TW201618593A - 電流式數位類比轉換電路及使用其之發光二極體電路 - Google Patents

Abstract

一種電流式數位類比轉換電路，用於提供二極體進行導通電流切換操作，且包括電流式數位類比轉換器以及電阻。此電流式數位類比轉換器用以輸出穩定的電流，包括複數個電流單元，並且分別具有第一輸出端以及第二輸出端。第一輸出端電性連接於二極體，而第二輸出端則電性連接於電阻。每一電流單元皆具有電流源與開關電路。開關電路的第一端電性耦接於電流源，開關電路的第二端與第三端則分別電性耦接於電流式數位類比轉換器的第一輸出端以及第二輸出端，且開關電路受控於開關信號，以選擇性地使第二端與第三端的其中之一與第一端彼此導通。

Description

電流式數位類比轉換電路及使用其之發光二極體電路

本發明是有關於一種發光二極體電路，且特別是一種用於提供二極體進行導通電流切換操作的電流式數位類比轉換電路，以及使用所述電流式數位類比轉換電路的發光二極體電路。

近年來由於環保節能意識的不斷抬頭，相對地帶動了發光二極體(Light-Emitting Diode,LED)產業的崛起，並且因為發光二極體的光源具有環保、節能、使用壽命長且驅動電壓低等優點，因此目前被廣泛地用於替代傳統照明。

進一步來說，由於發光二極體產生之光線的亮度取決於流經過發光二極體的電流大小，因此驅動發光二極體時，最主要目的是要控制流經發光二極體的電流以達到原有設計的要求數值，並使流經發光二極體的電流穩定而不受電源電壓、溫度、順向偏壓差異等因素的影響，從而使發光二極體發出預期亮度的光線，並且防止發光二極體損壞或減短壽命。另外，發光二極體係工作於直流電，且發光二極體的順向偏壓與電流成指數關係，因此極細小的電壓變化將會使得發光二極體的電流有很大變化，相對造成發光二極體所產生之光線的亮度會有所改變，嚴重的話更會因為功耗過高而造成發光二極體永久損壞。

另外一方面，由於傳統的發光二極體驅動電路不一定能夠快 速地改變流經發光二極體的電流，相對地限制住了發光二極體開啟與關閉的速度，因此目前習知的發光二極體電路大多搭配使用一個或多個電流式數位類比轉換器，以用來精確控制電流。在這些電流式數位類比轉換器的控制下，允許了發光二極體電路能夠快速使電流式數位類比轉換器之多個電流單元導通或斷開，故能快速地調整流經發光二極體的電流。然而，當電流式數位類比轉換器使電流式數位類比轉換器之至少一個電流單元斷開時，將會相對地造成電流式數位類比轉換器之偏壓的改變。僅有在上述被斷開的電流單元重新導通時，偏壓才會重新被建立，而與先前的偏壓相似。

請參閱圖1，圖1是用於發光二極體電路的傳統電流式數位類比轉換器之電路示意圖。電流式數位類比轉換器1的輸出端電性連接於發光二極體L1，並且用以輸出穩定的電流給此發光二極體L1。另外，電流式數位類比轉換器1具有多個電流單元，每一個電流單元接收有一開關信號TS，並且根據此開關信號TS控制其內部的開關電路SW1導通或斷開。更詳細地說，電流單元的數目對比於開關與亮度切換信號的控制位元數目，每一個開關信號TS為多個控制位元的其中之一。

只有在至少一個電流單元的開關電路SW1為導通的情況下，電流式數位類比轉換器1所輸出的電流才會流經過此發光二極體L1，使得此發光二極體L1才能夠開始發光，並且相對地建立起偏壓。相反地，當要關閉此發光二極體L1時，則必需控制全部的電流單元之開關電路SW1為斷開，才可使得電流式數位類比轉換器1所輸出的電流不會流經過此發光二極體L1，但是這樣做相對地會造成偏壓的改變。另外，當要調整發光二極體L1的亮度時，其中一個電流單元可能會被控制而斷開，故偏壓亦會受到影響而改變。當被斷開的電流單元重新導通時，偏壓才會重新被建立，而與先前的偏壓相似，但重新建立偏壓則需要一段時間，故可能導 致一段時間的亮度並不準確。

簡單地說，現有技術中的電流式數位類比轉換器仍會因為發光二極體的導通電流切換操作(包括對發光二極體的開關操作與對發光二極體之導通電流的切換)，而需要重新建立其偏壓，造成電流式數位類比轉換器無法快速地提供出準確的電流給發光二極體，進而使得發光二極體無法快速發出預期亮度的光線。

