TWI486094B - 具改良序列匯流排之低成本發光二極體驅動器 - Google Patents

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Description

具改良序列匯流排之低成本發光二極體驅動器
本發明係關於半導體裝置及電路以及用於驅動照明及顯示應用中之LED之方法。
本申請案主張於2011年10月24日申請之臨時申請案第61/550,539號之優先權。
本申請案係關於下列申請案，該等案之各者之全部內容以引用的方式併入本文中：2012年1月9日申請之題為「Low Cost LED Driver with Integral Dimming Capability」之申請案第346,625號；2012年1月9日申請之題為「Serial Lighting Interface With Embedded Feedback」之申請案第13/346,659號。
LED日益用於取代照明應用中之燈及燈泡，該照明應用包含提供白光作為彩色液晶顯示器(LCD)及高清晰度電視(HDTV)中之一背光。當LED可用於均勻照明整個顯示器時，藉由使用一個以上的LED串且驅動各串至對應於特定LED串照亮之該顯示器之部分之一不同亮度而改良效能、對比度、可靠性及功率效率。「區域調光」意指背光系統能進行此非均勻背光亮度。相較於使用均勻背光之LCD，此等系統節省之功率可高達50%。使用區域調光，LCD對比率可接近電漿TV之對比率。
為控制自各LED串發射之光之亮度及均勻性，必須使用特定電子驅動器電路以精確控制LED電流及電壓。例如， 「m」個LED串聯連接之一LED串需要等於約3.1至3.5(通常為3.3)乘以「m」之一電壓以進行持續操作。供應此必要電壓至一LED串一般需要稱為一DC至DC轉換器或切換模式電源供應器(SMPS)之一升壓或降壓電壓轉換器及調節器。當數個LED串係由一單一SMPS供電時，該電源供應器之輸出電壓必須超過該等LED串之任意者所需之最高電壓。由於無法預先知道所需之最高正向電壓，所以LED驅動器IC必須具有足夠的智慧型功能以使用回饋來動態調整該電源供應器電壓。
除了提供適當電壓至LED串之外，背光驅動器IC必須將在各串中傳導之電流精確地控制在±2%之一公差範圍內。準確的電流控制是必要的，此係因為一LED之亮度與流經其之電流成比例，及任意實質串至串電流失配將因LCD之亮度變化而變得明顯。除了控制該電流之外，區域調光需要在時序及持續時間兩方面對LED照明進行精確脈衝控制，以使各背光區域、區帶或區塊之亮度與LCD螢幕中之對應影像同步。
先前技術對區域調光之需要之解決方案限制顯示亮度且係昂貴的。例如，早期試圖將LED驅動器電路與高電壓電流槽電晶體之多個通道整合係有問題的，此係因為該等LED串之正向電壓之失配導致過多的功率消耗及過熱。藉由降低該等LED中之電流且限制一串中被證實為不經濟之LED之數量(為更好的通道至通道電壓匹配)而試圖使功率消耗最小化，需要更多的LED串及更大量之LED驅動之通 道。因此，LED背光驅動器系統之全整合方法已限於小型顯示面板或非常昂貴之「高檔」HDTV。
後續藉由使用多晶片方法而試圖減少整體顯示器背光成本卻犧牲掉必要特徵、功能性及甚至安全性。
例如，圖1中所展示之用於驅動LED之先前技術多晶片系統包括驅動多個離散電流槽電晶體4A至4Q及高電壓保護裝置3A至3Q之背光控制器IC 6。該背光包括16個LED串2A至2Q(統稱為LED串2)。LED串2A至2Q之各者包含「m」個串聯連接之LED。在實踐中，各串中之LED之數量可在2個至60個之範圍內。各LED串之電流分別透過離散電流槽MOSFET 4A至4Q之一者控制。背光控制器IC 6回應於來自一背光微控制器μC 7之指令而設定各LED串中之電流，該等指令透過一高速昂貴的序列周邊介面(SPI)匯流排12而傳達。微控制器μC 7自一純量IC 8接收視訊及影像資訊以判定LED串2A至2Q之各者所需之適當照明度。
LED串2A至2Q係由一共同LED電源供應軌11而供電，該共同LED電源供應軌11由切換模式電源供應器(SMPS)9以一電壓+VLED 偏置。電壓+VLED 係回應於來自控制IC 6之一電流感測回饋信號(CSFB)10而產生。供應電壓隨著串聯連接之LED之數量「m」而變更且可在自用於10個LED之串之35伏特高達至用於40個LED之串之150伏特之範圍內。離散保護裝置3A至3Q(通常為高電壓離散MOSFET)視情況尤其對於以較高電壓(例如，高於100 V)之操作，用於箝制跨電流槽電晶體4存在之最大電壓。
在圖1中所展示之系統中，各組件為單獨封裝之一離散裝置，僅需要各組件之取放操作以將其定位且安裝於其印刷電路板上。
對於一「n」通道驅動器解決方案，各組離散組件連同對應LED串被重複「n」次。例如，除了SMPS 9之外，圖1中所展示之16通道背光系統需要34個組件(即，微控制器7、一高接針數背光控制器IC 6、16個電流槽電晶體4及16個保護裝置3)以回應於由純量IC 8產生之視訊資訊而促進區域調光。此解決方案既複雜且昂貴。
除了需要裝配大量離散組件(亦即，一高建造材料(BOM)數)之外，高接針數封裝6之封裝成本亦相當多。此大量接針之需要繪示於圖2之電路圖中，圖2繪示圖1中所展示之LED驅動器系統之通道之更詳細一者。如展示，各通道包含一「m」個串聯連接之LED之串21、具有一積體高電壓電路二極體23之一保護疊接箝制MOSFET 22、一電流槽MOSFET 24及一電流感測I精確閘極驅動器電路25。
實施為受控於介面IC 6之一離散組件之主動電流槽MOSFET 24包括具有閘極、源極及汲極連接之一功率MOSFET，較佳為一垂直DMOSFET。I精確閘極驅動器電路25感測電流槽MOSFET 24中之電流且為該感測電流槽MOSFET 24提供必要閘極驅動電壓以傳導一精確電流量。在正常操作中，電流槽MOSFET 24以其飽和操作模式操作以獨立於其汲極至源極電壓之電流控制一恆定位準。由於同時存在一源極-汲極電壓及電流，所以在MOSFET 24中 消耗功率。為偵測短路LED及促進至切換模式電源供應器(SMPS)9之回饋之兩個目的，需要連續量測電流槽MOSFET 24之汲極電壓。一短路LED之存在被記錄於一LED故障電路27中，及至SMPS 9之回饋由一電流感測回饋(CSFB)電路26實行。
總而言之，電流槽MOSFET 24需要三個至控制IC 6之連接，具體言之，用於電流量測之一源極連接、用於偏置裝置以控制該裝置之電流之一閘極連接及用於故障及回饋感測之一汲極連接。於圖2A中將每電流槽MOSFET(及因此每個通道)之此等三個連接描繪為橫跨離散裝置與一控制IC之間之一介面28。甚至在圖2B之示意性電路圖中，其中消除疊接箝制MOSFET 22及電流槽MOSFET 24必須維持高電壓(藉由「HV」積體二極體23繪示)，各通道仍需要每通道橫跨介面28之三個接針。此每通道3接針之要求解釋圖1中所展示之高接針數封裝6之需要。對於一16通道驅動器，每通道3個接針需要48個接針用於控制IC上之輸出接針。考慮到SPI匯流排介面、類比功能、電源供應及更多，一昂貴的64或72接針封裝係必要的。更糟的是，許多TV印刷電路板總成公司無法以稍微小於0.8 mm或1.27 mm的一接針節距焊接封裝。具有一0.8 mm接針節距之一72接針封裝需要一14 mm×14 mm塑膠主體以提供適配全部接針所需之周邊線性邊緣。
圖1中所展示之多晶片系統之一個明顯問題在於，在介面IC 6中感測之溫度僅可偵測該IC之溫度，其中並未發生 明顯的功率消耗。不幸地是，在離散電流槽DMOSFET 4中產生熱，其中卻無法進行溫度感測。在沒有區域溫度感測之情況下，電流槽MOSFET 4A至4Q之任意者可能過熱而系統卻無法偵測或修復該狀態。
總而言之，如今具有區域調光能力之LCD面板之LED背光之實施方案受到關於成本、效能、特徵及安全性之眾多基本限制。
高度整合之LED驅動器解決方案需要以昂貴的高接針數封裝所封裝的昂貴大面積晶粒，且將熱集中在一單一封裝中。由於由電流槽MOSFET之線性操作所引起之功率消耗而將該驅動器限於較低電流，及由於由LED正向電壓失配所引起之功率消耗(在更大量串聯連接之LED中惡化之一問題)而將該驅動器限於較低電壓。
組合一LED控制器與離散功率MOSFET之多晶片解決方案需要高BOM數及甚至較高接針數封裝。由於具有完全整合之LED驅動器之接針數之近三倍，一16通道解決方法可需要33至49個組件及一個14 mm×14 mm大之72接針封裝。此外，離散MOSFET對於過熱並沒有任何熱感測或保護。
所需要的是一種用於具有區域調光之TV之一符合成本效益及可靠的背光系統。此需要一新的半導體晶片組，其消除離散MOSFET、提供較低整體封裝成本、最小化任意組件內之熱集中、促進超溫偵測及熱保護、保護低電壓組件不受高電壓及短路LED之影響、彈性縮放以容納不同數量之通道及不同大小之顯示器而不需要訂製的積體電路、 且維持LED電流及亮度之精確控制。
在理想情況下，一彈性解決方案可縮放尺寸以容納不同數量之通道及不同大小之顯示面板而不需要訂製的積體電路。
根據本發明之一LED驅動器系統符合上述準則。一LED驅動器IC包括一功能鎖存器及一序列照明介面(SLI)匯流排，該序列照明介面匯流排自身包括一首碼暫存器及一資料暫存器。該首碼暫存器與該資料暫存器串聯連接。該LED驅動器IC驅動一外部LED串。
將識別功能鎖存器之資料載入至首碼暫存器中，及將識別該LED驅動器IC中之一功能狀態之資料連續載入至資料暫存器中(通常在連續時脈脈衝上)。回應於首碼暫存器中之資料，在功能鎖存器與資料暫存器之間形成一連接，及通常在發生一同步脈衝時，將資料暫存器中之資料傳送至功能鎖存器。
在一實施例中，將數個LED驅動器IC配置成用於控制複數個LED串之一LED驅動器系統。各自LED驅動器IC中之SLI匯流排串聯連接以形成一系統SLI匯流排。將資料連續載入至該系統SLI匯流排中使得各LED驅動器IC中之首碼暫存器及資料暫存器包含識別及控制該LED驅動器IC內之一功能鎖存器所需之資料。
在一個群組之實施例中，各LED驅動器IC進一步包括一預負載鎖存器，及在兩個階段中將來自資料暫存器之資料 移至功能鎖存器中：首先自資料暫存器至預負載鎖存器，及接著自該預負載鎖存器至功能鎖存器。可同時執行全部LED驅動器IC中之自預負載鎖存器至功能鎖存器之資料之傳送，使得同時更新各種LED驅動器IC中之功能鎖存器。例如，當受控於LED驅動器IC之LED串係用於一平板顯示器中時，此特徵幫助消除「閃爍」。
該等LED驅動器IC之各者可包含複數個「通道」，各通道係由一外部LED串及控制外部LED串中之電流之一內部電流槽MOSFET表示。此外，數個功能鎖存器可與各通道相關聯，該等功能鎖存器可用於控制(例如)電流槽MOSFET之接通時間、該電流槽MOSFET中之電流之大小、與該電流槽MOSFET相關聯之一相位延遲、及界定與該通道相關聯之LED串何時經歷一故障狀態之設定。
在一些實施例中，LED驅動器IC包括保存待傳送至SLI匯流排中之資料暫存器之資料之一鎖存器。此鎖存器中之資料可指示LED串或驅動器IC所經歷之故障類型，例如一短路LED、一斷路LED串或一超溫狀態。在此資料已被傳送至SLI匯流排中之資料暫存器之後，隨著下一資料序列被載入至該SLI匯流排中，該資料被送回一外部介面IC。與系統之其他元件(例如，一微控制器)結合之介面IC可接著採取補救行動，諸如，斷開LED串。
在一些實施例中，首碼暫存器又分成一通道首碼暫存器及一功能首碼暫存器，前者保存識別LED驅動器IC內之一通道之資料，及後者保存識別該通道內之一功能鎖存器之 資料。
本發明之SLI匯流排及LED驅動器IC可進行高度尺寸縮放且使用遠比先前技術系統更小之半導體面積。例如，一8位元通道首碼暫存器、一8位元功能首碼暫存器及一16位元資料暫存器在理論上可用於在256個通道之各者中以65,536個控制位準控制256個功能鎖存器，不過在許多實施例中未使用大量此等位元。
如背景段落中所描述，TV及大螢幕LCD之現有背光解決方案係複雜、昂貴及沒有彈性。為減少具有區域調光之LCD之背光系統之成本而不犧牲安全及可靠操作顯然需要一全新架構，其至少消除離散MOSFET、最小化任意組件內之熱集中、促進超溫偵測及熱保護且保護低電壓組件不受高電壓影響。儘管滿足此等目的可能尚不足以達成能滿足家用電子產品市場錙銖必較之成本目標之一真正符合成本效益之解決方案，然此一改良係朝向實現低成本區域調光之此一目的之一必要第一步驟。
本文所描述之本發明使得新的符合成本效益及可縮放架構能夠實現具有節能區域調光能力之大螢幕LCD及TV之安全及經濟上可行之LED背光解決方案。此新的LED驅動系統、功能分配及架構克服上述成本、功能性問題及高接針數封裝之需要。該新架構基於某些基本前提，其包含：
