KR20100068418A - 프로그램가능한 발광다이오드 드라이버 - Google Patents

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Abstract

LED 드라이버는, 프로그램 가능하고, LED를 구동시키기 위한 최대 전류, LED를 위한 기준 전류를 설정하기 위한 내부 저항의 저항값과 같은 아날로그 파라미터, LED 드라이버의 차지펌프의 동작 모드와 같은, LED 드라이버의 다양한 특징을 설정하기 위한 제어 데이터를 기억하는 내장형의 불휘발성 메모리(NVM)를 포함한다. 이러한 구성에 의하면, LED 드라이버에 대한 제조 공정 중에, 여러 금속화 과정을 필요로 하지 않으면서도, 다수의 LED 드라이버 제품을 구현할 수 있다.

Description

프로그램가능한 발광다이오드 드라이버{PROGRAMMABLE LED DRIVER}
본 발명은 발광 다이오드(LED: Light-Emitting Diode) 드라이버에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 LED 드라이버의 다양한 특징을 주문형으로 프로그래밍하기 위한 제어 데이터를 기억하는 내장형의 불휘발성 메모리를 구비하는 프로그램가능한 LED 드라이버에 관한 것이다.
디스플레이 장치에 백색(white) LED를 사용하는 경우가 많아지고 있다. 예를 들어, 최근의 몇몇 액정 디스플레이(LCD) 장치는 백색 LED를 LCD 디스플레이용의 백라이트로서 사용하고 있다. 이러한 백색 LED는 LED 드라이버에 의해 구동되는 것이 일반적이다. 백색 LED 드라이버는 일반적으로 일정한 발광 휘도(luminescence)를 제공하기 위해 백색 LED를 통해 일정한 싱크 전류(sink current)가 공급되는 정전류(constant current) 장치이다. 백색 LED의 애노드(anode)는 차지펌프(charge pump) 회로에 의해 구동된다.
도 1은 LED(112, 114)를 구동시키는 종래의 LED 드라이버(100)를 나타낸다. 예를 들어, LED(112, 114)는 백색 LED가 될 수 있다. LED 드라이버(100)는 2개의 주요 회로 블록, 즉 차지펌프(102)와 전류 정류기(current regulator: 110)를 포함한다. 차지펌프(102)는 통상적으로 배터리 전압(VIN)을 LED(112, 114)의 애노드에 접속된 출력 전압(VOUT)으로 변환시킨다. 출력 전압(VOUT)에 의해 LED(112, 114)가 구동된다.
LED(112, 114)를 통과하는 전류에 의해, 이들 LED의 세기 및 이와 관련된 발광 휘도(luminescence)가 설정된다. 따라서, 디스플레이에 있어서 매우 중요한 정확한 세기(intensity)를 구하기 위해서는, LED(112, 114)를 통과하는 전류를 정확하게 설정하여야 한다. 통상적으로, 전류 정류기(110)는 밴드갭 전압 발생기(104), 증폭기(106) 및 트랜지스터(119)를 구비하는 에러 증폭기, 트랜지스터(116, 118)를 구비하는 커런트 미러(current mirror: 108), 및 LED 구동 트랜지스터(122, 124, 126) 등을 포함한다.
밴드갭 전압 발생기(104)는 밴드갭 전압(Vref)을 생성하고, 에러 증폭기(106, 119)는 저항 REXT(120) 양단의 노드(121)에서의 전압이 Vref로 설정되도록 한다. 통상적으로, 저항 REXT(120)은 LED 드라이버(100)의 외부에 위치한다. 이러한 외부에 설치된 저항(이하, 간단히 '외부 저항'이라고 한다) REXT(120)를 통과하는 기준 전류 IREF는 밴드갭 전압 Vref와 외부 저항 REXT(120)에 의해 설정된다. 즉, 기준 전류 IREF는 Vref/REXT에 의해 정해진다. 기준 전류 IREF는 커런트 미러(108)에 의해 트랜지스터(122)를 반복해서 통과하고, 결국에는 트랜지스터(122, 124)와 트랜지스터(122, 126)에 의해 LED(112, 114)가 각각 구동된다. 트랜지스터(122)의 사이즈에 대한 트랜지스터(124, 126)의 사이즈(폭과 길이의 비율, 즉 W/L ratio)에 의해, 트랜지스터(122)를 통과하는 기준 전류 IREF에 대하여, LED(112, 114)를 통과하는 전류 ID1 및 ID2가 얼마나 큰지가 정해진다. 따라서 LED(112, 114)를 통과하는 전류 ID1, ID2는 밴드갭 전압 Vref과 외부 저항 REXT(120)에 의해 정해진다. 외부 저항(120)의 저항값 REXT는, LED(112, 114)의 발광 휘도를 정밀하게 제어하기 위해 정확하게 설정될 필요가 있다. 종래의 LED 드라이버(100)의 경우에는, 저항(120)의 저항값을 변경하지 않고서는, LED(112, 114)를 통과하는 전류를 변경할 수 있는 편리한 방법이 없다.