本發明實施例提供一種電流式數位類比轉換電路，用於提供二極體進行導通電流切換操作。所述電流式數位類比轉換電路包括電流式數位類比轉換器以及電阻。此電流式數位類比轉換器用以輸出穩定的電流，並且分別具有第一輸出端以及第二輸出端，其中第一輸出端電性連接於二極體，而第二輸出端則電性連接於電阻。另外，此電流式數位類比轉換器包括有複數個電流單元。每一電流單元皆具有電流源以及開關電路，其中此開關電路的第一端電性耦接於此電流源，此開關電路的第二端與第三端則分別電性耦接於此電流式數位類比轉換器的第一輸出端以及第二輸出端，且此開關電路受控於開關信號，以選擇性地使第二端與第三端的其中之一與第一端彼此導通。

本發明實施例另提供一種發光二極體電路。所述發光二極體電路包括發光二極體，以及用於提供此發光二極體進行導通電流切換操作的電流式數位類比轉換電路。此電流式數位類比轉換電路包括電流式數位類比轉換器以及電阻。此電流式數位類比轉換器用以輸出穩定的電流，並且分別具有第一輸出端以及第二輸出端，其中第一輸出端電性連接於二極體，而第二輸出端則電性連接於電阻。另外，此電流式數位類比轉換器包括有複數個電流單元。每一電流單元皆具有電流源以及開關電路，其中此開關電路的第一端電性耦接於此電流源，而此開關電路的第二端與第三端 則分別電性耦接於此電流式數位類比轉換器的第一輸出端以及第二輸出端，且此開關電路受控於開關信號，以選擇性地使第二端與第三端的其中之一與第一端彼此導通。

綜上所述，本發明實施例所提供的電流式數位類比轉換電路以及使用此電流式數位類比轉換電路的發光二極體電路可藉由增加額外路徑來模擬差動對的操作，以假差動對的方式導引流經發光二極體的電流，使得電流式數位類比轉換電路與發光二極體連接處上的偏壓不需要重新建立，進而達到高速開關發光二極體與切換發光二極體之亮度的功能。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

1‧‧‧電流式數位類比轉換器

L1‧‧‧發光二極體

SW1‧‧‧開關電路

TS‧‧‧開關信號

2‧‧‧電流式數位類比轉換電路

20‧‧‧電流式數位類比轉換器

P‧‧‧第一輸出端

Q‧‧‧第二輸出端

I1‧‧‧電流源

SW2‧‧‧開關電路

M1‧‧‧第一電晶體

M2‧‧‧第二電晶體

R1‧‧‧電阻

L2、L3‧‧‧發光二極體

Din‧‧‧二極體開關信號

Din_1‧‧‧第一控制信號

Din_2‧‧‧第二控制信號

VDD‧‧‧系統電壓

4‧‧‧發光二極體電路

圖1是用於發光二極體電路的傳統電流式數位類比轉換器之電路示意圖。

圖2是本發明實施例所提供的電流式數位類比轉換電路之電路示意圖。

圖3是本發明另一實施例所提供的電流式數位類比轉換電路之電路示意圖。

圖4是本發明實施例所提供的發光二極體電路之電路示意圖。

在下文中，將藉由圖式說明本發明之各種實施例來詳細描述本發明。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。此外，在圖式中相同參考數字可用以表示類似的元件。

請參閱圖2，圖2是本發明實施例所提供的電流式數位類比轉 換電路之電路示意圖。電流式數位類比轉換電路2可以用於提供二極體進行導通電流切換操作(包括改變二極體之導通電流與對二極體的開關進行切換)。舉例來說，所述的二極體可以為發光二極體L2，但本發明並不以此為限。電流式數位類比轉換電路2可以包括電流式數位類比轉換器20以及電阻R1。電流式數位類比轉換器20用以輸出穩定的電流，並且分別具有第一輸出端P以及第二輸出端Q，其中第一輸出端P電性連接於發光二極體L2，而第二輸出端Q則電性連接於電阻R1。

另外，電流式數位類比轉換器20可以包括有複數個電流單元。每一電流單元皆具有電流源I1以及開關電路SW2，其中開關電路SW2的第一端電性耦接於電流源I1，開關電路SW2的第二端與第三端則分別電性耦接於電流式數位類比轉換器20的第一輸出端P以及第二輸出端Q，且開關電路SW2受控於開關信號D_in，以選擇性地使第二端與第三端的其中之一與第一端彼此導通。開關信號D_in例如為發光二極體L2之亮開關與亮度切換控制控制信號的其中一個控制位元。