1.電流槽MOSFET之類比控制、感測及保護在功能上應與電流槽MOSFET本身一起整合在相同IC中，而非分離成 另一IC。
2.基本調光、相位延遲功能、LED電流控制及通道特定功能在功能上應與電流槽MOSFET一起整合在相同IC中，而非分離成另一IC。
3.系統時序、系統μC主機協商及並非一特定通道獨有之其他全域參數及功能在功能上不應與電流槽MOSFET一起整合在相同IC中。
4.一裝置封裝中之通道(亦即，電流槽MOSFET)之數量應經設計用於熱管理(亦即，避免過熱)，同時滿足指定LED電流、供應電壓及LED正向電壓失配要求。
5.多通道LED驅動器IC之通信及控制應採用一低接針數封裝，理想上，在中央介面IC以及各驅動器IC上需要總共不多於三個封裝接針。通信電路應僅佔據驅動器IC之晶粒面積及成本之一小部分。
6.介面IC及LED驅動器IC之功能整合之位準應經平衡以促進使用與單一層PCB總成相容之低成本及低接針數封裝。
7.在理想上，該系統應彈性縮放至任意數量之通道而不需要該等IC之明顯重新設計。
圖1之習知架構(亦即，驅動數個離散功率MOSFET之一集中控制器)未能滿足上述目的之甚至一者，此主要係因為其需要控制之一中央點或「命令中心」用於所有數位及類比資訊處理。必要地，該命令中心IC必須與其μC主機通信以及直接感測及驅動每個電流槽MOSFET。此高度組件 連通性需要大量輸入及輸出線，使高接針數封裝成為必要。
分散式LED驅動架構概述
先前技術系統之問題之解決方案為一「分散式」系統，缺少中央控制的分散式系統。在本文所描述之分散式系統中，一介面IC將自主機μC獲得之資訊轉譯成一簡單序列通信協定，在一序列匯流排上以數位方式將指令發送至任意數量之「智慧型」衛星LED驅動器IC。滿足上述準則之一LED驅動器之實施方案係描述於上文所引用之申請案第13/346,625號中。為簡潔之故，不在本文重複與本申請案之標的相關之本申請案之主要概念，包含介面及LED驅動器IC之描述、及「序列照明介面」(或SLI)匯流排(包含與控制LED照明具體相關之參數之一協定)之操作。
在一較佳實施例中，SLI匯流排除了促進LED驅動器之控制之外，亦以「菊鏈方式」連接返回至介面IC，使得在驅動器IC之任意者中發生之故障狀態(諸如，一斷路LED、一短路LED或一超溫故障)可傳達返回至該介面IC且最終傳達至主機μC。各驅動器IC回應於其SLI匯流排數位指令，在沒有介面IC之協助下，局部執行所有必要的LED驅動器功能，諸如，動態精確LED電流控制、PWM亮度控制、相位延遲及故障偵測。
各LED驅動器IC亦包含用於一類比電流感測回饋(CSFB)信號之輸入及輸出接針。CSFB線將LED驅動IC與介面IC連接成一第二菊鏈以容許該介面IC提供一回饋信號至高電壓 切換模式電源供應器(SMPS)，其動態調節給LED串供電之電壓。在此架構下，一雙通道LED驅動器IC可輕易適配於一標準SOP 16封裝或任意類似引線封裝中。
在介面IC之SPI匯流排至SLI匯流排轉譯責任以外，介面IC還供應一參考電壓至確保良好電流匹配所需之所有LED驅動器IC、產生Vsync及灰階時脈GSC脈衝以使其等操作同步，及監測每個LED驅動器IC的可能故障。其亦促進使用一晶片上運算跨導放大器或OTA將CSFB信號至ICSFB信號的電壓至電流轉譯。介面IC即使具有所有上述功能性，亦可輕易適配於一SOP 16封裝中。
本申請案描述一種改良序列通信協定及減小與SLI匯流排之實體介面相關聯之電路之大小之方法。此等改良明確表達於下文的標題「經改良之SLI匯流排介面及協定」下。然而，一開始，有用的係描述受序列匯流排控制之LED驅動器之基本架構、視訊系統介面IC及第一代「複雜型」SLI匯流排協定。
具有整合調光及故障偵測之LED驅動器
在圖3A中展示形成於一LED驅動器IC 51中之根據本發明之一LED驅動器50之一實施例。整合於一LED驅動器IC 51中之LED驅動器50為一雙通道驅動器，其包括整合電流槽DMOSFET 55A及55B、具有積體高電壓二極體58A及58B之疊接箝制DMOSFET 57A及57B、用於準確電流控制之I精確閘極驅動器電路56A及56B、一類比控制及感測電路60及一數位控制及時序電路59。一晶片上偏壓供應及調 節器62給該IC供電。
該等通道之一者包含電流槽DMOSFET 55A、疊接箝制DMOSFET 57A及I精確閘極驅動器電路56A，其等一起驅動一LED串52A。另一通道包含電流槽DMOSFET 55B、疊接箝制DMOSFET 57B及I精確閘極驅動器電路56B，其等一起驅動一LED串52B。
LED驅動器50提供具有150 V電路能力及±2%絕對電流準確度之250 mA LED驅動之兩個通道之完全控制、12位元之PWM亮度控制、12位元之PWM相位控制、8位元之電流控制、LED斷路及短路狀態之故障偵測及超溫偵測，所有皆透過一高速序列照明介面(SLI)匯流排位移暫存器61而控制，且使用一共同Vsync及灰階時脈(GSC)信號而同步於其他驅動器。在一實施例中，疊接箝制DMOSFET 57A及57B具有150 V之額定電路能力，不過在其他實施例中，此等裝置可經調整大小以在100 V至300 V之範圍內操作。藉由封裝之功率消耗及兩個LED串52A及52B中之正向電壓之失配而設定250 mA之額定電流。
在操作中，LED驅動器50在其序列輸入SI接針上接收一資料流，其饋入至SLI匯流排位移暫存器61之輸入中。該資料係以由介面IC(圖3A中未展示)供應之一序列時脈信號SCK設定之一速率而計時。用於該資料之最大時脈速率取決於用於實施位移暫存器61之CMOS技術，但即使使用0.5 μm線寬程序及晶圓廠，亦可達成10 MHz操作。只要SCK信號繼續運行，資料將移至SLI匯流排位移暫存器61中， 且最終在其至序列菊鏈中之下一LED驅動器(圖3A中未展示)之路徑上離開序列輸出接針SO。
在對應於特定LED驅動器IC之資料到達SLI匯流排位移暫存器61中之後，介面IC即刻停止發送SCK信號。隨後，一Vsync脈衝將來自該SLI匯流排位移暫存器61之資料鎖存至包含於數位控制及時序電路59以及類比控制及感測電路60內之資料鎖存器中，該等鎖存器通常包括正反器或靜態RAM。亦在該Vsync脈衝時，先前被寫入至包含於類比控制及感測電路60內之故障鎖存器中之任意資料將被複製至SLI匯流排位移暫存器61之適當位元中。
當介面IC恢復發送序列時脈SCK信號時，將儲存於SLI匯流排位移暫存器61內之讀取及寫入位元移動至菊鏈中之下一驅動器IC。在一較佳實施例中，該菊鏈形成連接返回至該介面IC之一環路。發送新資料至該菊鏈中最終推動駐存於SLI匯流排位移暫存器中之現有資料通過該環路且最終返回至該介面IC。以此方式，介面IC可與個別LED驅動器IC通信、設定LED串亮度及時序，及該等個別LED驅動器IC可將個別故障狀態傳達返回至該介面IC。
使用此計時方案，資料可以一高速位移通過大量驅動器IC而不影響LED電流或引起閃爍，此係因為控制電流槽DMOSFET 55A及55B之電流及時序僅在各新Vsync脈衝出現時變更。Vsync可隨著灰階時脈頻率成比例地縮放(通常為4096乘以Vsync頻率)而在自60 Hz至960 Hz之範圍內變更。由於Vsync為較慢(低於1 kHz)，當相較於驅動SLI匯流 排位移暫存器之SCK信號之頻率時，介面IC可執行額外功能(若需要)以(例如)修改及重新發送該資料，或在一給定Vsync脈衝持續時間內查詢故障鎖存器多次。
始於Vsync脈衝，數位控制及時序電路59產生兩個PWM脈衝以在適當相位延遲之後及適當脈衝寬度持續時間(或作用時間因數D)內切換I精確閘極驅動器電路56A及56B之輸出為開啟及關閉。I精確閘極驅動器電路56A及56B分別感測電流槽DMOSFET 55A及55B中之電流且提供適當閘極驅動電壓以在I精確閘極驅動器電路56A及56B由來自數位控制及時序電路59之PWM脈衝啟用之時間期間維持一目標電流。I精確閘極驅動器電路56A及56B之操作因此類似於一「選通」放大器之操作，進行數位脈衝開啟及關閉但提供一控制功能。
藉由Vref信號及藉由Iset電阻器54之值在所有LED驅動器中全域設定峰值電流。在一較佳實施例中，由介面IC產生該Vref信號。替代地，該Vref信號可由一離散電壓參考IC供應或作為來自AC/DC轉換器模組之一輔助輸出。
任意LED串中之特定電流可進一步使用調整電流槽DMOSFET之電流至峰值電流值之0%至100%之範圍內之一百分比之一8至12位元字組透過SLI匯流排暫存器而受控於像點(Dot)暫存器。以此方式，可使用此架構對LED電流進行精確的數位控制，其仿效一電流模式數位轉類比轉換器或「電流DAC」之功能。在LCD背光應用中，此特徵可用於校準背光亮度、用於改良背光均勻性或用於在3D模式中 操作。在其他情況中，該等LED驅動器可用於驅動標牌中之LED串及「LED牆」顯示器(一般包括紅色LED、綠色LED及藍色LED之一混合)。在標牌應用中，該等LED形成影像使得不需要LCD。
參考圖3A，流經LED串52A之電流受控於電流槽DMOSFET 55A及對應I精確閘極驅動器電路56A。類似地，流經LED串52B之電流受控於電流槽DMOSFET 55B及對應I精確閘極驅動器電路56B。施加於電流槽DMOSFET 55A及55B之最大電壓分別受限於疊接箝制DMOSFET 57A及57B。只要LED之數量「m」不是太大，則電壓+VLED 將不超過PN二極體58A及58B之崩潰電壓，及電流槽DMOSFET 55A及55B上之最大電壓將受限於10 V左右，低於閘極偏壓之一臨限電壓(在此實施例中為12 V)係藉由偏壓電路62而施加於疊接箝制DMOSFET 57A及57B上。偏壓電路62亦由24 V VIN輸入產生一5 V電源電壓以使用一線性電壓調節器及一濾波電容器53而操作其內部電路。
電流槽DMOSFET 55A及55B上之汲極電壓亦藉由類比控制及感測電路60而監測且與儲存於類比控制及感測電路60內之一鎖存器中之一過電壓值進行比較。該過電壓值係由SLI匯流排位移暫存器61供應。若電流槽DMOSFET 55A及55B之汲極電壓低於程式化值，則LED串52A及52B正常操作。然而，若電流槽DMOSFET 55A或電流槽DMOSFET 55B之汲極電壓上升至約程式化值，則LED串52A及52B之一或多個短路，及偵測及記錄特定通道之一故障。同樣 地，若I精確閘極驅動器電路56A或I精確閘極驅動器電路56B無法維持LED串52A或52B之一者中之所需電流(亦即，LED串在「電流不足」的情況下操作)，此意謂串52A或52B之一者中之一LED未開啟並失去電路連續性。接著關閉對應通道，忽略對應通道之CSFB信號，及報告該故障。可藉由監測I精確電路56A及56B內之閘極緩衝器裝置之輸出飽和與否而執行感測此「電流不足」。此狀態意謂該緩衝器正在儘可能地驅動對應電流槽DMOSFET之閘極為「完全接通」。替代地，可藉由監測橫跨I精確電路之輸入端子之電壓降而偵測一電流不足狀態。當至I精確電路56A及56B之輸入電壓下降太低時，發生電流不足狀態及指示一斷路LED故障。
若偵測一超溫狀態，則報告故障及使通道保持接通且傳導，除非介面IC發送一命令以關閉該通道。然而，若該溫度繼續升高至危險位準，則類比控制及感測電路60將獨立停用該通道且報告該故障。無論一故障之本質為何(一短路LED、一斷路LED或一超溫狀態)，只要發生故障，類比控制及感測電路60內之一開放汲極MOSFET將啟動FLT接針及將FLT接針拉至低位準，將已發生一故障狀態之情形發信號至介面IC且視情況發信號至主機μC。該FLT接針為在LED驅動器IC之一或多者中發生故障時告知系統IC之一系統中斷信號。通常，該線被保持為高位準，亦即，透過一高值電阻器而偏置至Vcc。任意LED驅動器無論何時經歷一故障狀態(一短路LED、一斷路LED或一超溫狀態之任 一者)，特定LED驅動器IC藉由啟用一接地N通道MOSFET(諸如，圖6中之MOSFET 219)而將該線拉至低位準。
在FLT被拉至低位準之後，介面IC可透過SLI匯流排介面61查詢LED驅動器IC以確定哪個LED驅動器IC正在經歷一故障狀態及已發生何種故障。介面IC接著透過SPI匯流排介面將此訊息傳達返回至主機微控制器，讓系統關於回應於故障發生而應採取何種行動(若存在)作出決策。由於每個LED驅動器IC上之FLT線使用一開放汲極MOSFET以在一故障發生時主動地將該線拉至低位準，所以在無一故障存在時，藉由一高值內部電阻器將該線拉至高位準。因而，至圖4中之介面IC 101之FLT輸入可與系統μC之中斷輸入接針並聯，在該情況中，由LED驅動器IC產生之任意故障不僅告知介面IC 101發生故障狀態，亦可在該μC中產生一中斷信號，將該狀態警告給該μC。因此，使用該FLT線提供一LED驅動器IC中之一故障發生之一即時指示，同時SLI匯流排及SPI匯流排係用於在決定採取何種行動之前收集額外資訊。以此方式，能夠進行全故障管理而無需一完全整合的驅動器IC。
