TWI430710B - 發光二極體之驅動電路及其方法 - Google Patents
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Description
本發明是關於一種發光二極體,特別是一種發光二極體之驅動電路及其方法。
發光二極體(light emitting diode,LED)基本上具有亮度對應電流而變化的特性,已逐漸普遍被使用。
目前LED元件之發光係根據脈寬調變(pulse wide modulation,PWM)的方式進行。切換LED運作的切換電路分別連接於LED、基準電流源和PWM電路。若從PWM電路輸出之脈衝訊號為高準位,切換電路呈現ON,即開啟狀態時,基準電流源所供應的基準電流將驅動LED元件,使LED元件發光。若脈衝訊號之高準位的期間變長,則LED元件的發光量也會跟著增加。
為著呈現影像的灰度(grayscale level)和亮度(brightness level),設計者會利用PWM電路的設計,來改變PWM的有效週期,亦即整個PWM工作週期中的單位導通時間的比例,以控制LED元件的運作。一般來說,為著避免人類的眼睛看見螢幕閃爍,通常PWM的週期不能太長,例如大於16.6微秒,而為著得到寬的動態範圍,有效週期則為越小越好,例如約0.001。然而,有效週期卻受限於電路本身的限制。
另一方面,設計者也使用脈衝訊號(CLK)時間來計算有效週期,藉此產生PWM計時週期。為著擴大灰度的動態範圍,亮度訊號將被轉換成二進位資料,並且使用多個單位時間長度TCLK
來設計,其以二的N次方表示。假設N設定為16,則系統稱為16位元的PWM系統。然而,這樣的系統N的數字越大,則PWM計數週期也會跟著變大,使得視覺更新率(visual refresh rate)也將變慢,在人類的視覺上將產生抖動的情形。並且在每一次ON和OFF之間轉換時,會在數位階段和輸出電流之間產生不協調的情況,亦即轉換誤差。當ON和OFF的頻率越高,所產生的轉換誤差也越大。
鑒於以上的問題,本發明在於提供一種發光二極體之驅動電路及其方法,藉以解決視覺更新率低、影像抖動和轉換誤差的問題。
本發明所揭露之驅動電路(driving circuit),其包含一供電控制單元、一脈寬調變控制單元、一控制單元及電流驅動單元。控制單元輸出一第一控制訊號至供電控制單元,輸出一第二控制訊號至脈寬調變控制單元,使電流驅動單元根據供電控制單元和脈寬調變控制單元的控制驅動發光二極體。
首先,輸入一資料訊號至供電控制單元和脈寬調變控制單元。接著,根據第一控制訊號和資料訊號,供電控制單元將基準電流轉換成複數個分別具有不同位階值的電流設定訊號,以及根據該第二控制訊號和資料訊號,脈寬調變控制單元輸出一脈衝訊號。然後,根據脈衝訊號和相對應的至少一個電流設定訊號,產生一相對應的驅動電流,以驅動一相對應的發光二極體。其中驅動電流在一預設工作時間(predetermined operation period)中具有一連續導通時間。
有關本發明的特徵、實作與功效,茲配合圖式作最佳實施例詳細說明如下。
請參照「第1A圖」,「第1A圖」係為根據本發明第一實施例之驅動電路的結構示意圖。驅動電路100包含一控制單元110、一供電控制單元120、一暫存器(register)130、一脈衝寬度調變控制單元140和多個電流驅動單元150。資料訊號SD係為一序列訊號,具有N個位元(bit)的亮度資料,N為常數。亮度資料係由二進制的位元碼A(h)表示,h係為0至(N-1)的常數,A(h)為0或1。