換句話說，開關信號D_in控制著電流式數位類比轉換器20之電流單元所輸出的電流係流經第一輸出端P或第二輸出端Q。值得注意的是，本發明並不限制電流式數位類比轉換器20內所具有的電流單元之數量，以及各電流單元的詳細實現方式，本技術領域中具有通常知識者可依據實際需求或應用來進行設計。

因此，當至少一個電流單元的開關電路SW2之第二端與第一端彼此導通時，即表示電流式數位類比轉換器20之電流單元所輸出的電流切換至第一輸出端P。也就是說，電流式數位類比轉換器20的電流單元用以輸出電流至發光二極體L2，使得發光二極體L2能夠發光。

相反地，當電流單元的開關電路SW2改成為第三端與第一端彼此導通時，即表示電流式數位類比轉換器20之電流單元所輸出 的電流切換至第二輸出端Q。也就是說，電流式數位類比轉換器20之電流單元則改用以輸出電流至電阻R1，而不流經過發光二極體L2，相對地使得發光二極體L2的亮度會因此下降。若所有的電流單元之開關電路SW2的第三端與第一端彼此導通，則發光二極體L2將被關閉而不發光。

由此可知，相較於圖1的傳統電流式數位類比轉換器1，本發明實施例的電流式數位類比轉換電路2藉由增加額外路徑來模擬差動對的操作，以假差動對的方式導引電流式數位類比轉換器20之電流單元所輸出的電流。因此，若選擇適當地電阻R1時，第一輸出端P於發光二極體L2開啟(亦即所有電流單元之開關電路SW2之第一端與第二端導通時)時的電壓會與第二輸出端Q於發光二極體L2關閉(亦即所有電流單元之開關電路SW2之第一端與第三端導通時)時的電壓將會一致。廣義地說，在其中一個電流單元的開關電路SW2之第一端與第三端被導通前之此電流單元的電流源偏壓與此電流單元的開關電路SW2之第一端與第三端被導通後之此電流單元的電流源偏壓差異不大，實質上可以看作此電流單元的電流源偏壓保持有固定的大小。因此，在此電流單元的開關電路SW2之第一端與第二端重新被導通後，偏壓無須再花時間重新建立，使得發光二極體L2可以快速地發出預期亮度的光線。

總而言之，本發明並不限制電阻R1的具體實現方式。因此，本發明實施例中的電流式數位類比轉換器20的偏壓不會因為發光二極體L2的開啟或關閉以及電流式數位類比轉換器20提供之電流有改變而需要重新建立，故本發明實施例中的電流式數位類比轉換器20可以較快速提供出準確的電流，進而使得發光二極體L2能夠快速發出預期亮度的光線。

另外一方面，如前所述，本發明實施例中的發光二極體L2與電阻R1的一端分別電性耦接於電流式數位類比轉換器20的第一以及第二輸出端P、Q。然而，本發明實施例中的發光二極體L2 與電阻R1的另一端則可以電性耦接於系統電壓VDD。對此，本技術領域中具有通常知識者應可依據實際需求或應用來進行設計電性耦接系統電壓VDD的詳細實現方式，且本發明並不以此為限。

接著，為了更進一步說明關於電流式數位類比轉換器20中開關電路SW2的實現細節，本發明進一步提供其開關電路SW2的一種實施方式。請參閱圖3，圖3是本發明另一實施例所提供的電流式數位類比轉換電路之電路示意圖。然而，下述僅是電流式數位類比轉換器20中開關電路SW2的其中一種詳細實現方式，其並非用以限制本發明。本實施例所述的開關電路SW2可以在圖2所示的電流式數位類比轉換電路2執行，因此請一併照圖2以利理解。另外，圖3其中部分與圖2近似之元件以相似之圖號標示，因此在此不再詳述其細節。

詳細來說，開關電路SW2可以包括有第一電晶體M1與第二電晶體M2，其中第一電晶體M1的汲極端與第二電晶體M2的汲極端，分別電性耦接於開關電路SW2的第二端與第三端。第一電晶體M1的源極端與第二電晶體M2的源極端，則皆電性耦接於開關電路SW2的第一端。另外，第一電晶體M1的閘極端與第二電晶體M2的閘極端，則皆用以接收開關信號D_in。

如前所述，由於開關電路SW2受控於開關信號D_in僅可以選擇性地使第二端與第三端的其中之一與第一端彼此導通。換句話說，當開關電路SW2的第二端與第一端為彼此導通的情況下，即表示說電流僅有流經過第一電晶體M1，而當開關電路SW2的第三端與第一端為彼此導通的情況下，則表示說電流僅有流經過第二電晶體M2。由此可知，第一電晶體M1與第二電晶體M2彼此之間可以是互為反向操作。