통상적인 LED 드라이버(100)는 LED(112, 114)에 전류를 설정하기 위해 외부 저항(120)을 사용할 수 있다. 이러한 외부 저항(120)에 의해, LED 드라이버 IC(집적회로)에 핀(pin)이 추가되기 때문에, LED 드라이버 회로 전체의 공간이 커지게 되고, 이에 따라 전체적인 LED 드라이버 회로에 대한 빌 오브 머터리얼(BOM: Bill-of-Materials) 비용을 증가시킨다. 애플리케이션에 따라 LED 드라이버(100)로부터 필요로 하는 최대 전류가 다를 수 있다. 왜냐하면, LED(112, 114)는 제조한 제조업체마다 전류값이 달라서 그 세기도 다를 수 있기 때문이다. 종래의 LED 드라이버(100)의 경우에는, 기준 전류 IREF를 제어하기 위한 유일한 방법은 외부 저항(120)의 저항값을 변경함으로써, 이에 따라 LED(112, 114)를 통과하는 전류도 변경되도록 하는 것이다. 통상적으로, 저항(120)은 저항값의 변경을 위해 LED 드라이버(100)의 외부에 위치하기 때문에, 앞서 설명한 바와 같이, 핀, 기판 공간, 및 비용의 낭비가 생긴다.
차지펌프(102)는 여러 동작 모드에서 동작하는 것이 일반적이다. 처음에 LED 드라이버(100)에 전원을 공급하면, 입력 전압 VIN이 차지펌프(102)를 통해 출력 전압 VOUT에 연결됨으로써, VIN과 VOUT이 일치한다. 이러한 방식을 1X 모드라고도 부른다. 차지펌프(102)는 일반적으로 시간의 경과에 따라 동작 모드를 변경하고, 배터리 전압 VIN은 시간의 경과에 따라 감소하는데, 왜냐하면 LED(112, 114)의 전압 강하 때문이다. 백색 LED에서의 통상적인 전압 강하 VLED는, 예를 들어 3.4V가 될 수 있다.
입력 전압 VIN이 배터리(도시 안 됨)의 수명 동안 감소함에 따라, 출력 전압 VOUT도 동일한 비율로 감소하게 되는데, 차지펌프가 1X 모드에서는 VIN이 VOUT과 동일하기 때문이다. 따라서, 노드(115, 17)(LED 드라이버 핀)에서의 전압은 VOUT-VLED로 구할 수 있다. 노드(115, 117)에서의 전압이 너무 낮은, 통상적으로 200mV로 낮아지게 되면, 전류 정류기(110)는 포화 상태에서 벗어나 더 이상 LED(112, 114)를 통한 정확한 전류를 제공할 수 없게 된다. 이에 의해, 차지펌프(102)는 더 높은 동작 모드, 통상적으로 1.5x VIN이 되도록 출력 전압 VOUT를 생성하는 1.5X 모드로 전환된다. 그 결과, 노드(115, 117)에서의 LED 드라이버 핀 전압은 전류 정류기(110)를 다시 포화 상태로 하기에 충분히 높게 상승한다. 이러한 과정이 반복되고, 배터리 전압 VIN이 더 감소하게 되면, 전류 정류기(110)는 1.5X 모드에서도 포화 상태를 벗어나게 되고, 차지펌프는 2x VIN이 되도록 출력 전압 VOUT를 생성하는 2X 모드로 전환된다.
차지펌프(102)가 앞서 설명한 바와 같이 다른 동작 모드로 자동으로 전환될 수 있지만, 몇몇 LED 애플리케이션에서는 차지펌프(102)의 동작 모드를 단일 동작 모드로 설정하거나, 차지펌프(102)가 다수의 동작 모드에서 동작하도록 하기 위한 회로를 자체적으로 가지고 있는 경우에도, 다수의 동작 모드 중에서 선택된 모드만을 가질 필요가 있다. 차지펌프(102)의 동작 모드를 종래의 LED 드라이버(100)에서 설정하기 위해, 동작 모드를 계속해서 설정하기 위한 고정 회로가 차지펌프(102)에 사용되어야 하며, 여러 상이한 금속화 처리 과정을 사용하여 LED 드라이버 IC의 제조 과정 중에 상이한 LED 드라이버 집적회로를 제조할 필요가 있다.
따라서, LED를 통해 최대 전류를 변경하기 위한 더 편리한 기술이 요구된다. 또한, 기준 전류를 생성하기 위한 저항을 LED 드라이버 내부로 집어넣기 위한 기술과 저항을 트림(trim)할 수 있는 기술이 필요하다. 마지막으로, LED 드라이버의 차지펌프의 동작 모드를 설정하기 위한 더 편리한 기술이 필요하다.
본 발명의 실시예는, LED를 구동시키기 위한 최대 전류, LED를 위한 기준 전류를 설정하기 위한 내부 저항의 저항값과 같은 아날로그 파라미터, LED 드라이버의 차지펌프의 동작 모드와 같은 LED 드라이버의 다양한 특징을 설정하기 위한 제어 데이터를 기억하며, 프로그램가능한 내장형의 불휘발성 메모리(NVM: non-volatile memory)를 구비하는 LED 드라이버에 관한 것이다. 이러한 구성에 의하면, LED 드라이버에 대한 제조 공정 중에, 여러 금속화 과정을 필요로 하지 않으면서도, 다수의 LED 드라이버 제품을 구현할 수 있다.