類比控制及感測電路60亦包含一類比電流感測回饋(CSFB)信號，其等於兩個電流槽DMOSFET 55A及55B之汲極電壓與該CSFBI輸入接針處之電壓之中之最低電壓。該CSFB信號被傳遞至CSFBO輸出接針。以此方式，LED串52A及52B中之最低電流槽電壓被傳遞至下一個LED驅動器 之輸入及最終返回至系統SMPS以給+VLED 供應軌供電。
以所描述之方式，實現具有整合調光及故障偵測能力之LED驅動器50而無需一中央控制器IC。
在圖3B中展示滿足上述準則之一LED驅動器80之一替代實施方案。整合於一LED驅動器IC 81中之LED驅動器80為具有整合電流槽DMOSFET 87A及87B但不具有疊接箝制MOSFET之一雙通道驅動器。替代地，DMOSFET 87A及87B包含經設計以在DMOSFET 87A及87B處於一關閉狀態時維持高電壓之積體高電壓二極體88A及88B。通常，此一設計最適用於低於100 V之操作，但若需要，其可擴大至150 V。如在圖3A之LED驅動器IC 50中，I精確閘極驅動器電路86A及86B促進由一類比控制及感測電路85及一數位控制及時序電路89控制的準確電流控制。在此情況中，一晶片上偏壓供應及調節器84自Vcc而非如驅動器IC 51中自24 V輸入給LED驅動器IC 81供電。除了缺少疊接箝制DMOSFET之外，驅動器IC 80類似於驅動器IC 50而操作，透過其SLI匯流排90而控制。
SLI匯流排介面IC及系統應用
圖4繪示根據本發明之一分散式多通道LED背光驅動器系統100。展示用於驅動由一共同切換模式電源供應器(SMPS)108供電之一系列LED驅動器IC 81A至81H之一介面IC 101。儘管圖4中僅展示LED驅動器IC 81A及81H，然應理解，類似驅動器IC 81B至81G位於驅動器IC 81A與81H之間。LED驅動器IC 81A至81H之各者具有整合調光及故 障偵測能力，且類似於圖3B中所展示之LED驅動器80。LED驅動器IC 81A至81H在本文有時被統稱為LED驅動器IC 81或個別稱為LED驅動器IC 81。
包括三個數位時脈線(SCK、GSC及Vsync)、一個數位故障線(FLT)及一個類比參考電壓線(Vref)之五個共同信號線107連接介面IC 101與LED驅動器IC 81A至81H。一時序及控制單元124與自一主機μC(未展示)經由序列周邊介面(SPI)匯流排122接收之資料同時產生Vsync及GSC信號。時序及控制單元124亦監測故障中斷線FLT以即時偵測LED串81A至81Q之一者中之一可能問題。一電壓參考源125在Vref線上全域提供一電壓參考至系統以確保良好的通道至通道電流匹配。一偏壓供應單元126透過連接至由SMPS 108供應之一固定+24 V供應軌110之一VIN線而給介面IC 101供電。偏壓電路126亦產生經調節之供應Vcc(較佳為5 V)以給LED驅動器IC 81A至81H供電。該Vcc供應藉由一電容器102而濾波。
在此實施例中，LED驅動器IC 81A至81H之各者包括兩個通道之高電壓電流控制，包含具有積體HV二極體88A至88Q之電流槽DMOSFET 87A至87Q、I精確閘極驅動器電路86A至86Q、數位控制及時序(DC&T)電路89A至89H、類比控制及感測(AC&S)電路85A至85H及序列照明介面(SLI)匯流排90A至90H。如圖3B中所展示之LED驅動器IC 81，該等LED驅動器IC 81A至81H缺少一疊接箝制。然而系統100亦可用類似於圖3A中所展示之LED驅動器IC 51之LED驅動 器IC而製作，除了在該情況中，將使用24 V VIN供應而非Vcc給該等LED驅動器IC供電且偏置疊接箝制DMOSFET之閘極。
包括信號線113A至113I之一SLI匯流排113將LED驅動器IC 81A至81H一起連結成一菊鏈。在圖4中所展示之實施例中，SLI單元123之序列輸出端子(介面IC 101之SO接針)經由一信號線113A而連接至LED驅動器IC 81A之SI輸入，LED驅動器IC 81A之SO輸出經由一信號線113B而連接至LED驅動器IC 81B(未展示)之SI輸入，以此類推。在該菊鏈之末端處，LED驅動器IC 81H之SO輸出經由一信號線113I而連接至SLI單元123之序列輸入端子(介面IC 101之SI接針)。以此方式，SLI匯流排113形成一完整環路：源於介面IC 101、運行通過LED驅動器IC 81A至81H之各者且返回至介面IC 101。因此，將資料移出介面IC 101之SO接針之同時將一相等長度之位元串傳回至介面IC 101之SI接針。
如需要，SLI電路123亦產生SLI匯流排時脈信號SCK。由於LED驅動器IC 81A至81H不具有位址，所以透過SLI匯流排計時之位元數必須對應於被驅動之裝置之數量，其中各SCK脈衝前進一個位元。被驅動之裝置之數量可透過軟體程式化SPI匯流排122中之資料交換或藉由對介面IC 101之硬體修改而調整。以此方式，系統100內之通道數量可彈性變更以匹配顯示器之大小。
修改SLI匯流排電路123中之暫存器以移出更少或更多位元儘管相對簡單，但在製造介面IC 101時仍需要一修改。 一替代方法涉及利用一可程式化介面，其使用軟體調整驅動器以在菊鏈中容納更少或更多之LED驅動器IC。
至SMPS 108之電流感測回饋仰賴於一類比菊鏈。LED驅動器IC 81H之CSFBI輸入接針經由CSFB線112I接連至Vcc，CSFB線112H將LED驅動器IC 81H之CSFBO輸出接針連接至LED驅動器IC 81G之CSFBI輸入接針，以此類推。最後，CSFB線112A將LED驅動器IC 81A之CSFBO輸出接針連接至介面IC 101之CSFBI輸入接針。CSFB信號之電壓位準在通過驅動一相關聯LED串83A至83Q之LED驅動器IC 81A至81H之一者時下降，該相關聯LED串83A至83Q具有比與該CSFB信號先前已通過之LED驅動器相關聯之LED串更高之正向電壓Vf。由於LED驅動器IC 81A至81H被配置成一菊鏈，所以CSFB信號隨著自LED驅動器IC 81H傳遞至LED驅動器IC 81A逐步減少。最後CSFB線112A中之CSFB信號表示在整個LED陣列中具有最高Vf之LED串83A至83Q之正向電壓Vf。運算跨導放大器(QTA)127將CSFB線112A中之CSFB信號轉換成一電流回饋信號ICSFB 111，驅動SMPS 108之輸出處之線109上之電壓+VLED 為用於無閃爍照明且無過度消耗功率之最佳電壓。CSFB線112A至112I在本文有時被統稱為CSFB線112。
圖5之簡化示意圖中所展示之所得系統僅使用八個小型LED驅動器IC 81A至81H而達成16個LED串83A至83Q之獨立控制及恆定電流驅動，該等LED驅動器IC 81A至81H皆回應於一主機μC 152及一純量IC 153而透過SLI匯流排 113(包含信號線113A至113I)受控於介面IC 101。在該系統中僅呈現兩個類比信號：線107上之一共同參考電壓Vref及控制SMPS 108以在線109上產生+VLED 輸出之ICSFB信號111。如上文所描述，該ICSFB信號111係在介面IC 101中由線112A至112H上之CSFB信號所產生。在較少之類比信號且無高阻抗輸入之離散DMOSFET之情況下，LED驅動器系統100亦具有相對較高之抗雜訊能力。
如圖5中所展示，LED驅動器系統100可僅使用九個SOP 16 IC封裝(一個介面IC及八個LED驅動器IC)以驅動16個LED串而製作。相比於圖1之多晶片LED驅動器系統(其使用32個離散MOSFET及一72接針控制器IC)，此新架構大幅減少了製作成本。藉由顯著較少之組件，亦增強系統可靠性。系統100亦易於部署，此係因為僅在介面IC 101與衛星LED驅動器IC 81A至81H之間使用專屬SLI匯流排協定。該μC 152經由SPI匯流排與該介面IC 101及該純量IC 153通信。
在沒有疊接箝制DMOSFET之情況下，圖5中之LED驅動器IC 81A至81H僅需要一5 V Vcc輸入。因此，介面IC 101可執行24 V至5 V電壓轉換及分佈其5 V供應軌Vcc至LED驅動器IC 81A至81H。藉由消除該等LED驅動器IC 81A至81H中之降壓調節之需要，可將LED驅動器IC 81A至81H製作得更小且可消除一外部濾波電容器之需要，節省一個封裝接針。
「複雜型」SLI匯流排操作
為消除高接針數封裝之必要性，吾人在本文中揭示經具體設計用於驅動背光及顯示應用中之LED之一新序列通信匯流排及協定。「序列照明介面」匯流排或SLI匯流排使用包括具有一序列輸入及輸出之一計時位移暫存器及控制資料傳送之時序及速率之一時脈之一序列通信方法。
在圖6中繪示SLI匯流排之操作，其亦提供圖4中所展示之SLI匯流排位移暫存器90A、數位控制及時序(DC&T)電路89A以及類比控制及感測(AC&S)電路85A之例示性實施例之建構及操作之更多細節。應理解，類似電路係用於圖4中所展示之SLI匯流排位移暫存器90B至90H、數位控制及時序電路89B至89H以及類比控制及感測電路85B至85H。(SLI匯流排位移暫存器90A至90H有時被統稱為SLI匯流排90)。圖6展示一雙通道LED驅動器IC，其包括電流槽DMOSFET 87A及87B以及I精確閘極驅動器電路86A及86B，但控制不同數量之通道之LED驅動器IC可以一類似方式而實施。
圖6中所展示之電路為結合數位信號及類比信號兩者之混合信號。SLI匯流排位移暫存器90A係藉由若干並列資料匯流排(通常為12位元寬)而連接至DC&T電路89A，且亦係藉由自4位元寬至12位元寬之範圍內之多種並列資料匯流排而連接至AC&S電路85A。
DC&T電路89A之輸出用藉由Vsync信號及灰階時脈(GSK)信號而同步之精確時序使I精確閘極驅動器電路86A及86B以及電流槽DMOSFET 87A及87B數位切換成開啟及 關閉。該等電流槽DMOSFET 87A及87B回應於來自AC&S電路85A之類比信號而控制兩個LED串(未展示)中之電流，該等類比信號控制I精確電路86A及86B及因此控制電流槽DMOSFET 87A及87B的閘極驅動信號。該等驅動閘極信號為類比，及具有回饋之一放大器係用於確保電流槽DMOSFET 87A及87B之各者中之電流分別為亦由AC&S電路85A供應之參考電流IrefA 及IrefB 之一固定倍數。
儘管圖6僅繪示電流槽DMOSFET 87A及87B，然而所展示之電路與圖3A中所展示之疊接箝制LED驅動器50或圖3B中所展示之高電壓LED驅動器80相容。為實施疊接箝制版本，兩個高電壓N通道DMOSFET將與電流槽DMOSFET 87A及87B串聯連接，其中該等高電壓N通道DMOSFET之源極端子被接連至該等電流槽DMOSFET 87A及87B之汲極端子，及其中該等高電壓N通道DMOSFET之汲極端子被接連至被驅動之各自LED串之陽極。
在操作中，以SCK時脈信號之速率透過序列輸入接針SI將資料計時進入SLI匯流排位移暫存器90A中。此包含進入用於通道A及通道B之暫存器220A及220B中之關於時間資料之12位元PWM、進入用於通道A及通道B之暫存器221A及221B中之12位元相位延遲資料、進入用於通道A及通道B之暫存器222A及222B中之12位元「像點」電流資料以及12個位元故障資訊(包括進入故障設定暫存器224中之8個位元及進入故障狀態暫存器225中之4個位元)。隨著新資料計時進入，此等暫存器內之資料被計時送出該SO接針。 暫停該SCK信號將資料靜態保存在該等位移暫存器內。術語「通道A」及「通道B」為任意的且僅用於識別SLI資料串中之輸出及其等對應資料。
在接收一Vsync脈衝之後，來自PWM A暫存器220A之資料被載入至D鎖存器211A中，及來自相位A暫存器221A之資料被載入至鎖存器&計數器A電路210A之Φ鎖存器212A中。同時，來自PWM B暫存器220B之資料被載入至D鎖存器211B中，及來自相位B暫存器221B之資料被載入至鎖存器&計數器B電路210B之Φ鎖存器212B中。在接收GSC灰階時脈之後續時脈信號之後，鎖存器&計數器210A及210B計算其等Φ鎖存器212A及212B中之脈衝數，及其後使電流分別在I精確電路86A及86B中流動，照亮通道A或B中之相關聯LED串。該等通道保持啟用且導通達分別儲存於D鎖存器211A及211B中之脈衝數之持續時間。其後，將輸出切換成關閉且等待下一個Vsync脈衝以重複該程序。DC&T電路89A因此根據SLI匯流排位移暫存器90A中之資料而合成兩個PWM脈衝至DMOSFET 87A及87B之閘極。