對此，二極體開關信號D_in可以進一步包括有第一控制信號D_in_1與第二控制信號D_in_2，且第二控制信號D_in_2為第一控制信號D_in_1的反向信號，其中第一電晶體M1的閘極端用以接收第一 控制信號D_in_1，並且第二電晶體M2的閘極端則用以接收第二控制信號D_in_2。因此，當第一電晶體M1受控於第一控制信號D_in_1以使開關電路SW2的第二端與第一端彼此導通的情況下，第二電晶體M2同時亦受控於第二控制信號D_in_2以使開關電路SW2的第三端與第一端彼此不導通。相反地，當第一電晶體M1受控於第一控制信號D_in_1以使開關電路SW2的第二端與第一端彼此不導通的情況下，第二電晶體M2同時亦受控於第二控制信號D_in_2以使開關電路SW2的第三端與第一端彼此導通。換句話說，藉由第一電晶體M1與第二電晶體M2各別受控於第一控制信號D_in_1與第二控制信號D_in_2的情況下，可以選擇性地導引電流式數位類比轉換器20之電流單元所輸出的電流在第一以及第二輸出端P、Q之間切換。

綜上所述，本發明實施例的電流式數位類比轉換電路2增加了額外路徑，可以選擇性地導引電流式數位類比轉換器20之電流單元所輸出的電流，使得第一輸出端P於發光二極體L2開啟時的電壓，與第二輸出端Q於發光二極體L2關閉時的電壓一致，或者使電流式數位類比轉換器20提供之電流改變前之各電流單元的電流源偏壓與電流式數位類比轉換器20提供之電流改變後之各電流單元的電流源偏壓彼此差異不大，實質上可以看作各電流單元的電流源偏壓保持有固定的大小。因此，本發明實施例中的電流式數位類比轉換器20的偏壓不會因為發光二極體L2的開關或電流式數位類比轉換器20提供之電流有改變而需要重新建立，以致於電流式數位類比轉換器20可以快速地提供出準確的電流，進而可使得發光二極體L2快速發出預期亮度的光線，達到高速開關發光二極體L2與快速調整發光二極體L2之亮度的功能。

如前述，電流式數位類比轉換電路2可以用於提供發光二極體L2進行導通電流切換操作。為了更進一步說明關於電流式數位類比轉換電路2的運作，本發明進一步提供其發光二極體電路的 一種實施方式。請參閱圖4，圖4是本發明實施例所提供的發光二極體電路之電路示意圖。本實施例所述的發光二極體電路4可以包括有圖2所示的電流式數位類比轉換電路2，因此請一併照圖2以利理解。另外，圖4其中部分與圖2近似之元件以相似之圖號標示，因此在此不再詳述其細節。

請同時參閱圖2與圖4，本發明實施例的發光二極體電路4可以包括發光二極體L3以及圖2所示的電流式數位類比轉換電路2，其中電流式數位類比轉換電路2用於提供發光二極體L3進行導通電流切換操作。因此，電流式數位類比轉換電路2包括電流式數位類比轉換器20以及電阻R1。其中，電流式數位類比轉換器20用以輸出穩定的電流，並且分別具有第一輸出端P以及第二輸出端Q，其中第一輸出端P電性連接於發光二極體L3，而第二輸出端Q則電性連接於電阻R1。

另外，電流式數位類比轉換器20可以包括有複數個電流單元。每一電流單元皆具有電流源I1以及開關電路SW2，其中開關電路SW2的第一端電性耦接於電流源I1，開關電路SW2的第二端與第三端則分別電性耦接於電流式數位類比轉換器20的第一輸出端P以及第二輸出端Q，且開關電路SW2受控於開關信號D_in，以選擇性地使第二端與第三端的其中之一與第一端彼此導通。

除此之外，本發明實施例中的發光二極體L3與電阻R1的一端，分別電性耦接於電流式數位類比轉換器20的第一以及第二輸出端P、Q。然而，本發明實施例中的發光二極體L3與電阻R1的另一端，則可以電性耦接於系統電壓VDD。

另外一方面，本發明實施例的發光二極體電路4中的電流式數位類比轉換電路2，可以包括有圖3所示的開關電路SW2，因此請一併照圖3以利理解，於此不再詳述其細節。

綜合以上所述，本發明實施例所提供的電流式數位類比轉換電路以及使用此電流式數位類比轉換電路的發光二極體電路可藉由 增加額外路徑來模擬差動對的操作，以假差動對的方式導引流經發光二極體的電流，使得電流式數位類比轉換器的偏壓不會因為發光二極體的開關或電流式數位類比轉換電路所提供之電流的改變而需要重新建立，以致於電流式數位類比轉換器可以快速地提供出準確的電流，進而達到高速開關發光二極體與切換發光二極體之亮度的。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