일실시예에서, 하나 이상의 LED를 구동시키기 위한 프로그램가능한 LED 드라이버는, 입력 전압을 받아서, 하나 이상의 LED에 제공할 출력 전압을 생성하기 위한 하나 이상의 동작 모드(operation mode)에서 동작하도록 구성된 차지펌프(charge pump)와, 기준 전류(reference current)를 생성하기 위한 전류 정류기(current regulator)와, 제1 제어 데이터(control data)를 기억하는 불휘발성 메모리를 포함하며, 하나 이상의 LED를 통과하는 전류는 제1 제어 데이터와 기준 전류에 기초하여 결정된다.
다른 실시예에서, 전류 정류기는 프로그램가능한 LED 드라이버의 내부에 트림가능한(trimmable) 저항(resistor)을 포함하고, 기준 전류는 트림가능한 저항의 저항값과 기준 전압에 기초하여 생성된다. 불휘발성 메모리는 제2 제어 데이터를 더 기억하고, 트림가능한 저항의 저항값은 제2 제어 데이터에 기초하여 조절된다.
또 다른 실시예에서, 차지펌프는 다수의 동작 모드(operation mode) 중의 하나 이상의 동작 모드에서 동작하도록 되어 있으며, 동작 모드에서는 입력 전압에 기초하여 상이한 출력 전압이 생성되도록 되어 있다. 불휘발성 메모리는 제2 제어 데이터를 더 기억하고, 하나 이상의 동작 모드는 제2 제어 데이터에 기초하여 작동(active) 상태 또는 비작동(inactive) 상태로 된다.
본 발명은 LED 전류, LED에 대한 기준 전류를 설정하기 위한 내부 저항, 및 차지펌프의 동작 모드와 같은, LED 드라이버의 다양한 특징과, LED 드라이버의 다양한 다른 아날로그 파라미터가, 불휘발성 메모리 내의 적절한 제어 데이터로, LED 드라이버를 프로그래밍함으로써, 간단하게 설정될 수 있다고 하는 장점을 갖는다. 따라서, 상이한 기능과 특징을 갖는 LED 드라이버는, LED 드라이버용의 IC를 제조하는 공정 중에, 여러 상이한 기능을 위한 여러 금속화 공정을 거칠 필요없이, 반도체 제조 공정에서 동일 다이(die)로부터 단일의 IC로서 구현될 수 있다.
본 명세서에 개시된 특징과 장점은 모두를 포괄하는 것이 아니며, 많은 추가적인 특징과 장점은 당업자가 도면, 명세서 및 청구범위를 참조하여 명백하게 알 수 있을 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 원칙적으로 가독성을 높이고 설명을 위해 선택된 것으로서, 본 발명의 대상을 기술하거나 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명의 실시예에 대해서는, 첨부 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명에 의해 더 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 LED를 구동시키기 위한 종래의 LED 드라이버를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, LED를 구동시키기 위한 LED 드라이버를 나타낸다.
도 3은 본 발명이 실시예에 따른, LED 드라이버의 내부 저항을 트림하기 위한 불휘발성 메모리(NVM)에 기억된 제어 데이터를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, NVM 내에 기억된 제어 데이터를 사용하여 구성될 수 있는, 도 2에 나타낸 차지펌프를 나타낸다.
도면들과 이하의 상세한 설명은 본 발명의 바람직한 실시예를 예로 들어 설명하고 있다. 이하의 설명으로부터, 본 명세서에 개시된 구조와 방법의 여러 실시예들은, 청구된 본 발명의 원리를 벗어남이 없이 채택될 수 있는 다양한 변형예로서 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
첨부 도면에 나타낸, 본 발명의 여러 실시예에 대하여 상세하게 예를 들어 설명한다. 유사하거나 동일한 도면부호가 도면에 사용될 수 있으며, 이들은 유사하거나 동일한 기능을 나타낸다. 본 발명의 실시예를 나타내는 도면은 예시에 불과하다. 당업자라면, 본 명세서에 나타낸 구조와 방법의 여러 실시예가 본 발명의 원리를 벗어남이 없이 채택될 수 있다는 것을 이하의 설명으로부터 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른, LED(112, 114)를 구동시키기 위한 LED 드라이버(200)를 나타낸다. 예를 들어, LED(112, 114)는 백색 LED가 될 수 있다. LED 드라이버(200)는 2개의 주요 회로 블록인, 설정변경이 가능한(configurable) 차지펌프(charge pump)(201)와, 전류 정류기(current regulator: 210)를 포함한다.
LED(112, 114)를 통한 전류에 의해 자신들의 세기와 발광 휘도가 정해진다. 전류 정류기(210)는 정전류(constant current)로 LED(112, 114)를 구동시킨다. 전류 정류기(210)는 밴드갭 전압 발생기(104), 증폭기(106) 및 트랜지스터(119)를 구비하는 에러 증폭기, 트랜지스터(116, 118)를 구비하는 커런트 미러(current mirror: 108), 불휘발성 메모리(NVM: non-volatile memory)(250), 및 LED 구동 트랜지스터(122, 202, 204, 206, 208) 등을 포함한다. 도 2에서는 NVM(250)이 전류 정류기(210)에 포함된 부품인 것으로 도시되어 있지만, NVM(250)은 전류 정류기(210)에 포함된 부품으로 해도 되고 별도의 부품으로 해도 된다.