控制單元110連結於供電控制單元120、暫存器130和脈寬調變控制單元140,用以供應一第一控制訊號至供電控制單元120,供應一第二控制訊號至脈寬調變控制單元140,以及供應一第三控制訊號至暫存器130,以控制供電控制單元120、暫存器130和脈寬調變控制單元140的運作,其中第一控制訊號、第二控制訊號、第三控制訊號係為具有高位階和低位階的週期性脈衝訊號,用以計數。
暫存器130連結於控制單元110、供電控制單元120和脈寬調變控制單元140,其提供複數個暫存空間131,用以串列接收並儲存多個資料訊號SD,並根據控制單元110傳送的第三控制訊號,將已儲存在每個暫存空間131的資料訊號SD串列地傳送至供電控制單元120和脈寬調變控制單元140,其中每一該資料訊號SD對應於其中一個發光二極體(未繪示)。
供電控制單元120連結於控制單元110和電流驅動單元150,用以接收一基準電流、第一控制訊號和每一個資料訊號SD,其包含一電流設定模組121和選擇模組122。電流設定模組121根據資料訊號和第一控制訊號,設定驅動電路100目前所需要之電流的位階值種類,使選擇模組122進一步根據設定,將基準電流轉換形成多個分別具有不同位階值的電流設定訊號,如訊號匯流排123所示,以進一步選擇地輸出所需要的電流設定訊號至每一個電流驅動單元150,以進一步形成每一個對應於每一個發光二極體的驅動電流。
脈衝調變控制單元140連結於控制單元110、暫存器130和每一個電流驅動單元150,並且與控制單元110、供電控制單元120同步運作,用以接收由控制單元110傳送的第二控制訊號,接收由每一個暫存空間131傳送的每一個資料訊號SD,以進一步根據第二控制訊號的控制,計數每一個接收到的資料訊號SD中的資料,以產生一相對應的脈衝訊號至其中一個相對應的電流驅動單元150。其中,脈衝調變控制單元140包含複數個計時器141,每一個計時器141各別對應於一個暫存空間131、一個電流驅動單元150和一個發光二極體,用以計數資料訊號SD中的資料。
最後,電流驅動單元150根據所接收到的每一個脈衝訊號和電流設定訊號,形成每一個相對應的驅動電流。由於資料訊號係為一二進制碼,因此每一個驅動電流在其預設工作時間內,具有複數個對應於由最高有效位元至最低有效位元的時間區間,並且預設工作時間中包含一連續導通時間。
另一方面,本發明更提供一第二實施例,如『第1B圖』所示,其係為根據本發明第二實施例之驅動電路的結構示意圖。第二實施例中驅動電路200與第一實施例的不同點在於,脈衝調變控制單元240整併了計數和暫存資料的功能,如每一個計時和暫存單元241所示,因此資料訊號SD可以直接暫存於計時和暫存單元241中,並且計數暫存於計時和暫存單元241內之資料。
為了更進一步地說明如何形成一在預設工作時間中具有一連續導通時間的驅動電流,以進一步驅動每一個發光二極體,請同時參照『第1B圖』、『第2A圖』和『第2B圖』所示,其中『第2A圖』和『第2B圖』係為根據本發明一實施例之驅動電流的時序圖。在本發明之一實施例中,假設資料訊號SD係為串列訊號,包含8個位元的亮度資料,其中亮度資料的二進制碼為10101101,亦即最高有效位元碼A(7)為1,有效位元碼A(6)為0,有效位元碼A(5)為1,以此類推,由左至右,直到最低有效位元碼A(0)為1。
進一步來說,具有高位階者(即有效位元碼為1者)表示在相對應的時間區間內供應電流設定訊號至電流驅動單元250,使電流驅動單元250根據計時和暫存單元241所提供的脈衝訊號,以產生相對應的驅動電流,來驅動地驅動發光二極體,其中,此類時間區間係為導通區間。具有低位階者(即有效位元碼為0者)則表示在相對應的時間區間內,不提供電流設定訊號至電流驅動單元250,使發光二極體無法被驅動,此類時間區間係為非導通區間。