亦與Vsync脈衝同步，儲存於像點A暫存器222A及像點B暫存器222B中之資料被複製至D/A轉換器213A及213B中，設定DMOSFET 87A及87B中之電流。該等D/A轉換器213A及213B為提供Iref之一精確部分以設定相關聯LED串中之電流之離散電路。替代地，在一較佳實施例中，DMOSFET 87A及87B具有使用二進制加權而分成各種區段之閘極寬度，及給此等閘極區段之適當組合充電以設定所 要之最大電流之部分。表示最大通道電流之參考電流Iref係藉由Rset電阻器204及Vref輸入而設定至一參考電流源217。
故障偵測電路包含LED故障偵測電路215，其比較電流槽DMOSFET 87A及87B之源電壓與儲存於故障鎖存電路214中之值。故障鎖存電路214中之資料係在各Vsync脈衝自故障設定暫存器224複製。溫度偵測電路216監測LED驅動器IC 81中之溫度，其中包含圖6中所展示之電路。一故障之偵測立即觸發開放汲極故障旗標MOSFET 219為接通且將FLT線拉至低位準，產生一中斷。故障鎖存電路214中之資料在接下來的Vsync脈衝上被寫入至故障狀態暫存器225中。
像點功能及數位轉類比轉換之實施方案進一步詳細描述於上文所引用的申請案第13/346,625號中。該申請案亦包含故障鎖存電路214及LED故障偵測電路215、參考電流源217及電流感測回饋(CSFB)電路218之詳細電路實施方案實例。
以所描述之方式，一序列資料匯流排係用於控制數個LED串之電流、時序及持續時間，以及偵測且報告該等LED串中之故障狀態之發生。SLI協定為彈性的，僅需要透過SLI匯流排位移暫存器90A發送之資料匹配於被控制之硬體，具體言之，每個驅動器IC發送之位元數匹配於各驅動器IC所需之位元，及一個Vsync週期內發送之位元總數匹配於每個驅動器IC發送之位元數乘以驅動器IC之數量。
例如，在圖6之電路中，包含像點校正、故障設定及故障報告之協定包括每雙通道驅動器IC有88個位元，亦即，每通道或LED串有44個位元。若控制16個LED串之八個雙通道驅動器IC係連接至一單一SLI匯流排環路中，則移出介面IC且在各Vsync週期通過SLI匯流排之位元之總數為8乘以88個或704個位元，小於千位元。若SLI匯流排以10 MHz計時，則整個資料流可計時在70.4微秒內通過每個驅動器IC且到達每個通道，或每通道4.4微秒。
儘管序列資料匯流排以「電子」資料速率(亦即，使用用於控制變更之MHz時脈及每秒Mbit資料速率、Vsync或「圖框」速率)通信，然而LCD顯示面板上之影像以一更慢速度發生，此係因為人眼無法快速感知變更之影像。儘管大多數人無法察覺到60 Hz圖框速率(亦即，每秒60個影像圖框)之閃爍，然而在A對B之比較中，對於許多人，120 Hz TV影像比60 Hz TV影像看起來更「清晰」，但僅使用直接比較。在甚至更高的Vsync速率(例如，240 Hz及以上)時，僅「遊戲玩家」及視訊顯示「專家」聲稱看到任意改良，主要表現為運動模糊減少。電子資料速率與相對較慢之視訊圖框速率之間之大比率使得至背光LED驅動器的序列匯流排通信成為可能。
例如，在60 Hz時，各Vsync週期費時16.7毫秒，數量級長於發送所有資料至所有驅動器IC所需之時間。甚至在用一8X掃描速率及以3D模式運行之最先進TV中，在960 Hz時，各Vsync週期亦費時1.04毫秒，意謂可實時控制高達 236個通道。此通道數量大大超過了用於甚至最大的HDTV之驅動器要求。
用於圖6之SLI匯流排位移暫存器90A中之每雙通道88位元複雜型「協定」使介面IC能夠在每個Vsync週期期間寫入或讀取每個通道之每個暫存器內之所有資料。術語「複雜型」係指用於控制各通道之數位字組之內容。即使先前資料封包未發生任何變更，該複雜型協定也需要在自介面IC 101傳輸至驅動器IC 81A至81H之一者之各資料封包中指定每個變數及暫存器。
若使用一減少資料協定(亦即，每通道需要更少位元之一協定)，則發送資料至每通道花費甚至更少的時間。因為該複雜型協定由於相對較慢之Vsync重新整理速率而不具有時序限制，所以沒有資料速率益處。然而，在序列通信協定中使用更少之位元的確減少了驅動器IC中之數位位移暫存器及資料鎖存器之大小，因而減少晶片面積及降低整個系統成本。
例如，在圖7之LED驅動器系統250中展示使用64個位元而非88個位元之一SLI匯流排之一替代資料協定，該LED驅動器250包含LED驅動器IC 251A至251H及一介面IC 252。如藉由資料序列253所展示，該協定仍使用12位元PWM亮度作用時間因數、12位元相位延遲、8位元故障設定及4位元故障狀態，但其省略12位元像點校正資料。因此，各LED串之個別通道電流設定及亮度校準在此實施方案中無法使用。
在LCD面板製造中，許多製造商認為電子校準一顯示器之均勻亮度為太昂貴且因此在商業上為不可行。仍可藉由調整一面板之電流設定電阻器(諸如，圖6中所展示之設定電阻器204)之值而校準全域顯示亮度，但無法透過微控制器或介面IC控制背光亮度之均勻性。替代地，面板製造商將其等LED供應手動「分類」成具有類似亮度及色彩溫度之LED之分箱。
應注意，自SLI匯流排協定移除像點資料並不防礙整體顯示亮度控制或校準。調整系統之全域參考電壓Vref可仍執行全域調光及全域電流控制。例如，在圖6中所展示之系統中，調整Vref之值影響由參考電流源217所產生之參考電流Iref之值。若該參考電壓Vref為所有驅動器IC所共用，則調整Vref將獨立於PWM調光控制，均勻地影響每個驅動器IC及因此影響面板之整體亮度。
返回圖7，系統250繪示自一共同系統介面IC 252至八個驅動器IC 251A至251H之一串聯連接串之SLI匯流排資料通信。如展示，介面IC 252之SLI匯流排序列輸出SO產生一序列脈衝且同步於序列時脈接針SC上之時脈脈衝將該等脈衝饋送至驅動器IC 251A之輸入接針。驅動器IC 251A之SLI匯流排序列輸出繼而將其內部位移暫存器資料發送出驅動器IC 251A之SO接針且發送至驅動器IC 251B之SI輸入接針中。類似地，驅動器IC 251B之SO輸出連接至驅動器IC 251C之輸入接針，以此類推，共同形成一「數位」菊鏈。該菊鏈中之最後驅動器IC 251H自其SO接針發送其SLI 匯流排資料返回至介面IC 252之SI接針以完成環路。
在系統250之操作中，介面IC 252回應於在介面IC 252之SPI匯流排介面上接收之指令而將資料自介面IC 252之SO接針向外發送至系統之純量或視訊IC。用於每個驅動器IC及LED串之資料自介面IC 252之SO輸出依序計時至每個驅動器IC 251A至251H。所有資料必須在一個單一Vsync週期內被發送至所有驅動器IC。由於SLI匯流排為一序列協定，所以自介面IC 252發送出之第一資料表示用於控制驅動器IC 251H之位元。在64個時脈脈衝之後，在驅動器IC 251A之SLI匯流排位移暫存器中出現經指定用於驅動器IC 251H之資料。介面IC 252接著在其SO接針上輸出同步於SC時脈接針上之另外64個脈衝之用於驅動器IC 251G之資料。在此等64個時脈脈衝期間，用於驅動器IC 251H之資料自驅動器IC 251A內之SLI匯流排位移暫存器移動且暫時移動至驅動器IC 251B內之SLI匯流排位移暫存器中。重複此程序直至最後，在介面IC 252之SO接針上輸出同步於SC時脈上之最後64個脈衝之用於驅動器IC 251A之資料。
在一給定之Vsync週期之最後64位元「寫入循環」中，用於驅動器IC 251A之資料自SO接針輸出且被載入至驅動器IC 251A內之SLI匯流排位移暫存器中，用於驅動器IC 251B之資料自驅動器IC 251A內之SLI匯流排位移暫存器移動且移動至驅動器IC 251B內之SLI匯流排位移暫存器中，以此類推。類似地，在寫入循環之此最後64個位元期間，用於驅動器IC 251H之資料自驅動器IC 251G內之SLI匯流 排位移暫存器移動至驅動器IC 251H內之SLI匯流排位移暫存器中。因此，在SC接針上之8×64個時脈脈衝或512個脈衝之後，所有資料皆已被載入至對應驅動器IC之SLI匯流排位移暫存器中。儘管如此，此資料尚未控制LED串之操作。
僅在下一個Vsync脈衝被供應至驅動器IC之後，此新載入之資料才自SLI匯流排位移暫存器複製並複製至其等對應驅動器IC之主動鎖存器中，用於控制LED亮度、時序及故障管理。具體言之，驅動器IC 251A內之SLI匯流排暫存器中之資料被複製至影響受控於通道A及B之LED串之操作之主動鎖存器中，驅動器IC 251B內之SLI匯流排位移暫存器中的資料被複製至影響受控於通道C及D之LED串之操作之主動鎖存器中，以此類推。其後，該等SLI匯流排位移暫存器已準備被重新寫入用於下一個Vsync週期之新資料。對於目前Vsync週期之剩餘部分，將根據在最後Vsync脈衝之前接收之資料控制LED串。
以此方式，SLI匯流排資料通信時序及時脈與系統之Vsync週期及開始各Vsync週期之Vsync脈衝不同步。即，可透過SLI匯流排而將來自介面IC 252之資料更快或更慢地發送至驅動器IC 251A至251H，讓顯示器之觀看者在下一個Vsync出現之前察覺不到正在進行之多晶片互動或變更的LED設定。唯一時序要求在於，介面IC 252能經由其之SPI匯流排輸入自視訊控制器或純量IC接收其之指令、解譯該等指令且在一單一Vsync週期內在其SLI匯流排之 SO接針上輸出用於每個驅動器IC之通道特定資訊。如先前所描述，由於接收此等指令所需之時間大大短於Vsync週期，所以此時序要求對顯示器之操作不會造成任何限制。
圖7亦繪示，故障集資料暫存器可包括各種種類之資料，其包含用於調整用於偵測一短路LED之電壓(SLED集碼)、設定用於忽略自一短路LED偵測輸出之故障(短路LED故障消隱)之一時間週期、設定用於忽略自斷路LED偵測輸出之故障(斷路LED故障消隱)之一時間週期及清除先前所報告之斷路及短路LED故障暫存器(斷路CLR及短路CLR)之資料。該SLI匯流排協定不限於實施特定故障相關之功能或特徵。
系統250亦繪示藉由將菊鏈中之最後驅動器IC(驅動器IC 251H)之SO輸出與介面IC 252之SI輸入連接而實施SLI匯流排作為一環路之故障讀回能力。當將來自介面IC 252之資料寫入至驅動器IC 251A至251H時，駐存於SLI匯流排位移暫存器內之資料隨著各SC時脈脈衝前進通過該菊鏈。若SLI匯流排位移暫存器內之資料包含藉由驅動器IC 251A至251H之一者寫入之故障偵測資料，則計時該資料通過該環路且返回介面IC 252促進驅動器IC 251A至251H之一者中之一特定故障狀態藉以報告返回至該介面IC 252且通過SPI匯流排至該系統之其他組件的辦法。介面IC 252對故障資訊做何處置取決於其設計且不受SLI匯流排協定或硬體之限制。
多通道驅動器能力及限制
儘管所展示之實例描述雙通道驅動器IC，然而所揭示之驅動器概念及架構可擴大至更大數量之整合通道而沒有限制，除了驅動器IC、封裝及印刷電路板設計之功率消耗及溫度約束之外。
在圖8中繪示與所揭示之架構一致之一多通道LED驅動器之一實例。類似於圖3B之雙通道驅動器，四元LED驅動器IC 301分別整合高電壓電流槽DMOSFET 307A至307D之四個通道與高電壓二極體308A至308D。該等電流槽DMOSFET 307A至307D受控於I精確閘極驅動器電路306A至306D以控制LED串303A至303D中與一電流設定電阻器302校準之電流。驅動器IC 301(如該系統中之其他驅動器IC)包含一偏壓供應304、一類比控制及感測(AC&S)電路310以及一數位控制及時序(DC&T)電路309。
除了使雙通道版本中之I精確閘極驅動器電路及電流槽DMOSFET之數量加倍之外，四元LED驅動器301亦需要AC&S電路310及DC&T電路309中之額外鎖存器及電路以支援額外通道。當每個驅動器IC一個溫度保護電路為足夠時，溫度保護電路無需加倍。一顯著面積亦專用於SLI匯流排暫存器311，其必須在尺寸上加倍以支援四個通道而非兩個通道。
在圖9中展示四通道SLI匯流排位移暫存器311之一實施例。四通道SLI匯流排位移暫存器311包含176個位元，為圖6之雙通道系統之SLI匯流排位移暫存器90A之資料儲存容量之兩倍。因此，包含PWM資料、相位資料位及像點資 料及故障資料之整個資料流在長度上亦為兩倍，但無需變更SLI匯流排協定。複製該故障資料之一些(諸如，儲存於四位元故障狀態暫存器354及355中之溫度故障資料)，但藉由消除多餘位元所節省之晶粒面積通常不值得變更協定所引起之複雜性。
