状态的输出数据不变，并且输出给信号编码电路的输出第二路信号一直持续低电平状态不变；如果信号编码电路接收到信号分析电路的灰度输出信息，则其将前三组信息依次输出给脉冲宽度调制(PWM)产生电路，如果有的话，而将第四组以及其后的灰度数据传出给信号解码电路，这样就实现了本级灰度信息与下一级数据信息的分离。并且信号编码电路会一直保持输出给脉冲宽度调制(PWM)产生电路的这三组数据，直到下一次更新数据到来之前。

信号解码电路的输入与信号编码电路的输出第二路信号相连，其主要是解码出信号编码电路输出给下一级所述单线级联LED驱动集成电路的信息，即数据恢复的功能，以便于下一级的所述单线级联LED驱动集成电路的信号分析电路能有效的识别输入数据以及执行其功能操作。本实用新型中信号解码电路的输出具有较高的抗干扰性，即对输入数据变化的不敏感性。

缓冲输出电路的目的是提供稳定可靠的输出数据给下一级所述单线级联LED驱动集成电路，并且不会由于后级LED驱动集成电路所处的位置或环境的改变而使得输出数据有所改变。同信号分析电路以及信号编/解码电路一样，如果Din一直持续低电平的状态，则缓冲输出电路也会一直输出低电平状态，其与信号解码电路的输出时刻保持一致。

PWM产生电路的作用是根据信号编码电路输出第一路信号的灰度数据信息来产生相应的LED灯亮度灰度控制信息，而驱动输出电路的作用是是用于驱动输出LED灯的RGB信息，且不会因为LED灯所处的位置以及环境的改变而使得输出状态有所改变。

如图2所示，输入的数据最开始为持续低电平状态时，不小于24us，此时电路处于不工作状态，Dout也一直输出低电平状态，当Din有灰度数据时，RGB输出的状态得以复位，新的数据控制RGB的输出占空比，进而控制灰度亮度信息。当前三组数据传输给本级集成电路完成后，如果存在的话，Dout会输出Din的第四组数据以及其后的数据。RGB的输出信息会在本级数据传输完毕后及时更新，以实现同步性。每一组数据为24位数据，其中8位红灯数据，8位绿灯数据，8位蓝灯数据；每一组数据结构如表1所示。

表1为数据结构

R7

R6

R5

R4

R3

R2

R1

R0

G7

G6

G5

G4

G3

G2

G1

G0

B7

B6

B5

B4

B3

B2

B1

B0

其中R7-R0表示红灯8位数据，G7-G0表示绿灯的8位数据，B7-B0表示蓝灯的8位数据。

如图3所示，第二个振荡电路OSC2受到输入数据的控制，如果接收到的信号为低电平，则第二个振荡电路OSC2会处于关断状态，只有在灰度数据到来时，即归零码输入情况下，第二个振荡电路OSC2才会处于正常工作状态，由于有检测输入数据的有效性需要相对高的频率参考，以保证每一位的数据都不丢失，而高参考频率的时钟会引起相对较大的功率损耗，所以此方案有效的降低了功率损耗，实现了低功耗的设计方案。而后续功能处理模块的工作频率降低到和输入数据量级相同的频率下，更进一步降低了功率的损耗，进一步实现了低功耗设计的方案，提高了能量利用率。

如图4所示，为了保证片内以及片间LED输出电流的一致性，本实用新型采用的输出驱动电路可以有效的实现输出电流的一致性，保证片内以及片间LED输出电流的一致性。如果片内以及片间VGS的值一致，那么电流的差异主要就来源于VDS的不一致性，用户只要在LED灯串上串联一个电阻，就可以很容易的调节RGB三端的电压值，即VDS值，从而可以达到输出电流一致，进而保证RGB三端输出的灰度以及亮度一致的情况，这样既可以很方便的调节某一像素点上RGB三颜色的亮度情况，也可以很方便的调节级间颜色的匹配度情况，有效的提高了用户的设计便利性以及选择的多样性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下，所做出的其他改进和变化，都属于本实用新型的发明范围。

Claims (1)

1.一种新型单线级联LED驱动集成电路，包括上电复位电路(POR)、二个振荡电路(OSC)、信号分析电路、信号编码电路、信号解码电路、缓冲输出电路、脉冲宽度调制(PWM)产生电路、红绿蓝(RGB)驱动输出电路，其特征在于：上电复位电路分别与二个振荡电路相连，第一个振荡电路为信号分析电路、信号编码电路、信号解码电路、缓冲输出电路、脉冲宽度调制(PWM)产生电路、红绿蓝(RGB)驱动输出电路提供时钟参考，第二个振荡电路为信号分析电路提供时钟参考，信号分析电路输入端与前级的输出信号相连，信号分析电路输出端与信号编码电路输入端相连，信号编码电路输出端分别与脉冲宽度调制产生电路输入端和信号解码电路输入端相连，信号解码电路输出端与缓冲输出电路相连并输出，脉冲宽度调制产生电路输出端与红绿蓝驱动输出电路相连并分别输出红、绿、蓝颜色。

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