NVM(250)은 LED 드라이버(200)의 다양한 특성의 동작을 제어하기 위한 제어 데이터를 기억한다. 예를 들어, NVM(250)은, LED(112, 114)를 통하는 전류를 제어하기 위한 제어 데이터(A1, A0, B1, B0), 내부 저항 RINT(220)을 트리밍(trimming)하기 위한 제어 데이터(C1, C0), 및 차지펌프(201)의 동작 모드를 설정하기 위한 제어 데이터(D2, D1, D0)를 기억한다. 이에 대해서는 나중에 더 상세하게 설명한다. NVM(250)에 기억된 제어 데이터(A1, A0, B1, B0, C1, C0, D2, D1, D0)는 1비트 크기의 디지털 데이터가 될 수 있지만, 이에 한정되지 않고, 다른 형태의 데이터가 될 수도 있다. 이러한 제어 데이터는 외부 컴퓨터(도시 안 됨)에 의해 기입(WR) 라인(252)을 통해 NVM(250)에 기입될 수 있다. NVM(250)에 기입된 데이터는, NVM(250)에 전원이 차단된 경우에도, 삭제되지 않는다. NVM(250)은 플래시 메모리, SRAM(Synchronous Random Access Memory), 또는 임의의 다른 종류의 불휘발성 메모리가 될 수 있다.
밴드갭 전압 발생기(104)는 밴드갭 전압(Vref)을 생성하고, 에러 증폭기(106, 119)는 저항 RINT(220) 양단의 노드(260)에서의 전압이 Vref로 설정되도록 한다. 저항(220)은, 도 1에 나타낸 종래의 LED 드라이버(100)에 사용하기 위한 외부 저항(120)과 달리, LED 드라이버(200)의 내부에 위치한다. 내부 저항 RINT(220)을 통한 기준 전류 IREF는 밴드갭 전압 Vref와 내부 저항 RINT(220)에 의해 결정된다. 즉, 기준 전류 IREF는 Vref/RINT에 의해 정해진다. 기준 전류 IREF는 커런트 미러(108)에 의한 전류 IREF'로서 트랜지스터(122)를 반복해서 통과하고, 결국에는 트랜지스터(202, 204)와 트랜지스터(206, 208)에 의해 LED(112, 114)를 각각 구동시킨다.
트랜지스터(116)를 통과하는 전류 IREF'는, 트랜지스터(118)에 대한 트랜지스터(116)의 상대적인 사이즈 또는 폭/길이(W/L) 비율(길이에 대한 폭의 비율)에 따라, 트랜지스터(118)를 통과하는 기준 전류 IREF와 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 또한, 트랜지스터(116)를 통과하는 전류 IREF'는, 트랜지스터(122)에 대한 트랜지스터(202, 204, 206, 208)의 상대적인 사이즈 또는 W/L 비율에 따라, 트랜지스터(202, 204, 206, 208)를 반복해서 통과한다.
트랜지스터(202)는 트랜지스터(204)의 폭/길이(W/L) 비율의 2배에 해당하는 W/L 비율 또는 사이즈를 가지며, 트랜지스터(206)는 트랜지스터(208)의 W/L 비율의 2배에 해당하는 W/L 비율 또는 사이즈를 갖는다. 따라서, 트랜지스터(202)는 트랜지스터(204)에 흐르는 전류의 2배에 해당하는 전류가 흐르고, 이들 트랜지스터는 모두 LED(112)를 구동시키는 데에 사용된다. 마찬가지로, 트랜지스터(206)는 트랜지스터(208)에 흐르는 전류의 2배에 해당하는 전류가 흐르고, 이들 모두는 LED(114)를 구동시키는 데에 사용된다.
NVM(250)에 기억된 제어 데이터(A1, A0)는 LED(112)를 통과하는 최대 전류를 결정하고, NVM(250)에 기억된 제어 데이터(B1, B0)는 LED(114)를 통과하는 최대 전류를 결정한다. 구체적으로, 제어 데이터(A1, A0)는 스위치(210, 212)의 온/오프 상태를 각각 제어한다. 예를 들어, 스위치(210, 212)는, 제어 데이터 A1과 A0이 "1"인 경우에는, 온(닫힌) 상태가 될 수 있으며, 제어 데이터 A1과 A0이 "0"인 경우에는 오프(열린) 상태가 될 수 있다. 제어 데이터(B1, B0)는 스위치(214, 216)의 온/오프 상태를 제어한다. 예를 들어, 스위치(214, 216)는, 제어 데이터 B1과 B0이 "1"인 경우에는, 온(닫힌) 상태가 될 수 있으며, 제어 데이터 B1과 B0이 "0"인 경우에는 오프(열린) 상태가 될 수 있다.