因此，藉由利用發送所有資料用於菊鏈中之每個暫存器之「複雜型」SLI匯流排協定，將各時間資料自介面IC 101寫入至LED驅動器IC 81A至81H，可僅藉由按比列擴展SLI匯流排位移暫存器90A至90H以容納適當數量之整合通道而擴大整合至一LED驅動器IC中之通道數量。
然而，該複雜型SLI匯流排協定具有若干缺點。具體言之，即使當一些資料未變更時，介面IC 101仍保持繁重工作以在SLI匯流排113上重複移出該資料至所有驅動器IC 81A至81H。此外，多通道LED驅動器IC 81A至81H中之位移暫存器90A至90H相對較大，及其等佔據顯著晶粒面積。
可以減少被發送之資料之大小之一SLI匯流排協定克服此等缺點，使得僅需要重新寫入在視訊圖框之間變更之鎖存器資料。
例如，在圖6中所展示之LED驅動器IC 81中，即使未發生任何變更，載入至位移暫存器90A中之資料亦在每個Vsync週期被分別寫入鎖存器及計數器210A及210B之鎖存器211A、212A、211B及212B、D/A轉換器213A及213B及故障鎖存電路214或從中讀取至少一次。未變更之資料之 重複發送及重新發送為低效、麻煩且可能很昂貴、浪費匯流排帶寬、以瑣碎工作佔據系統及以過大的位移暫存器耗費矽面積。
經改良之序列照明介面匯流排
可藉由添加一「鎖存位址」或「首碼」至序列照明介面匯流排協定且將其嵌入於每個SLI匯流排通信中，防止在一序列匯流排上發送較長數位字組或指令之限制及缺點。當與電路結合以解碼及多工SLI匯流排資料時，該所嵌入之首碼資訊使資料僅路由至特定目標鎖存器。
藉由將資料僅具體發送至需要更新之鎖存器，「首碼多工」或「精簡型」SLI匯流排架構避免重複及不必要地重新發送數位資料之需要，尤其係重新發送保持恆定或極少變更之多餘資料。在操作中，在一初始設定之後，僅需要變更之鎖存器被重新寫入。
包含固定資料之鎖存器僅在第一次初始化系統時被寫入一次，及其後無需透過SLI匯流排與系統IC進行後續通信。由於僅更新變更之鎖存器，所以橫跨SLI匯流排發送之資料量大幅減少。此方法提供明顯優於「複雜型」SLI匯流排方法之若干優點，即：
˙尤其在較小(例如，兩通道)LED驅動器IC中，整合一SLI匯流排位移暫存器所需之位元數大幅減少，節省了晶粒面積且降低了成本
˙增加SLI匯流排在任意給定時脈速率之有效帶寬，此係因為未重複發送多餘資料
˙SLI匯流排協定可用固定字組長度及功能標準化卻不失多功能性
在圖10之示意電路圖中所展示之LED驅動器IC 81之實施例中展示一首碼多工SLI匯流排之一實例。除了替代性LED驅動器IC 81之外，圖10亦展示包含一16位元首碼暫存器312及一16位元資料暫存器313之一SLI匯流排410，及一首碼解碼器及多工器(mux)電路419。資料暫存器313中之資料被分別路由至鎖存器及計數器A 410A及鎖存器及計數器B 410B中之D鎖存器411A及411B以及Φ鎖存器412A及412B、至數位控制及時序(DC&T)電路402中之D/A轉換器413A及413B之一者，或至類比控制及感測(AC&S)電路403中之一故障鎖存電路414。首碼解碼器及多工器電路419根據包含於首碼暫存器312中之路由方向進行此等資料傳送。因此，首碼解碼器及多工器電路419解碼儲存於首碼暫存器312中之16位元字組及將儲存於資料暫存器313中之資料多工至DC&T電路402及AC&S電路403中之適當D、Φ或像點鎖存器中。
在故障鎖存電路414之情況中，多工器419雙向操作，容許將儲存於資料暫存器313中之資料寫入至故障鎖存電路414中，或相反，容許將儲存於故障鎖存電路414中之資料寫入至資料暫存器313中。
在圖10中所繪示之實施例中，該首碼多工SLI匯流排協定使用一32位元字組，即，儲存於首碼暫存器312中之字組之長度為16位元，及儲存於資料暫存器313中之字組之 長度亦為16位元，促進具有高達65,536個組合之一變數唯一地寫入至65,536個不同鎖存器之一者或從中讀取。此提供定址大量鎖存器及維持一短字組長度之彈性與小型SLI匯流排暫存器大小之間之一良好平衡折衷且提供彈性及擴展性兩者。
儘管促進了大量之組合，然並非需要使用SLI匯流排410中之全部資料。若LED驅動器IC 81包含較少之功能鎖存器及通道，則需要解碼小於16個位元之首碼字組。同樣地，若要求較低精度，則需要將小於16個位元之資料字組傳送至目標鎖存器中。例如，若包含於資料暫存器313中之資料為PWM亮度作用時間因數，則12個位元資料可經多工且被載入至D鎖存器411A中，而若暫存器313中之資料為LED電流「像點」設定，則與D/A轉換器413A相關聯之像點暫存器僅需要8個位元。
因此在首碼多工SLI匯流排中，藉由介面IC 101以序列方式將資料一次一個位元地重複寫入至資料暫存器313中，且接著將資料多工至DC&T電路402及AC&S電路403中之若干功能鎖存器之一者中。在圖10之實施例中，資料暫存器313中之資料散佈至具有不同功能角色之七個不同功能鎖存器中。
圖10在所展示之「精簡型」首碼多工SLI匯流排410與圖6中所展示之「複雜型」SLI匯流排90A形成鮮明對比，其中SLI匯流排位移暫存器90A中之各暫存器與LED驅動器IC 81中之一功能鎖存器具有一對一對應關係，例如，PWM A 暫存器220A傳送資料至D鎖存器211A中，相位A暫存器221A傳送資料至Φ鎖存器212A中，以此類推。此一對一對應關係使縮放該複雜型SLI匯流排架構至較大通道數驅動器IC既成問題且又昂貴。
該首碼多工SLI匯流排之散佈能力因此比複雜型SLI匯流排協定提供一更多功能、更低成本之方法來實施一多通道LED驅動器IC。對於下文所考慮之此原因及其他原因，該首碼多工SLI匯流排表示一經改良之序列照明介面匯流排協定、架構及實體介面。
在圖11中繪示首碼多工SLI匯流排方法之一進一步改良。在此實例中，SLI匯流排311中之16位元首碼暫存器又分成兩個8位元首碼暫存器312C及312F，其分別儲存通道及功能首碼資訊。資料暫存器313保持不變。如展示，一首碼解碼器451具有兩個輸出，選擇控制哪個LED通道之一通道選擇輸出453，及選擇詢問哪個功能鎖存器(亦即，寫入至哪個功能鎖存器或從中讀取)之一功能選擇輸出452。
首碼解碼器451以輸出453中之一通道選擇信號選擇諸多通道457之一者；首碼解碼器451接著以輸出452中之一功能選擇信號選定待控制之功能(例如，PWM或相位)。一多工器電路454接著將來自資料暫存器313之資料寫入至控制經選擇之特定通道457中之類比或數位功能456之一鎖存器455中。
以此方式，可實時獨立控制一LED驅動器IC內之任意數 量之通道(亦即，任意數量之LED串)，透過一共用SLI匯流排311促進各控制功能之精確調整，而無需一較大位移暫存器或較長數位字組。
在本發明之較佳實施例中，SLI匯流排311內之首碼(ch)暫存器、首碼(fcn)暫存器及資料暫存器儲存包含16個位元資料之一32位元字組(亦即，16個位元未使用)。該字組因此能定址256個通道之任一者中之256個不同功能之一者。由於可能組合之數量大大超過了一單一LED驅動器IC中所需之通道及功能之數量，所以經改良之SLI匯流排協定不限於本文所描述之LED驅動器實例。然而，在一單一LED驅動器IC中，可藉由僅解碼可能的數位鎖存位址之一子集、將相關聯電路之大小減小至一最小值而限制組合之數量。由於各LED驅動器IC僅需要一個32位元位移暫存器，所以較佳32位元SLI匯流排協定中之額外未使用位元並未浪費顯著的晶粒面積。
作為減少經解碼之位元之數量之一實例，解碼通道首碼暫存器312C之兩個最低有效位元(LSB)及功能首碼暫存器312F之兩個LSB輕易容納圖8之僅具有一32位元位移暫存器之四元LED驅動器301，遠小於複雜型SLI匯流排協定所需之176位元位移暫存器311，如圖9中所展示。在下列表中描述4通道LED驅動器解碼作為一種可能實施方案。
圖12A繪示圖10中所展示之LED驅動器IC 81之實施例之一變化，在圖12A之實施例中，首碼解碼器及多工器419已被分成一解碼器491及一多工器492。
圖12A中所展示之LED驅動器IC 81提供具有150 V電路能力及±2%絕對電流準確度之250 mA LED驅動之兩個通道之完全控制、12個位元之PWM亮度控制、12個位元之相位控制、8個位元之電流控制、LED斷路及LED短路狀態之故障偵測、以及超溫偵測，所有皆透過高速SLI匯流排410而控制且藉由一共同Vsync及灰階時脈(GSC)信號而同步於其他驅動器。儘管圖12A中所展示之電流槽DMOSFET 87A及87B具有150 V之額定能力，此等裝置如需要可經調整大小以在自100 V至300 V之範圍內操作。藉由驅動器IC 81之功率消耗及LED串83A及83B中之正向電壓之失配而設定DMOSFET 87A及87B之250 mA額定電流。高於額定之100 V時，有利的是整合與電流槽DMOSFET 87A及87B串聯之高電壓疊接箝制DMOSFET，藉此電流槽DMOSFET 87A及87B不會操作高於由疊接箝制DMOSFET提供之箝制電壓(亦即，高於如上文結合圖3A所描述之12 V)。
在操作中，圖12A中所展示之LED驅動器IC81在其序列輸入(SI)接針上接收饋送至SLI匯流排位移暫存器410中之一資料串。該資料係以由介面IC 101(未展示)供應之序列時脈(SCK)信號設定之一速率而計時。用於該資料之最大時序速率取決於用於實施SLI匯流排位移暫存器410之CMOS技術，但即使使用0.5 μm線寬程序及晶圓廠，亦可達成10 MHz操作。只要SCK信號繼續運行，資料將移至SLI匯流排位移暫存器410中，且最終在其至序列菊鏈中之下一LED驅動器IC之路徑上離開序列輸出(SO)接針。
在對應於特定LED驅動器IC之資料到達SLI匯流排位移暫存器410中之後，介面IC 101即刻停止SCK信號。自該SLI匯流排位移暫存器410中之資料，解碼器491判定待控制之DC&T電路402或AC&S電路403內之通道及鎖存器，且指示多工器492將該SLI匯流排位移暫存器410內之資料暫存器連接至該鎖存器。自該SLI匯流排位移暫存器410中之資料暫存器至DC&T電路402或AC&S電路403內之目標鎖存器之資料之傳送在下一個Vsync脈衝時發生。DC&T電路402或AC&S電路403中之資料鎖存器可包括正反器或靜態RAM。如果解碼器491指示該SLI匯流排詢問AC&S電路403內之故障鎖存器之情況中，則在Vsync脈衝時，將先前寫入至 AC&S電路403內之故障鎖存器中之任意資料複製至SLI匯流排位移暫存器410之適當位元中。
SCK信號之恢復將SLI匯流排位移暫存器410內之讀取及寫入位元移動至菊鏈中之下一LED驅動器IC。在一較佳實施例中，該菊鏈形成連接返回至介面IC之一環路。發送新資料至該菊鏈中最終推動駐存於SLI匯流排位移暫存器中之現有資料通過該環路且最終返回至該介面IC 101。以此方式，介面IC 101可與個別LED驅動器IC通信、設定LED串亮度及時序，及該等個別LED驅動器IC可將個別故障狀態傳達返回至該介面IC。
SLI匯流排資料透過菊鏈所連接之位移暫存器之位移在每SCK脈衝中前進一個位元。在32個SCK脈衝之後，用於最後LED驅動器IC之32位元資料或「字組」已被移出介面IC且移至該菊鏈中之第一個LED驅動器IC，但尚未駐存於預定之LED驅動器IC中。在64個SCK脈衝之後，第一個32位元字組自第一個LED驅動器IC移動至第二個LED驅動器IC中，及下一個32位元字組自介面IC移動至該菊鏈中之第一個LED驅動器IC中。在此步驟時，該等SLI匯流排字組仍未駐存於其等適當驅動器IC中。在一菊鏈中包含「n」個SLI匯流排暫存器之該菊鏈中，僅在「n」乘以32個序列時脈脈衝SCK之後，將資料最後移至適當LED驅動器IC中。中斷該等SCK脈衝將來自SLI匯流排位移暫存器之資料複製至預負載鎖存器中，如下文結合圖14所描述。在下一個Vsync脈衝時，將資料自該等預負載鎖存器複製至主 動鎖存器中，且LED驅動器之變更生效。在此之前，LED驅動器IC之操作保持不受影響。
由於兩階段鎖存器架構，亦即，一預負載鎖存器與一第二階段主動鎖存器之組合(下文結合圖14描述)，首碼多工SLI匯流排通信協定及介面為相對穩健且不受錯誤指示LED驅動器IC之影響。例如，若SCK脈衝流在經位移之資料駐存於其等目標SLI匯流排位移暫存器及對應LED驅動器IC中之前即刻停止，則該資料將自該等SLI匯流排位移暫存器複製至預負載鎖存器中，但在Vsync脈衝發生前將不變更主動鎖存器資料。只要SCK脈衝在Vsync脈衝發生之前恢復操作及完成位移程序，將不會因偶發之SCK脈衝發生任何錯誤。