2‧‧‧電流式數位類比轉換電路

20‧‧‧電流式數位類比轉換器

P‧‧‧第一輸出端

Q‧‧‧第二輸出端

I1‧‧‧電流源

SW2‧‧‧開關電路

R1‧‧‧電阻

L2‧‧‧發光二極體

Din‧‧‧二極體開關信號

VDD‧‧‧系統電壓

Claims (10)

1. 一種電流式數位類比轉換電路，用於提供一二極體進行導通電流切換操作，該電流式數位類比轉換電路包括：一電流式數位類比轉換器，用以輸出穩定的一電流，該電流式數位類比轉換器分別具有一第一輸出端以及一第二輸出端，且該第一輸出端電性連接該二極體；以及一電阻，電性連接該電流式數位類比轉換器的該第二輸出端；其中該電流式數位類比轉換器包括：複數個電流單元，每一該些電流單元皆具有一電流源以及一開關電路，其中該開關電路的一第一端電性耦接於該電流源，且該開關電路的一第二端與一第三端分別電性耦接於該第一輸出端以及該第二輸出端，該開關電路受控於一開關信號，以選擇性地使該第二端與該第三端的其中之一與該第一端彼此導通。
2. 如請求項第1項所述的電流式數位類比轉換電路，其中該二極體為一發光二極體。
3. 如請求項第1項所述的電流式數位類比轉換電路，其中該第一輸出端於全部的該些開關電路的該些第一端與該些第二端彼此導通時的電壓，與該第二輸出端於全部的該些開關電路的該些第一端與該些第三端彼此導通時的電壓一致。
4. 如請求項第1項所述的電流式數位類比轉換電路，其中當全部的該些開關電路使該些第二端與該些第一端彼此導通時，該電流式數位類比轉換器用以輸出穩定的該電流至該發光二極體。
5. 如請求項第1項所述的電流式數位類比轉換電路，其中當全部的該些開關電路使該些第三端與該些第一端彼此導通時，該電流式數位類比轉換器用以輸出穩定的該電流至該電阻。
6. 如請求項第1項所述的電流式數位類比轉換電路，其中該電阻 的一端與該二極體的一端電性耦接於一系統電壓，且該二極體的另一端與該電阻的另一端分別電性耦接該第一輸出端與該第二輸出端。
7. 如請求項第1項所述的電流式數位類比轉換電路，其中該開關信號包括一第一控制信號與一第二控制信號，該第二控制信號為該第一控制信號的一反向信號，該開關電路包括一第一電晶體與一第二電晶體，該第一電晶體的一汲極端與該第二電晶體的一汲極端分別電性耦接該第二端與該第三端，該第一電晶體的一源極端與該第二電晶體的一源極端電性耦接該第一端，且該第一電晶體的一閘極端與該第二電晶體的一閘極端分別接收該第一控制信號與該第二控制信號。
8. 一種發光二極體電路，包括：一發光二極體；以及一電流式數位類比轉換電路，用於提供該發光二極體進行導通電流切換操作，該電流式數位類比轉換電路包括：一電流式數位類比轉換器，用以輸出穩定的一電流，該電流式數位類比轉換器分別具有一第一輸出端以及一第二輸出端，且該第一輸出端電性連接該發光二極體；以及一電阻，電性連接該電流式數位類比轉換器的該第二輸出端；其中該電流式數位類比轉換器包括：複數個電流單元，每一該些電流單元皆具有一電流源以及一開關電路，其中該開關電路的一第一端電性耦接於該電流源，且該開關電路的一第二端與一第三端分別電性耦接於該第一輸出端以及該第二輸出端，該開關電路受控於一開關信號，以選擇性地使該第二端與該第三端的其中之一與該第一端彼此導通。
9. 如請求項第8項所述的發光二極體電路，其中該電阻的一端與 該發光二極體的一端電性耦接一系統電壓，且該發光二極體的另一端與該電阻的另一端分別電性耦接該第一輸出端與該第二輸出端。
10. 如請求項第9項所述的發光二極體電路，其中該開關信號包括一第一控制信號與一第二控制信號，該第二控制信號為該第一控制信號的一反向信號，該開關電路包括一第一電晶體與一第二電晶體，該第一電晶體的一汲極端與該第二電晶體的一汲極端分別電性耦接該第二端與該第三端，該第一電晶體的一源極端與該第二電晶體的一源極端電性耦接該第一端，且該第一電晶體的一閘極端與該第二電晶體的一閘極端分別接收該第一控制信號與該第二控制信號。