예를 들어, 트랜지스터(118, 116, 122, 204, 208)의 모든 사이즈 또는 W/L 비율이 일치하고, 트랜지스터(202, 206)의 W/L 비율이 트랜지스터(204, 208)의 W/L 비율의 2배이며, IREF는 1mA라고 가정한다. A1과 A0이 각각 "1"과 "1"이면, LED(112)를 통과하는 최대 전류는 3mA가 되는데, 스위치(210, 212)가 모두 온 상태가 되기 때문이다. A1과 A0이 각각 "1"과 "0"이면, LED(112)를 통과하는 최대 전류는 2mA가 되는데, 스위치(210)는 온 상태로 되고 스위치(212)는 오프 상태로 되기 때문이다. A1이 "0"이고 A0이 "1"이면, 스위치(210)가 오프 상태가 되고 스위치(212)가 온 상태로 되기 때문에, LED(112)를 통과하는 최대 전류는 1mA가 된다. A1과 A0이 모두 "0"이면, 스위치(210, 212)가 모두 오프 상태로 되기 때문에, LED(112)를 통과하는 최대 전류는 0mA이다. 마찬가지로, B1과 B0이 모두 "1"이면, 스위치(214, 216)가 모두 온 상태로 되기 때문에, LED(114)를 통과하는 최대 전류를 3mA이다. B1이 "1"이고 B0이 "0"이면, 스위치(214)는 온 상태이고 스위치(216)는 오프 상태가 되기 때문에, LED(114)를 통과하는 최대 전류를 2mA이다. B1이 "0"이고 B0이 "1"이면, 스위치(214)는 오프 상태가 되고 스위치(216)는 온 상태가 되기 때문에, LED(114)를 통과하는 최대 전류는 1mA이다. B1과 B0이 모두 "0"이면, 스위치(214, 216)가 모두 오프 상태가 되기 때문에, LED(114)를 통과하는 최대 전류는 0mA이다.
내부 저항 모듈(220)의 저항값 RINT는 LED(112, 114)의 발광 휘도 및 기준 전류 IREF를 정밀하게 제어하기 위해 정확하게 설정될 필요가 있다. 내부 저항(220)을 사용함으로써, LED 드라이버 IC의 핀, 비용, 및 추가의 핀과 관련된 기판 면적을 감소시킬 수 있다. 본 발명에 따라 저항(220)을 LED 드라이버(200)의 내부에 위치시킴으로써, 필요에 따라 내부적으로 그리고 정확하게 트리밍(trimming)할 수 있다. 종래에는 내부 저항(220)을 트림하기 위해 폴리실리콘 퓨즈(polysilicon fuse)를 사용하는 것이 가능했지만, 전체 면적이 커지고 제조 비용이 증가한다는 단점이 있었다. 또한, 폴리실리콘이나 금속 퓨즈는 퓨즈 재성장(fuse re-growth) 때문에, 장기 사용의 신뢰성에 문제가 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라, 내부 저항 모듈(220)을 트림(trim)하기 위해 NVM(250) 내에 기억된 제어 데이터를 이용하는 것을 나타낸다. 도 2와 도 3을 참조하면, 도 2의 트림가능한(trimmable) 내부 저항 모듈(220)은, 서로 직렬로 연결된 다수의 저항기(본 예에서는 R1, R2 및 R3)를 포함한다. 저항 모듈(220)은 저항기(R2, R3)에 각각 병렬로 연결된 스위치(302, 304)를 포함한다.
스위치(302, 304)는 NVM(250)의 제어 데이터(C0, C1)에 응답하여 턴온(닫힌) 또는 턴오프(열린) 상태가 된다. 예를 들어, 제어 데이터 C0와 C1이 모두 "1"이면, 스위치(302, 304)는 턴온(닫힌) 상태로 되고, 연결된 저항기(R2, R3)를 각각 단락시키게 된다. 제어 데이터 C0와 C1이 모두 "0"이면, 스위치(302, 304)는 턴오프(열린) 상태로 되어, 저항기(R2, R3)는 저항기(R1)에 직렬로 연결된다. 다시 말해서, 스위치(302, 304)는 효과적으로 제거되거나, 대응하는 저항기(R2, R3)를 저항기(R1)에 연결시킨다.
C0가 "1"이고 C1이 "1"이면, 전체 저항값 RINT=R1+R2+R3이고, IREF=Vref/(R1+R2+R3)이다. C0가 "1"이고 C1이 "0"이면, 전체 저항값 RINT=R1+R2이고, IREF=Vref/(R1+R2)이다. C0가 "0"이고 C1이 "1"이면, 전체 저항값 RINT=R1+R3이고, IREF=Vref/(R1+R3)이다. C0가 "0"이고 C1이 "0"이면, 전체 저항값 RINT=R1이고, IREF=Vref/R1이다. 이러한 방식에서, 본 발명의 LED 드라이버(120)는 퓨즈를 사용하지 않고도, 내부 저항 모듈(220)의 저항값 RINT를 트림(trim)할 수 있으며, 내부 저항 모듈(220)을 통과하는 기준 전류 IREF와 LED(112, 114)를 통과하는 전류를 정확하게 설정할 수 있다. 내부 저항 모듈(220)의 저항값 RINT와 내부 저항 모듈(220)을 통과하는 기준 전류 IREF는 LED 드라이버(200) IC의 내부에 위치하는 NVM(250)의 적절한 제어 데이터(C1, C2)를 프로그래밍함으로써 간단히 프로그램될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른, NVM(250)에 기억된 제어 데이터를 사용하여 설정변경이 가능한, 도 2의 차지펌프(201)를 나타낸다. 설정변경이 가능한 차지펌프(201)는 배터리 전압(VIN)을 1X 모드, 1.5X 모드 및 2X 모드의 다수의 동작 모드 중의 하나의 모드의 출력 전압 VOUT으로 변환한다. 차지펌프(201)는 1X 모드의 전압 발생 모듈(402), 1.5X 모드의 전압 발생 모듈(404), 및 2X 모듈의 전압 발생 모듈(406)을 포함한다. 1X 모드의 전압 발생 모듈(402)은 배터리 입력 전압 VIN을 수신하고, 출력 전압 VOUT를 생성한다. 여기서, VOUT=VIN 이다. 1X 모드의 전압 발생 모듈(402)은 출력 전압 VOUT를 생성하고 작동시키기 위해 CLK 입력에 결합되는 구동 클록 신호(Clock)를 필요로 한다. 1.5X 모드의 전압 발생 모듈(404)은 배터리 입력 전압 VIN을 수신하고 출력 전압 VOUT를 생성한다. 여기서, VOUT=1.5xVIN이다. 1.5X 모드의 전압 발생 모듈(404)은 출력 전압 VOUT를 생성하고 작동시키기 위해 CLK 입력에 연결된 구동 클록 신호(Clock)를 필요로 한다. 2X 모드의 전압 발생 모듈(406)은 배터리 입력 전압 VIN을 수신하고, 출력 전압 VOUT를 생성한다. 여기서, VOUT=2xVIN이다. 2X 모드의 전압 발생 모듈(406)은 출력 전압 VOUT를 생성하고 작동시키기 위해 CLK 입력에 연결된 구동 클록 신호(Clock)를 필요로 한다. 차지펌프(201)의 출력 전압 VOUT에 의해 LED(112, 114)가 구동된다. 1X 모드의 전압 발생 모듈(402), 1.5X 모드의 전압 발생 모듈(404), 및 2X 모드의 전압 발생 모듈(406)의 내부 회로 자체는 종래의 일반적인 것이며, 본 명세서에 개시된 본 발명의 대상이 아니다.