在一LED驅動器IC包括兩個或兩個以上LED通道之情況中，在Vsync脈衝使變更成為有效之前，位移程序必須發生多次。例如，可首先載入所有奇數編號之通道之預負載鎖存器，接著載入偶數編號之通道之所有資料。對每一功能重複此程序直至所有預負載鎖存器已被載入至少一次。在所有預負載鎖存器被載入之後，Vsync脈衝藉由將預負載鎖存器資料複製至主動鎖存器中而初始化LED驅動器IC操作中之變更，藉此變更該LED驅動器IC之操作。稍後在本申請案中進一步詳細描述使用首碼多工SLI匯流排協定載入資料至多通道LED驅動器IC中。
使用此計時方案，可使資料以一高速位移通過大量驅動器IC而不影響LED電流或引起閃爍，此係因為控制電流槽 DMOSFET 87A及87B之電流及時序僅在各新Vsync脈衝之後變更。Vsync脈衝之頻率可在自60 Hz至960 Hz之範圍內改變，其中灰階時脈(GSC)信號之頻率按比例縮放(通常為4096乘以Vsync信號之頻率)。由於當相較於SLI匯流排時脈SCK頻率時，Vsync為較慢(低於1 kHz)，所以控制器具有修改且重新發送資料的彈性，或在一給定垂直同步脈衝持續時間內查詢故障鎖存器多次。
由於在精簡型SLI匯流排協定中，SLI匯流排410中之資料暫存器不夠大以自一單一SLI匯流排字組或資料封包寫入至DC&T電路402及AC&S電路403內之所有功能鎖存器，所以介面IC 101必須發送多個SLI匯流排封包至該等驅動器IC以載入所有該等功能鎖存器。此狀況發生於啟動時，即當需要填充所有鎖存器時，或必須同時變更一個以上鎖存器中之資料時。若容許在若干Vsync週期內以多個步驟逐漸變更控制I精確閘極驅動器電路86A及86B之資料(例如，首先變更Φ鎖存器，接著變更D鎖存器，再變更像點鎖存器等)，則一觀看者能隨著視訊影像中之閃爍或雜訊看出步驟變更。以下在標題「同時載入多個功能鎖存器」下揭示此可能問題之若干解決方案。
在載入暫存器資料之後，始於下一個Vsync脈衝，DC&T電路402產生兩個PWM脈衝以在適當相位延遲之後及適當脈衝寬度持續時間(或作用時間因數D)內切換I精確閘極驅動器電路86A及86B之輸出為開啟及關閉。I精確閘極驅動器電路86A及86B分別感測電流槽DMOSFET 87A及87B中 之電流且提供適當閘極驅動電壓以在I精確閘極驅動器電路86A及86B被DC&T電路402之PWM脈衝啟用之時間期間維持一目標電流。I精確閘極驅動器電路因此以類似於一「選通」放大器之方式操作，進行數位脈衝開啟及關閉但控制LED中之電流作為一類比參數。
藉由Vref信號及藉由Iset電阻器82之值全域設定所有LED驅動器IC中之峰值電流。在一較佳實施例中，該Vref信號係由介面IC 101產生，或其可被供應作為來自AC/DC轉換器模組之一輔助輸出。在一替代實施例中，可消除通道特定像點校正，及Vref可經調變以促進LED電流之全域電流控制。
在能進行通道特定像點校正之驅動器IC中，可藉由像點鎖存器(較佳包括一8位元至12位元字組)透過SLI匯流排控制任一個LED串中之電流，該像點鎖存器分別在256或4096不同步驟中調整電流槽DMOSFET之電流至自峰值電流之0%至100%之一百分比。以此方式，使用新揭示之架構可進行LED電流之精確數位控制(仿效一電流模式數位轉類比轉換器或「電流DAC」之功能)。在LCD背光應用中，此特徵可用於校準背光亮度、用於改良背光均勻性或用於在3D模式中操作。
I精確閘極驅動器電路86A及86B以及AC&S電路403之結構及操作係描述於申請案第13/346,625號中。
如展示，流經LED串83A之電流受控於電流槽DMOSFET 87A及對應I精確閘極驅動電路86A。類似地，流經LED串 83B之電流受控於電流槽DMOSFET 87B及對應I精確閘極驅動電路86B。在沒有疊接箝制MOSFET之情況下，施加於電流槽DMOSFET 87A及87B上之最大電壓限於低於高電壓二極體88A及88B之崩潰電壓之操作。偏壓電路84自一5V Vcc輸入產生一內部晶片偏壓電壓。
電流槽DMOSFET 87A及87B之汲極電壓亦係藉由AC&S電路403而監測且與儲存於SLI匯流排410之鎖存器中之一過電壓值進行比較。若該汲極電壓低於一程式化值，則LED串83A及83B正常操作。然而，若電流槽DMOSFET 87A及87B之汲極電壓升高至約程式化值，則LED串83A及83B之一或多者短路，及偵測且記錄特定通道之一故障。同樣地，若I精確閘極驅動器電路86A及86B之一或多者無法維持所需電流(亦即，LED串在「電流不足」的情況下操作)，此意謂一LED未開啟並失去電路連續性。接著關閉通道，忽略該通道之CSFB信號，及報告該故障。可藉由監測I精確閘極驅動器電路86A及86B之輸出飽和(意謂該閘極驅動器電路儘可能地將電流槽DMOSFET之閘極驅動為「完全接通」)與否而感測此「電流不足」，或替代地，可藉由監測橫跨I精確閘極驅動器電路之輸入端子之電壓降而感測此「電流不足」。當至I精確閘極驅動器電路之輸入電壓之電壓下降過低時，即已發生指示一斷路LED故障的電流不足狀態。
若偵測一超溫狀態，則報告一故障及使通道保持接通且傳導，除非介面IC 101發送一命令以關閉該通道。然而，若該 溫度繼續升高至危險位準，則AC&S電路403將獨立停用該通道且報告該故障。無論一故障之本質(一短路LED、一斷路LED或一超溫狀態)為何，只要發生故障，AC&S電路403內之一開放汲極MOSFET將啟動FLT接針及將FLT接針拉至低位準，將已發生一故障狀態之情形發信號至主機μC 152。
AC&S電路403亦包含一類比電流感測回饋(CSFB)信號，其監測電流槽DMOSFET 87A及87B之汲極電壓及LED驅動器IC 81之CSFBI輸入接針處之電壓，在該三個電壓中有一最低電壓且將該電壓傳遞至LED驅動器IC 81之CSFBO輸出接針。以此方式，該等電流槽DMOSFET之任意者之最低汲極電壓，及因此具有最高正向電壓降之LED串被傳遞至下一個LED驅動器IC之輸入且最終返回至系統之SMPS 108以給+VLED 供應軌110供電。
以所描述之方式，可實現具有整合調光及故障偵測能力之一兩通道LED驅動器IC 81而無需一介面IC。
圖12B繪示將所揭示之首碼多工SLI匯流排控制方法擴展至一四通道LED驅動器IC 501。如展示，LED驅動器IC 501包括四個用於獨立驅動四個LED串503A至503D之具有對應I精確閘極驅動器電路506A至506D之電流槽DMOSFET 507A至507D。在四通道LED驅動器IC 501中，DC&T電路509及AC&S電路510控制四個I精確電路506A至506D，使兩通道驅動器之功能鎖存器之數量加倍。
在此實例中為32個位元長之SLI匯流排位移暫存器512被 載入多次以將必要資料傳送至DC&T電路509及AC&S電路510中之各種鎖存器。例如，若各通道包括四個鎖存器(即，D鎖存器、Φ鎖存器、像點鎖存器及故障鎖存器)，及驅動器IC包括四個通道，則SLI匯流排512必須被載入十六次以設定所有功能鎖存器。將各時間資料移至SLI匯流排位移暫存器512中，解碼器513解譯首碼以選擇目標通道及功能，藉此透過多工器511將資料路由至DC&T電路509及AC&S電路510中之適當鎖存器。
由於在精簡型SLI匯流排協定中，SLI匯流排介面512內之資料暫存器不夠大以自一單一SLI匯流排字組或資料封包寫入至DC&T電路509及AC&S電路510內之所有功能鎖存器，所以介面IC必須發送多個SLI匯流排封包至該等驅動器IC以載入所有該等鎖存器。此狀況發生於啟動時，即當首先初始化所有功能鎖存器時，或一個以上功能鎖存器中之資料必須同時變更時。若容許在若干Vsync週期內以多個步驟逐漸變更控制I精確閘極驅動器電路506A至506D之資料(例如，首先變更Φ鎖存器，接著變更D鎖存器，再變更像點鎖存器等)，則一觀看者能隨著視訊影像中之閃爍或雜訊看出步驟變更。在下文揭示防止此可能問題之若干發明解決方案。
在載入鎖存器資料之後，始於下一個Vsync脈衝，DC&T電路509產生四個獨立PWM脈衝以在適當相位延遲之後及適當脈衝寬度持續時間(或作用時間因數D)內切換I精確閘極驅動器電路506A至506D之輸出為開啟及關閉。I精確閘 極驅動器電路506A至506D分別感測電流槽DMOSFET 507A至507D中之電流且提供適當閘極驅動電壓以在I精確閘極驅動器電路被PWM脈衝啟用之時間期間維持一目標電流。I精確閘極驅動器電路之操作因此類似於一「選通」放大器之操作，進行數位脈衝開啟及關閉但控制LED中之電流作為一類比參數。LED電流可透過像點鎖存器、全域透過Vref電壓輸入或透過兩者之一組合而透過SLI匯流排控制。
圖12C展示一四通道LED驅動器之一替代實施例。LED驅動器IC 531併入兩個32位元SLI匯流排位移暫存器542A及542B以促進平行(亦即，同時)載入兩個功能鎖存器。SLI匯流排位移暫存器542A及542B之各者具有其自已的首碼及其自已的相關聯解碼器543A及543B。透過一雙通道多工器541將資料路由至DC&T電路539及AC&S電路540中之適當功能鎖存器。否則，驅動器IC 531之操作類似於圖12B中之驅動器IC 501之操作。使用一雙SLI匯流排介面之優點在於，介面IC可在一半的SLI匯流排寫入循環數中載入至LED驅動器IC中之所有功能鎖存器。由於在SLI匯流排上傳達相同數量之位元(亦即，32位元字組或64位元字組之一半之一固定數量)，所以任一方法中之實際系統速度均為類似。此方法之主要優點為，介面IC不必管理諸多小型SLI匯流排通信。
解碼器及多工器實施方案
如圖11之電路圖中所繪示，首碼多工SLI匯流排協定及 介面之要件為解碼器及多工器功能。負責將來自SLI匯流排位移暫存器311之資料依序分佈至適當功能鎖存器(亦即，一鎖存器455)，首碼解碼器451解譯各新數位字組上之首碼且指示多工器454將來自SLI匯流排資料暫存器313之資料複製至對應功能鎖存器455中。
在圖13A中展示此解碼器及多工器功能之一實施方案，其中一首碼多工SLI匯流排311透過受控於一解碼器601以及解碼鍵605C及605F之一數位多工器604而將資料依序分佈至功能鎖存器之眾多庫607。各庫之功能鎖存器及其等相關聯組之鎖存器606獨立控制驅動不同LED串之單獨I精確閘極驅動器電路(未展示)。具體言之，功能鎖存器606包括通道A鎖存器A1至A8、通道B鎖存器B1至B8、通道C鎖存器C1至C8及通道D鎖存器D1至D8，其等一起組成4個通道之8個鎖存器，總共控制32個功能參數。為簡潔之故，僅展示鎖存器A1。
用於在SLI匯流排與通道及功能之間路由數位資料之多工器604以類似於一多極多擲(multi-throw)開關之一方式操作以促進多個自SLI匯流排資料暫存器313至功能鎖存器606之可選擇資料途徑。在此實例中，多工器604包括共同受控於解碼器601之四個12極8擲或12P8T開關。如展示，在此實施例中，實際上可選擇儲存於SLI匯流排位移暫存器311中之字組之可能組合之僅一部分。
具體言之，由於多工器604僅具有12個「極」或並聯電路，所以儘管資料位移暫存器313包含一較高解析度16位 元字組之事實，多工器604僅傳遞12個位元資料至鎖存器606。使用來自一16位元字組之12個位元僅解碼65,536個組合中之4,096個組合或可能組合之僅6%。然而，在多數照明應用中，八個至十二個位元足以將功能執行成所要之精確度。通常，PWM亮度「D」及相位延遲「Φ」需要12位元精確度，而像點校正僅需要8位元精確度。
由於多工器604用8個位置定址4個通道，所以僅可存取32個鎖存器，儘管首碼暫存器312C及312F能定址65,536個不同通道及參數。因此，一四元通道八位置開關存取32個組合，或可自一16位元首碼中選擇5個位元，此實施方案使用小於0.05%之首碼組合。由於僅使用位移暫存器311中之資料之一小部分，所以使用一相對較低數量之邏輯閘極及電晶體之多工器電路604佔據一非常小的晶粒面積。
解碼器601包括12個量值比較器(四個用於通道選擇及八個用於功能選擇)，以及32個數位邏輯閘603以解碼SLI匯流排首碼碼312之一部分且藉此控制由多工器604選擇之通道。
具體言之，為能唯一地選擇四個通道，需要自通道首碼暫存器312C解碼一2位元首碼。在通道首碼暫存器312C中之兩個最低有效位元每次正確匹配於通道選擇碼鍵605C中之兩個最低有效位元時，皆藉由輸出一邏輯高或二進制「1」之一量值比較器602C執行通道解碼。在表1中展示兩通道量值比較器602C之真值表：