當供電控制單元220接收到資料訊號SD時,電流設定模組221根據資料訊號SD中每一個位元之亮度資料和第一控制訊號,設定驅動電路200所需要之電流設定訊號的位階值,使選擇模組222根據設定將基準電流轉換成複數個分別具有不同位階值的電流設定訊號,如訊號匯流排223所示,並輸出至少一個選擇的電流設定訊號至每一個電流驅動單元250。
每一個計時和暫存單元241在暫存所接收到的資料訊號SD的同時,也開始計數此資料訊號SD的每一筆亮度資料,使所輸出的脈衝訊號形成由最高有效位元至最低有效位元所對應的複數個時間區間,如圖2之D1至D8所示,其中最高有效位元A(7)對應於時間區間D2,有效位元A(6)對應於時間區間D1,有效位元A(5)對應於時間區間D3,以此類推。每個時間區間的長度與其相對應的有效位元二的冪次方有關,預設工作時間T1則為每個時間區間的總合。
接著,供電控制單元220根據驅動電路200所提供的一電流調變的機制,選擇模組222根據每一個時間區間所需要之不同的電流的位階值,選擇地輸出相對應的電流設定訊號至相對應的電流驅動單元250。此電流驅動單元250根據此電流調變的機制,使所接收到的脈衝訊號對應於所接收到的電流設定訊號,以輸出驅動電流。此電流調變的機制由這些時間區間中選擇至少一個具有較長的週期時間的時間區間,使選擇單元222在此時間區間中輸出具有較高位階值的電流設定訊號至一個相對應的電流驅動單元250,使週期時間的長度得以減少。若所選擇對應的電流設定訊號的位階值為其他導通區間的二倍,則時間區間的週期時間將變為原來的二分之一倍。在本發明之一實施例中,預設地選擇最高有效位元和其相鄰的有效位元所對應的時間區間D1和D2內,利用電流調變的機制,使所選擇的時間區間D2的驅動電流為原來的二倍,其他有效位元所對應的時間區間D3至D8則維持在位階值I2,如圖2B所示。
然後,再利用控制單元210所提供的一選擇與合併機制,選擇並合併具有高位階的導通區間,如時間區間D2、D4、D6和D8,使被合併的導通區間將產生一連續導通時間T2,使被驅動的發光二極體能在預設工作時間T1中,維持連續導通的狀態。由於在此連續導通時間T2內,因著導通區間的導通時間和位階值不同,使發光二極體得以發出不同的亮度的光。
根據本發明所提供的每個實施例中,雖然資料訊號係以二進制碼作為範例,然而本發明不受限於此,因此資料訊號亦可以係其他形式的數位訊號,如八進制或十六進制等的位元碼。此外,每個導通區間內所對應之電流的位階值間的倍數,或是導通時間的長度的倍數,並不受實施例的限制,因此這些倍數可以係為整數或非整數的常數。
雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習相像技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
100、200...發光二極體驅動電路
110、210...控制單元
120、220...供電控制單元
121、221...電流設定模組
122、222...選擇模組
123、223...訊號匯流排
130...暫存器
131...暫存空間
140、240...脈寬調變控制單元
141...計時器
241...計時和暫存單元
150、250...電流驅動單元
SD...資料訊號
T1...預設工作時間
T2...連續導通時間
I1、I2...位階值
D1-D8...導通區間
第1A圖係為根據本發明第一實施例之驅動電路的結構示意圖。
第1B圖係為根據本發明第二實施例之驅動電路的結構示意圖。
第2A圖係為根據本發明一實施例之驅動電流的時序圖。
第2B圖係為根據本發明一實施例之驅動電流的時序圖。
200...發光二極體驅動電路
210...控制單元
220...供電控制單元
221...電流設定模組
222...選擇模組
223...訊號匯流排
240...脈寬調變控制單元
241...計時和暫存單元
250...電流驅動單元