통상적인 차지펌프는 앞서 설명한 바와 같이, 1X, 1.5X, 및 2X의 3개의 동작 모드를 갖는다. 그러나 일부 LED 응용장치에서는 차지펌프에 단지 하나의 동작 모드(1X)만을 필요로 할 수 있으며, 이러한 경우는 차지펌프(201)가 저전압 드롭아웃 정류기(low voltage dropout regulator)로서 동작한다. 다른 LED 응용장치의 경우, 차지펌프(201)에 3가지 동작 모드 모두가 필요로 할 수 있는데, 왜냐하면 배터리 입력 전압 VIN이 충분히 낮은 값으로 강하하고, LED(112, 114) 양단의 전압 강하 VLED가 충분히 높게 될 수 있기 때문이다. 따라서, 1X 모드의 전압 발생 모듈(402), 1.5X 모드의 전압 발생 모듈(404), 및 2X 모드의 전압 발생 모듈(406) 중의 하나 이상을 통상적인 방법으로 작동 또는 비작동시키는 것이 매우 유용할 수 있다.
NVM(250)의 제어 데이터(D0, D1, D2)는 1X 모드의 전압 발생 모듈(402), 1.5X 모드의 전압 발생 모듈(404), 및 2X 모드의 전압 발생 모듈(406) 중의 어느 것이 작동 상태가 되는지를 판정한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 제어 데이터(D0, D1, D2)는 논리곱(AND) 게이트(408, 410, 412)에 각각 입력되어, 클록 신호(270)와 논리곱 연산이 행해진다. 따라서, D0=1이면, 1X 모드의 전압 발생 모듈(402)의 CLK 입력에 대한 신호(414)는 클록 신호(270)와 동일하게 되어, 1X 모드의 전압 발생 모듈(402)이 작동 상태로 된다. D0=0이면, 1X 모드의 전압 발생 모듈(402)의 CLK 입력에 대한 신호(414)는 비작동 상태로 되고, 1X 모드의 전압 발생 모듈(402)이 비작동 상태로 된다. D1=1이면, 1.5X 모드의 전압 발생 모듈(404)의 CLK 입력에 대한 신호(416)는 클록 신호(270)와 동일하게 되고, 1.5X 모드의 전압 발생 모듈(404)은 작동 상태가 된다. 그러나 D1=0이면, 1.5X 모드의 전압 발생 모듈(404)의 CLK 입력에 대한 신호(416)는 비작동 상태로 되고, 따라서 1.5X 모드의 전압 발생 모듈(404)은 비작동 상태가 된다. D2=1이면, 2X 모드의 전압 발생 모듈(406)의 CLK 입력에 대한 신호(418)는 클록 신호(270)와 동일하게 되기 때문에, 2X 모드의 전압 발생 모듈(406)은 작동 상태로 된다. 그러나 D2=0이면, 2X 모드의 전압 발생 모듈(406)의 CLK 입력에 대한 신호(418)는 비작동 상태가 되고, 2X 모드의 전압 발생 모듈(406)은 비작동 상태가 된다.
따라서, 차지펌프(201)의 하나 이상의 동작 모드를 작동 또는 비작동시키는 것은, NVM(250)의 제어 데이터(D0, D1, D2)를 프로그래밍함으로써 간단히 달성될 수 있다. D0=1, D1=0, D2=0이면, 차지펌프(201)는 단일 모드(1X)의 차지펌프이다. 그러나 D0=D1=D2=1이면, 차지펌프(201)는 3중 모드의 차지펌프가 된다. 따라서, 상이한 모드의 차지펌프를 구비한 LED 드라이버를 별도로 구비할 필요가 없다.