由於存在通道首碼之四個組合，所以有四個具有相同輸入但具有四個不同輸出之相異的量值比較器602C，該等量值比較器之僅一者可在任意給定時間具有一邏輯「1」輸出。自上述，僅一「00」碼啟動通道A，僅一「01」碼啟動通道B，需要一「10」碼來選擇通道C，及需要一「11」碼來選擇通道D。以此方式，僅有一個SLI匯流排首碼碼組合來選擇一給定通道。在所展示之2位元解碼器中，僅解碼兩個最低有效位元，完全忽略較高量值之位元。
以一類似方式，為唯一地選擇八個功能鎖存器之一者，需要自功能首碼暫存器312F解碼一3位元首碼。在功能首碼暫存器312F中之三個最低有效位元每次正確匹配於功能 選擇碼鍵605F中之三個最低有效位元時，皆藉由輸出一邏輯高或二進制「1」之一量值比較器602F而執行功能解碼。在表2中展示三通道量值比較器602F之真值表：
由於存在功能首碼碼之八個組合，所以有八個具有相同輸入但具有四個不同輸出之相異的量值比較器602F，該等量值比較器之僅一者可在任意給定時間具有一邏輯「1」輸出。自上述，僅一「000」碼啟動功能#1(例如，作用時間因數D)，僅一「001」碼啟動功能#2(例如，相位延遲Φ)，以此類推。以此方式，僅有一個SLI匯流排首碼碼組合來選擇一給定功能。在所展示之3位元解碼器中，僅解碼三個最低有效位元，完全忽略較高量值之位元。
量值比較器之實施方案可使用布林(Boolean)邏輯(其中解碼器601與通道及功能碼鍵605C及605F為硬線連接)、使用計數器或儲存於包含SRAM或甚至E2 PROM之可程式化記憶體元件中而以各種方式執行。在本發明之一實施例中，使用圖13D中所展示之電路實現量值比較器，圖13D繪示包括三個雙輸入互斥NOR閘632至634及三輸入AND閘635之三通道量值比較器631。一互斥OR及其反相對應體(一互斥NOR或XNOR閘)之實施方案在此項技術中為已知(參見(例如)http：//en.wikipedia.org/wiki/XOR_gate)。
當兩個輸入每次相同(兩者皆為「0」輸入或兩者皆為「1」輸入)時，兩輸入XNOR函數之邏輯真值表將產生一「高」或邏輯「1」輸出。此展示於表3中：
出於此原因，互斥NOR函數在邏輯上常用於比較兩個暫存器中之位元，實則為一比較器之一數位版本。為利用一邏輯XNOR閘，一多位元字組必須使用多個XNOR閘以進行位元對位元之比較。例如，為檢查兩個8位元數位字組是否相同，必須使用八個XNOR閘以個別地檢查各位元。為使兩個數位字組匹配，所有對應位元必須匹配。藉由在所有XNOR輸出上執行一八輸入邏輯AND函數，AND閘之 一正輸出可證實一匹配。
在圖13D中之解碼器631中展示此方法，其中三個互斥NOR閘632至634係用於比較SLI匯流排首碼暫存器中之各位元與通道或功能選擇鍵碼表636中之對應位元。例如，XNOR閘632比較SLI匯流排首碼中之最低有效位元與選擇碼鍵636中之最低有效位元且僅在其等匹配(兩者皆具有一邏輯「0」狀態或兩者皆具有一邏輯「1」狀態)時輸出一邏輯「高」。XNOR閘633類似地比較SLI匯流排首碼之下一個最低有效位元(亦即，LSB+1)與碼鍵636中之對應位元且僅在其等匹配時輸出一「高」。以類似方式，比較器631比較兩個暫存器中之下一個最低有效位元是否匹配。僅在SLI匯流排首碼中之所有三個位元匹配時，AND閘635之輸出才會變成「高」，其指示兩個三位元字組正確匹配。否則，AND閘635之輸出及量值比較器631之輸出將保持「低」。
為簡潔之故，我們使用一參考數字組637來表示一多通道量值比較器(MC)閘，其中各對輸出彼此進行比較是否匹配，及接著將此等結果遞送至一邏輯AND閘。在表4中描述三輸入MC閘之一真值表，其中「1」表示匹配及「0」表示未匹配：
僅在兩個數位字組之量值正確匹配(逐位元證實)時，量值比較器637之輸出才為「高」。在布林邏輯中，量值比較器637被描述為
，其中SLILSB+2 、SLILSB+1 及SLILSB 表示被解碼之SLI匯流排首碼之三個最低有效位元，及KEYLSB+2 、KEYLSB+1 及KEYLSB 表示通道或功能選擇碼鍵之三個最低有效位元。在代數上，一圓圈內之加號為表示一邏輯XOR之一布林符號，及表示一邏輯AND，其中NOT為一邏輯反相，亦即，前面加上NOT之帶圓加號表示一邏輯XNOR。
返回圖13A，解碼器601用MC 602C檢查四個可能通道之一者，及用MC 602F檢查八個可能功能之一者，及接著使用32個不同雙輸入AND閘603執行此等結果之一邏輯AND。在任意給定時間，僅一個AND閘603具有一「高」輸出。此高輸出接通在所要通道中使SLI資料暫存器313與對應鎖存器606連接之多工器604內之一組12傳輸閘MOSFET。如同多工器604，為簡潔之故，在圖13A中簡化解碼器601。
在圖13E中繪示解碼器601及多工器604之一更詳細描述，其中藉由四個量值比較器641A至641D解碼SLI匯流排通道首碼，產生經解碼之通道匯流排647，及其中藉由八個量值比較器642A至642H解碼SLI匯流排功能首碼，產生經解碼之功能匯流排648。此等12根匯流排線共同饋送一系列32雙輸入邏輯AND閘643A1至643A8、643B1至 643B8、643C1至643C8及643D1-643D8，其繼而驅動包括多工器功能之MOSFET。
各AND閘643組合兩個輸入，一者來自四通道匯流排線647之一者，另一者來自八功能匯流排線648之一者。由於僅一個通道匯流排線647在任何時候皆為「高」及四個通道之各者在八根功能匯流排線648中可具有僅一者為「高」，所以僅解碼32個組合。由邏輯AND閘643A1解碼之一此組合組合來自匯流排647之通道A之一輸入(亦即，MC 641A之輸出)與來自匯流排648之PWM亮度控制功能「D」之一第二輸入(亦即，MC 642A之輸出)。因而，此通道解碼用於通道A之PWM亮度控制。以一類似方式，通道MC 641B及功能MC 642A之輸出饋送AND閘643B1，其等之輸出唯一地選擇用於通道B之PWM亮度控制。
如展示，AND閘643A2解碼用於通道A之相位功能Φ。若SLI匯流排首碼選擇此組合，則量值比較器641A及642B之輸出兩者皆為「高」，使得AND閘643A2之輸出亦為高。反相器644A之輸出繼而變成「低」(亦即，接近接地之一電位)，藉此接通12個P通道MOSFET 645A至645L。MOSFET 645A至645L一起充當為透過資料匯流排649使SLI匯流排資料暫存器313與功能鎖存器626A連接之一多通道傳輸閘。
藉由同等有效位元之間之一對一對應關係而發生SLI資料暫存器313與功能鎖存器626A之間之多線連接，其中兩個對應LSB被連接，兩個LSB+1被連接，以此類推。作為 一實例，MOSFET 645A使b1 (資料匯流排上之LSB位元)與鎖存器626A中之LSB連接。類似地，MOSFET 645L使匯流排649上之b12 與鎖存器626A中之最高有效位元或MSB連接。匯流排位元b2 至b11 同樣地以一對一對應關係透過十個中間MOSFET(未展示)連接至鎖存器626A中之其等各自位元。儘管SLI匯流排資料暫存器313包括一16位元數位字組之事實，目的地鎖存器626A僅為12個位元寬。藉由自LSB及往上複製，該十二個最低有效位元b1 至b12 自資料暫存器313被複製至鎖存器626A中，而忽略位移暫存器311中之四個最高有效位元。來源暫存器313及目的地鎖存器626A無需具有同樣位元寬度。
類似地，AND閘634D8解碼用於通道D之故障資料。若SLI匯流排首碼選擇此組合，則量值比較器641D及642H之輸出皆為高，使得AND閘643D8之輸出亦為高。反相器644B之輸出繼而變成低(亦即，接近接地之一電位)，藉此接通八個P通道MOSFET 646A至646H。MOSFET 646A至646H一起充當為透過資料匯流排649使SLI匯流排位移暫存器313與功能鎖存器626B連接之一多通道傳輸閘。如在先前實例中，多個MOSFET(在此情況中為八個)使暫存器313及資料匯流排649互連至鎖存器626B內之對應位元。
具體言之，MOSFET 646A使b1 (資料匯流排上之LSB位元)與鎖存器626B中之LSB連接。類似地，MOSFET 646H使匯流排649上之b8 與鎖存器626B中之最高有效位元或MSB連接。匯流排位元b2 至b7 同樣地以一對一對應關係透 過六個中間MOSFET(未展示)連接至鎖存器626B中之其等各自位元。儘管SLI匯流排資料暫存器313包括一16位元數位字組之事實，目的地鎖存器626B僅為8個位元寬。藉由自LSB及往上複製，該八個最低有效位元b1 至b8 自資料暫存器313被複製至鎖存器626B中，而忽略位移暫存器311中之八個最高有效位元(包含MSB)。來源暫存器313及目的地鎖存器626B不與彼此或與鎖存器626A共用同樣位元寬度。
以此方式，即使當該等功能鎖存器不具有與SLI匯流排資料相同之大小，亦可透過一首碼多工SLI匯流排將16位元SLI匯流排資料引導至一LED驅動器中之特定功能鎖存器。相比之下，圖13A將解碼器電路601及多工器電路604之操作描述為一高階建構，該建構包括四個用於通道選擇之量值比較器、八個用於功能選擇之量值比較器及32個AND閘以唯一地驅動四元12P8T多工器開關604內之傳輸閘MOSFET。圖13E因此描述圖13A中所展示之系統之一可能實施例。
重申，圖13A中所展示之電路及圖13E中所展示之電路之實施方案繪示獨立控制32個參數之一SLI匯流排多工LED驅動器系統。由於25 =32，所以僅需要16位元SLI匯流排首碼暫存器312C及312F之5個位元以提供控制一32參數LED驅動器所需之資料。忽略該等SLI匯流排首碼暫存器312C及312F中之剩餘11個位元。儘管可減小SLI匯流排位移暫存器之大小，然而減少之SLI匯流排位移暫存器所節 省之面積相較於解碼器之大小亦為較小。藉由僅解碼所需之組合，可在一相對較小量之矽面積中實現一彈性SLI匯流排協定。
儘管一首碼多工SLI匯流排之此實例使用儲存於一8位元通道首碼暫存器312C及一8位元功能首碼暫存器312F中之一16位元首碼字組，然對熟習此項技術者為明顯的是，可使用較小數量之位元，及通道首碼暫存器及功能首碼暫存器在大小上無需相等。例如，一8位元首碼暫存器可利用一5位元通道首碼暫存器以定址32個通道，及僅利用一3位元功能首碼暫存器以定址8個功能。若證明(例如)在一LED壁標牌應用中支援高達256個單獨通道是有利的，則該通道首碼暫存器需要一八位元字組。使用用於功能解碼之額外四個位元支援16個功能，這對於大多數LED照明及顯示應用一般已經夠用。然而，減小前述16位元SLI匯流排首碼至一12位元位移暫存器之優點提供最小節省面積。此外，一12位元字組並非為2的次方且因此與二進制及十六進制資料集以及其他工業標準通信協定不一致。
因此，儘管減小SLI匯流排首碼暫存器及相關聯位移暫存器之大小提供最小節省量，同時犧牲SLI協定之彈性及擴展性，然最小化經解碼之組合之數量及減小被多工之資料匯流排之大小可確實節省成本。
為完整起見，亦包含其他解碼實例。圖13B繪示藉由用MC 612C及612F解碼儲存於一暫存器615C中之一2位元通道鍵及儲存於一暫存器615F中之一2位元功能鍵而驅動16 個功能鎖存器616之一解碼器611及一多工器614，其中16個邏輯AND閘613驅動一四元12P4T多工器614，促進將12位元資料獨立路由至16個功能鎖存器。使用儲存於一通道首碼暫存器312C及一功能首碼暫存器312F中之首碼資料，將儲存於一資料暫存器313中之資料路由至鎖存器616之一適當者。
圖13C繪示藉由用MC 622C及622F解碼儲存於一暫存器625C中之一1位元通道鍵及儲存於一暫存器625F中之一2位元功能鍵而驅動8個功能鎖存器626之一解碼器621及一多工器624，其中8個邏輯AND閘623驅動一雙重12P4T多工器624，促進將12位元資料獨立路由至8個功能鎖存器。使用儲存於通道首碼暫存器312C及功能首碼暫存器312F中之首碼資料，將儲存於一資料暫存器313中之資料路由至鎖存器626之一適當者。
以所揭示之方式，一首碼多工LED驅動器可透過一彈性序列通信介面而達成多個LED串之動態獨立控制。藉由用一LED驅動器IC多工及路由包含於一序列通信位移暫存器中之資料至各種功能鎖存器，可達成彈性控制而無需昂貴的高接針數封裝、大面積位移暫存器或高資料速率通信匯流排或過度複雜的控制。
同步載入多個功能鎖存器
儘管所揭示之SLI匯流排通信介面及協定促進低接針數封裝中之彈性多通道LED驅動，然前述實施方案仍受限於其固有的二階層之暫存器-鎖存器架構。如圖10至圖13中 所展示，在二階層暫存器-鎖存器架構中，控制資料僅存在於兩個鎖存器中：SLI匯流排之一位移暫存器及主動功能鎖存器。例如，在圖11中，位移暫存器311包含SLI匯流排通信資料，及功能鎖存器455包含用於控制LED驅動器IC之操作之功能資料。