SD...資料訊號
Claims (16)
- 一種驅動電路,係用電流調變來驅動一發光二極體,其包括:一控制單元,提供一第一控制訊號和一第二控制訊號;一供電控制單元,連結於該控制單元,用以根據一資料訊號和該第一控制訊號,將一基準電流轉換成複數個電流設定訊號;一脈寬調變控制單元,連結於該控制單元,用以根據該資料訊號和該第二控制訊號,進一步輸出一脈衝訊號;以及一電流驅動單元,連結於該脈寬調變控制單元,用以根據一驅動電流,來驅動該發光二極體,其中該控制單元根據該脈衝訊號和該電流設定訊號,使該驅動電流在一預設工作時間中具有一連續導通時間。
- 如請求項第1項所述之驅動電路,其中該脈衝調變控制單元包括一計時和暫存單元,用以暫存該資料訊號,並根據該資料訊號中的資料計數,以輸出該脈衝訊號。
- 如請求項第1項所述之驅動電路,其中該資料訊號係為一二進制碼或其他進制的數位訊號。
- 如請求項第3項所述之驅動電路,其中該供電控制單元根據該二進制碼,將該基準電流轉換成該些電流設定訊號,而每一該電流設定訊號具有一相對應的位階值。
- 如請求項第4項所述之驅動電路,其中該供電控制單元包含一電流設定模組和一選擇模組,該電流設定模組根據該資料訊號的資料,使該選擇模組產生該些電流設定訊號,並選擇地提供其中一個相對應的電流設定訊號至該電流驅動單元。
- 如請求項第3項所述之驅動電路,更進一步包括:一電流調變的機制,用以根據每一該脈衝訊號和每一該相對應的電流設定訊號,使每一該驅動電流從最高有效位元至最低有效位元分成複數個時間區間,每一該時間區間係為一導通區間或一非導通區間。
- 如請求項第6項所述之驅動電路,其中該電流調變的機制由該些時間區間中選擇至少一個導通區間,使該選擇的導通區間之一位階值以一倍數值增加。
- 如請求項第6項所述之驅動電路,其中該電流調變的機制由該些導通區間中選擇至少一個導通區間,使該選擇的導通區間之一導通時間以一倍數值減少。
- 如請求項第6項所述之驅動電路,其中在每一該導通區間中,該電流調變的機制使該供電控制單元的一選擇模組選擇地分配其中一個相對應的電流設定訊號至該電流驅動單元。
- 一種驅動方法,係根據一具有複數個位元碼的資料訊號,從最高有效位元至最低有效位元,使一驅動電流形成複數個導通區間和複數個非導通區間,在一預設工作時間中驅動一相對應的發光二極體,其方法包括:輸入該資料訊號;由一控制單元傳送一第一控制訊號至一供電控制單元,以及傳送一第二控制訊號至一脈寬調變控制單元;根據該第一控制訊號和該資料訊號調變一基準電流,使該基準電流轉換成複數個電流設定訊號;根據該第二控制訊號和該資料訊號,產生一脈衝訊號;根據該脈衝訊號及該些電流設定訊號,使該驅動電流在該預設工作時間中產生一連續導通時間;以及在該連續導通時間內,驅動該發光二極體。
- 如請求項第10項所述之驅動方法,更進一步包括:選擇每一該導通區間,在該預設工作週期中合併成該連續導通區間。
- 如請求項第11項所述之驅動方法,更進一步包括:由該些導通區間中選擇至少一個導通區間,使該選擇的導通區間之一位階值以一倍數值增加。
- 如請求項第11項所述之驅動方法,更進一步包括:由該些導通區間中選擇至少一個導通區間,使該選擇的導通區間之一導通時間以一倍數值減少。
- 如請求項第10項所述之驅動方法,其中該脈衝訊號係由該脈衝調變控制單元計時該資料訊號中的資料所產生。
- 如請求項第10項所述之驅動方法,其中該資料訊號係為一二進制碼或其他進制的數位訊號。
- 如請求項第10項所述之驅動方法,更進一步包括:在每一該導通區間中,根據該資料訊號,選擇其中一個電流設定訊號,以形成該驅動電流,其中該些電流設定訊號分別具有不同的位階值。
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