본 발명은 LED 전류, LED에 대한 기준 전류를 설정하기 위한 내부 저항, 및 차지펌프의 동작 모드와 같은 다양한 특징이, NVM 내의 적절한 제어 데이터로 LED 드라이버를 프로그래밍함으로써 간단히 설정될 수 있다고 하는 장점을 갖는다. 따라서, 상이한 여러 기능과 특징을 갖는 LED 드라이버는 반도체 제조 공정에서 동일 다이(die)로부터 단일의 IC로서 구현될 수 있다.
이상의 설명으로부터, 당업자라면, 프로그램가능한 LED 드라이버를 위한 추가의 대체가능한 구성과 기능을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 특정의 실시예와 응용을 예시 및 설명했지만, 본 발명은 본 명세서에 개시된 이러한 정확한 구성과 부품에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 당업자라면, 첨부된 청구범위에서 정의되는 본 발명의 원리와 범위를 벗어남이 없이, 명백한 다양한 변형 및 변경이 가능할 것이다.

Claims (18)

  1. 하나 이상의 발광 다이오드(LED: light-emitting diode)를 구동시키기 위한 프로그램가능한(programmable) LED 드라이버로서,
    입력 전압을 받아서, 상기 하나 이상의 LED에 제공할 출력 전압을 생성하기 위한 하나 이상의 동작 모드(operation mode)에서 동작하도록 구성된 차지펌프(charge pump);
    기준 전류(reference current)를 생성하기 위한 전류 정류기(current regulator); 및
    제1 제어 데이터(control data)를 기억하는 불휘발성 메모리
    를 포함하며,
    상기 하나 이상의 LED를 통과하는 전류는, 상기 제1 제어 데이터와 상기 기준 전류에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 프로그램가능한 LED 드라이버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류 정류기는, 상기 LED를 구동시키기 위한 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터와, 상기 기준 전류를 상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터에 각각 연결시키는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하며,
    상기 제1 제어 데이터는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 온(on) 상태 및 오프(off) 상태를 제어해서, 상기 LED를 통과하는 전류를 조절하며,
    상기 제1 트랜지스터의 길이(length)에 대한 폭(width)의 비율은, 상기 제2 트랜지스터의 길이에 대한 폭의 비율과 상이하게 되어 있는, 프로그램가능한 LED 드라이버.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 제어 데이터는, 상기 LED를 통과하는 전류를 조절하기 위해, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 각각의 온 및 오프 상태를 제어하는 제1 비트(bit) 및 제2 비트를 포함하는, 프로그램가능한 LED 드라이버.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 제어 데이터는, 상기 프로그램가능한 LED 드라이버의 외부로부터 상기 불휘발성 메모리에 상기 제1 제어 데이터를 기입(write)함으로써 외부에서 프로그램될 수 있도록 된 것인, 프로그램가능한 LED 드라이버.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전류 정류기는 상기 프로그램가능한 LED 드라이버의 내부에 트림가능한(trimmable) 저항(resistor)을 포함하고,
    상기 기준 전류는 상기 트림가능한 저항의 저항값과 기준 전압에 기초하여 생성되며,
    상기 불휘발성 메모리는 제2 제어 데이터를 더 기억하고,
    상기 트림가능한 저항의 저항값은 상기 제2 제어 데이터에 기초하여 조절되는 것인, 프로그램가능한 LED 드라이버.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 트림가능한 저항은 서로 직렬로 접속된 다수의 저항기를 포함하고,
    상기 다수의 저항기에는 하나 이상의 스위치가 각각 접속되며,
    상기 스위치는, 턴온 상태로 되면, 상기 스위치에 대응하는 저항기를 단락시키도록 되어 있으며,
    상기 제2 제어 데이터는 상기 하나 이상의 스위치의 온 및 오프 상태를 제어하여, 상기 트림가능한 저항의 저항값을 조절하도록 되어 있는, 프로그램가능한 LED 드라이버.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 트림가능한 저항은, 서로 직렬로 접속된, 제1 저항기, 제2 저항기, 및 제3 저항기를 포함하고,
    상기 제2 저항기에는 제1 스위치가 접속되고, 상기 제3 저항기에는 제2 스위치가 접속되며,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는, 턴온 상태로 되면, 상기 제2 저항기와 상기 제3 저항기를 단락시키도록 되어 있으며,
    상기 제2 제어 데이터는 상기 트림가능한 저항의 저항값을 조절하기 위해, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 각각의 온 및 오프 상태를 제어하는 제1 비트 및 제2 비트를 포함하는, 프로그램가능한 LED 드라이버.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 차지펌프는 다수의 동작 모드(operation mode) 중의 하나 이상의 동작 모드에서 동작하도록 되어 있으며,
    상기 동작 모드에서는 입력 전압에 기초하여 상이한 출력 전압이 생성되도록 되어 있고,
    상기 불휘발성 메모리는 제2 제어 데이터를 더 기억하고,
    상기 하나 이상의 동작 모드는 상기 제2 제어 데이터에 기초하여 작동(active) 상태 또는 비작동(inactive) 상태로 되는 것인, 프로그램가능한 LED 드라이버.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 차지펌프는,
    작동(active) 클록 신호에 응답하여 작동되는, 제1 동작 모드 전압 발생 모듈, 제2 동작 모드 전압 발생 모듈, 및 제3 동작 모드 전압 발생 모듈; 및
    상기 제1 동작 모드 전압 발생 모듈, 제2 동작 모드 전압 발생 모듈, 및 제3 동작 모드 전압 발생 모듈에 각각 접속되어, 상기 제2 제어 데이터에 기초하여 상기 작동 클록 신호를 통과시키거나 또는 차단시키는, 제1 논리곱(AND) 게이트, 제2 AND 게이트, 및 제3 AND 게이트
    를 포함하는, 프로그램가능한 LED 드라이버.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 LED는 백색(white) LED이며,
    상기 프로그램가능한 LED 드라이버는 상기 백색 LED를 구동시키도록 되어 있는, 프로그램가능한 LED 드라이버.
  11. 하나 이상의 발광 다이오드(LED: light-emitting diode)를 구동시키기 위한 프로그램가능한 LED 드라이버로서,
    입력 전압을 받아들이고, 상기 입력 전압에 기초하여 상기 하나 이상의 LED에 제공할 출력 전압을 상기 입력 전압과는 다른 출력 전압으로 각각 생성하기 위한 다수의 동작 모드 중의 하나 이상의 동작 모드에서 동작하도록 구성된 차지펌프(charge pump);
    기준 전류(reference current)를 생성하고, 상기 프로그램가능한 LED 드라이버의 내부에 트림가능한 저항(trimmable resistor)을 포함하는 전류 정류기(current regulator); 및
    제1 제어 데이터(control data), 제2 제어 데이터 및 제3 제어 데이터를 기억하는 불휘발성 메모리
    를 포함하며,
    상기 기준 전류는 상기 트림가능한 저항의 저항값과 기준 전압에 기초하여 생성되며,
    상기 하나 이상의 LED를 통과하는 전류는 상기 기준 전류와 상기 제1 제어 데이터에 기초하여 결정되고,
    상기 트림가능한 저항의 저항값은 상기 제2 제어 데이터에 기초하여 조절되며,
    상기 다수의 동작 모드 중의 하나 이상의 동작 모드는 상기 제3 제어 데이터에 기초하여 작동 상태 또는 비작동 상태로 되는 것을 특징으로 하는 프로그램가능한 LED 드라이버.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전류 정류기는, 상기 LED를 구동시키기 위한 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터와, 상기 기준 전류를 상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터에 각각 연결시키는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하며,
    상기 제1 제어 데이터는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 온(on) 및 오프(off) 상태를 제어해서, 상기 LED를 통과하는 전류를 조절하며,
    상기 제1 트랜지스터의 길이(length)에 대한 폭(width)의 비율은, 상기 제2 트랜지스터의 길이에 대한 폭의 비율과 상이하게 되어 있는, 프로그램가능한 LED 드라이버.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 제어 데이터는, 상기 LED를 통과하는 전류를 조절하기 위해, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 각각의 온 및 오프 상태를 제어하는 제1 비트(bit) 및 제2 비트를 포함하는, 프로그램가능한 LED 드라이버.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 제어 데이터는, 상기 프로그램가능한 LED 드라이버의 외부로부터 상기 불휘발성 메모리에 상기 제1 제어 데이터를 기입함으로써 외부에서 프로그램될 수 있도록 된 것인, 프로그램가능한 LED 드라이버.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 트림가능한 저항은 서로 직렬로 접속된 다수의 저항기를 포함하고,
    상기 다수의 저항기에는 하나 이상의 스위치가 각각 접속되며,
    상기 스위치는, 턴온 상태로 되면, 상기 스위치에 대응하는 저항기를 단락시키도록 되어 있으며,
    상기 제2 제어 데이터는 상기 하나 이상의 스위치의 온 및 오프 상태를 제어하여, 상기 트림가능한 저항의 저항값을 조절하도록 되어 있는, 프로그램가능한 LED 드라이버.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 트림가능한 저항은, 서로 직렬로 접속된, 제1 저항기, 제2 저항기, 및 제3 저항기를 포함하고,
    상기 제2 저항기에는 제1 스위치가 접속되고, 상기 제3 저항기에는 제2 스위치가 접속되며,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는, 각각 턴온 상태로 되면, 상기 제2 저항기와 상기 제3 저항기를 단락시키도록 되어 있으며,
    상기 제2 제어 데이터는 상기 트림가능한 저항의 저항값을 조절하기 위해, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 각각의 온 및 오프 상태를 제어하는 제1 비트 및 제2 비트를 포함하는, 프로그램가능한 LED 드라이버.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 차지펌프는,
    작동(active) 클록 신호에 응답하여 작동되는, 제1 동작 모드 전압 발생 모듈, 제2 동작 모드 전압 발생 모듈, 및 제3 동작 모드 전압 발생 모듈; 및
    상기 제1 동작 모드 전압 발생 모듈, 제2 동작 모드 전압 발생 모듈, 및 제3 동작 모드 전압 발생 모듈에 각각 접속되어, 상기 제3 제어 데이터에 기초하여 상기 작동 클록 신호를 통과시키거나 또는 차단시키는, 제1 논리곱(AND) 게이트, 제2 AND 게이트, 및 제3 AND 게이트
    를 포함하는, 프로그램가능한 LED 드라이버.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 하나 이상의 LED는 백색(white) LED이며,
    상기 프로그램가능한 LED 드라이버는 상기 백색 LED를 구동시키도록 되어 있는, 프로그램가능한 LED 드라이버.
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