在先前所描述之操作中，每次發生一Vsync時脈脈衝時，即自位移暫存器311複製資料至鎖存器455。藉由該簡單的控制方法，載入多個鎖存器可花費若干個Vsync時脈循環。例如，在第一循環中，將SLI匯流排資料寫入至用於通道A之PWM亮度「D」，在一第二循環中，將該資料寫入至用於通道B之亮度「D」，在一第三循環中，將該SLI匯流排資料寫入至用於通道A之相位延遲鎖存器，以此類推。考慮到各通道需要D、Φ、像點及故障設定以及故障報告，一雙通道LED驅動器IC需要至少十個Vsync循環以載入所有鎖存器。
在二階層暫存器-鎖存器架構中，鎖存器資料在Vsync脈衝時載入於鎖存器中之後立即變為主動。在此上下文中，術語「主動」意謂LED驅動狀態受鎖存器資料之變更之影響(亦即，顯示器背光狀態已經更改)，可引起顯示器之背光之可見變更。因此，在載入通道A亮度資料之後，在載入對應通道A相位資料之前等待另兩個Vsync脈衝意謂在一段時間內，通道A將以適當之亮度但卻錯誤的相位驅動其LED串。
以若干階段將該變更寫入至功能鎖存器中可引起背光之 可見像差，包含重像、閃爍等。不幸地係，二階層暫存器-鎖存器系統中之功能鎖存器之序列非同步載入本來就很有問題。由於沒有暫時儲存位置來保存資料，所以沒有辦法將資料自介面IC依序載入至驅動器IC中。因此，無法避免序列變更之連鎖效應。SLI匯流排位移暫存器無法保存資料，此係因為其必須用於計時更多之資料。無法使用功能鎖存器，此係因為其為主動且在載入時即變更LED驅動狀態。
此難題之解決方案在於利用如圖14中所展示之三階層暫存器-鎖存器架構。此架構包括一單一SLI匯流排位移暫存器311、多個預負載鎖存器655及連結至控制功能657之多個主動功能鎖存器656。控制功能657可為類比或數位。在此實施例中，僅使用一個SLI匯流排位移暫存器311以將資料依序寫入至多個預負載鎖存器655。此外，在圖14之實施例中，各預負載鎖存器655與各主動鎖存器656之間存在一對一對應關係，然在其他實施例中可不存在此對應關係。
圖14中所展示之具有三階層暫存器/鎖存器之架構並不意謂詳盡無遺或限制性，但僅意謂例示性。例如，一個LED驅動器IC可包含一個以上SLI匯流排暫存器，藉此一個SLI匯流排位移暫存器定址一組預負載鎖存器，及一第二SLI匯流排暫存器定址一第二組預負載鎖存器。然而，一般而言，為進行經濟有利的多工，主動鎖存器656之數量應等於或超過預負載鎖存器655之數量；否則，該首碼 SLI匯流排架構實際上比複雜型SLI匯流排架構沒有面積效益小且又昂貴。
類似地，儘管在圖14中，預負載鎖存器655之數量等於主動鎖存器656之數量，然而在其他實施例中，預負載鎖存器655之數量可小於主動鎖存器656之數量。由於一預負載鎖存器之主要功能為緩衝資料以便防止該資料影響LED驅動之狀態，同時容許在需要時(不一定在一Vsync脈衝之瞬間)將該資料寫入至相關聯主動鎖存器中，必須小心以防因自一些通道省略預負載鎖存器655而產生前述閃爍問題。一些功能對該閃爍問題不敏感，例如，故障集及故障狀態鎖存器可被實時寫入及查詢而沒有問題。事實上，故障鎖存器無需同步於Vsync脈衝，此係因為管理故障與逐圖框影像控制及背光狀態不相關。類似地，若像點鎖存器在啟動期間僅被寫入一次，則可省略用於像點功能之預負載鎖存器。在一些例子中，可在若干主動鎖存器之中共用一個預負載鎖存器。例如，若像點功能僅被用作為一全域設定但不用於逐通道控制，則用於像點資料之一個預負載鎖存器可用於寫入多個通道之主動鎖存器以設定LED電流。
總而言之，在架構上，預負載鎖存器之數量應等於或小於主動鎖存器之數量，及SLI匯流排位移暫存器之數量應小於預負載鎖存器之數量。在一較佳實施例中，至少通道PWM亮度功能或「D」資料、及相位延遲功能或「Φ」資料應包含包括主動鎖存器及預負載鎖存器兩者之三階層暫 存器-鎖存器方法。
繼續參考圖14，三階層暫存器-鎖存器架構之基本操作涉及：將資料移至SLI匯流排位移暫存器311中，將來自SLI匯流排資料暫存器313中之資料寫入至該等預負載655之一者中而不在此時更改對應主動鎖存器中之資料，及針對每個通道及功能重複該程序直至所有預負載鎖存器被載入，接著在某個指定時間(例如，在Vsync脈衝時)，將來自該等預負載鎖存器655之資料複製至其等各自主動鎖存器656中。僅在主動鎖存器資料發生變更時，LED驅動狀態才變更。只要不發生Vsync脈衝，預負載鎖存器可被寫入及重新寫入多次而不影響LED驅動狀態。
在該三階層暫存器-鎖存器架構中存在用於寫入資料之多種時序選項：是否在若干Vsync循環內將資料載入至SLI匯流排位移暫存器311中且複製至預負載鎖存器655中，或在一單一Vsync循環內載入所有資料。無論如何，較佳在一Vsync循環開始時將來自預負載鎖存器655之資料複製至主動鎖存器656中，使得PWM調光及相位延遲操作在一視訊圖框內保持恆定且與其前身(複雜型SLI匯流排版本)之操作一致。在一較佳實施例中，在一單一Vsync週期內將所有資料寫入至各種預負載鎖存器655，使得無需考慮特定時序問題。
在圖15中繪示用於在一單一Vsync循環將每個通道之每個預負載鎖存器載入於一顯示LED背光系統中之一SLI匯流排通信序列之一實例。該16通道顯示系統總共包括驅動 16個LED串之八個LED驅動器IC 701A至701G，其中每LED驅動器IC有兩個通道及個別鎖存器用於控制PWM亮度、相位延遲、像點電流設定及故障資訊。為便利起見，16個通道被唯一地識別，通道A及B對應於LED驅動器IC 701A、通道C及D對應於LED驅動器IC 701B，以此類推，直至驅動器701G包含通道P及Q。
在連續標記中排除了通道O以避免字母「O」與數字「0」之間之混淆。鎖存器之數量總共包括8個驅動器IC乘以每驅動器IC的2個通道乘以每通道4個鎖存器，總共64個鎖存器。各驅動器IC包括具有四個功能鎖存器之兩個通道或總共八個鎖存器，與圖13C中所展示之雙通道驅動器及解碼架構一致。由於各驅動器IC僅包含一個SLI匯流排位移暫存器及八個功能鎖存器，所以將資料載入至整個背光系統中最少需要八個循環，藉由連續資料序列702至709標示。
在所展示之實例中，第一資料序列702包含依序用於通道Q、N、L、J、H、F、D及B之故障鎖存器之資料，其中FLT資料集被移至SLI匯流排且從中通過且接著複製至對應故障預負載鎖存器中。接著，一第二資料序列703包含依序用於通道P、M、K、I、G、E、C及A之故障鎖存器之資料，其中FLT資料集被移至SLI匯流排且從中通過且接著複製至對應故障預負載鎖存器中。
接著，在資料序列704中，像點資料依序被載入用於通道Q、N、L、J、H、F、D及B，接著是資料序列705，其 中循序載入像點資料用於通道P、M、K、I、G、E、C及A。類似地，在隨後資料序列706中，依序載入用於通道Q、N、L、J、H、F、D及B的相位資料，接著是資料序列707，其中載入用於通道P、M、K、I、G、E、C及A的相位資料。最後在資料序列708中，依序載入用於通道Q、N、L、J、H、F、D及B的PWM資料，接著是資料序列709，其中循序載入用於通道P、M、K、I、G、E、C及A的PWM資料。以此方式，驅動器IC 701A至701G中之每個功能鎖存器係使用一單一共用SLI匯流排而載入且使用適當首碼碼而多工至其等適當鎖存器，藉此在一單一Vsync循環內載入所有資料。隨後，在稍後某個時候，發生Vsync脈衝，將預負載鎖存器資料載入至主動鎖存器中，變更LED驅動狀態及顯示器背光之操作。
應注意，儘管上述序列被描述為經由SLI匯流排將資料自介面IC寫入至其衛星LED驅動器IC中，然該協定亦支援自LED驅動器IC返回至介面IC之雙向通信。例如，當資料序列702中之資料被寫入至FLT鎖存器中時，故障狀態資訊可自驅動器IC複製返回至SLI匯流排位移暫存器之資料欄位中之適當位元中。接著，當資料序列703中之FLT資料自介面IC移出至LED驅動器IC時，駐存於SLI匯流排位移暫存器中之故障資料被移出菊鏈中之最後驅動器IC之SO接針且返回至介面IC以待解譯。因此，並非在資料序列702之SLI匯流排廣播期間，而是在隨後資料序列703之廣播期間，藉由介面IC接收用於通道Q、N、L、J、H、F、D及B 之故障狀態資料。以一類似方式，並非在資料序列703之SLI匯流排廣播期間，而是在隨後資料序列704之廣播期間，藉由介面IC接收用於通道P、M、K、I、G、E、C及A之故障狀態資料。
在此實例中，在一單一Vsync循環內寫入整個系統中之所有預負載鎖存器，及在發生隨後Vsync脈衝時，將因此所寫入之資料自該等預負載鎖存器傳送至主動鎖存器。儘管可針對顯示操作之每個圖框及Vsync脈衝重複此程序，然而在背光驅動器系統之初始設定之後，重新發送多餘資料既不必要且甚至累贅。
在圖16A中所展示之流程圖及狀態圖中繪示在每個Vsync循環中重寫寫入每個鎖存器之一計算及節能替代方案。在該流程圖中，背光控制序列包括兩個時期：初始化背光LED驅動器之751A及重新整理背光LED驅動器狀態之751B。如在圖15中所展示之序列中，初始化時期751A涉及根據序列時脈SCK信號將用於一給定主動鎖存器(754)之資料(包含首碼資料及功能資料)移至(752A)SLI匯流排中，及接著載入適當預負載鎖存器(753A)。以用於每個主動鎖存器(754)之資料重複此程序直至所有預負載鎖存器(753A)被載入。可將自SLI匯流排複製資料至一預負載鎖存器(753A)中之命令嵌入於序列時脈SCK波形中且因此不需要一單獨硬體解決方案或佈線。在所有預負載鎖存器(753A)被初始化之後，Vsync脈衝告知LED驅動器IC複製資料至主動鎖存器(754)中且進行變更，藉此變更LED驅動狀態及 顯示器背光之操作。
在初始化之後，僅更新及重新寫入(亦即，重新整理)需要變更之功能鎖存器。更新背光時期751B繪示在一資料重新整理期間，藉由以下方式僅重新寫入特定鎖存器：在序列時脈SCK信號之控制下位移資料(752B)至SLI匯流排中，且接著將正在更新之通道及功能之資料僅載入至特定預負載鎖存器中(753B)。其他預負載鎖存器(亦即，未更新之鎖存器)保持不變。例如，可頻繁更新每個通道的PWM及相位資料，但像點資料可保持不變，除非TV自2D模式變更至3D模式或反之亦然。以此方式，在SLI匯流排上重複廣播之資料之大小為在初始化期間發送之一小部分。
在本發明之一實施例中，自一SLI匯流排資料暫存器複製資料至一預負載鎖存器中之指令完全基於SCK序列時脈信號之波形。在圖16B之時序圖中，序列時脈SCK信號711以連續方式運行，同時資料被載入至LED驅動器IC 701A至701H中。由於該資料為連續序列，所以被移至SLI匯流排中之第一資料對應於離介面IC最遠之驅動器IC(亦即，驅動器IC 701H)，而被移至SLI匯流排中之最後資料對應於最接近於介面IC之驅動器IC(亦即，驅動器IC 701A)。在資料已被移至驅動器IC 701A至701H內之所有SLI匯流排位移暫存器中之後，SCK信號在某個持續時間tlatch 774內保持為高，在該持續時間之後，來自所有不同SLI匯流排位移暫存器之資料被平行複製至預負載鎖存器773中。該持續時間tlatch 可用一計時器輕易實施，且出於方便可等於約 等於10至20個SCK脈衝之時間。例如，若序列時脈以10 MHz運行，則各SCK脈衝之持續時間為0.1微秒。若該SCK信號經偵測以保持為高，則在tlatch 計時器計時約1微秒後，來自SLI匯流排位移暫存器之資料將鎖存至預負載鎖存器773中。
tlatch 計時器之時序並非關鍵。實際上，SLI匯流排之資料正確度對SCK信號之中斷不敏感。例如，若該資料在SCK信號因任何原因暫時處於一「高」狀態時僅位移通過序列鏈之一半，則該高狀態將被解譯為將資料寫入至預負載鎖存器中之一指令。由於此時SLI匯流排位移暫存器中存在錯誤資料，或更準確而言，該資料錯誤地定位在SLI匯流排暫存器中，所以該錯誤資料將鎖存至預負載鎖存器773中。儘管此暫時通信錯誤，然只要在該資料處於不適當SLI匯流排位移暫存器中時不發生Vsync脈衝，將不會導致系統操作問題。
沒有Vsync脈衝，即沒有預負載資料被複製至一主動鎖存器中。假定SCK信號恢復計數，SLI匯流排資料將繼續位移通過序列匯流排直至其到達其最終目的地LED驅動器IC位移暫存器，在tlatch 之一持續時間之後，自驅動器IC 701A至701H中之SLI匯流排位移暫存器載入適當資料至預負載鎖存器773中，覆寫不正確資料。由於在一單一Vsync脈衝內發生整個事件，所以臨時將錯誤資料載入至預負載鎖存器中之事實在背光操作中完全無害且觀察不出來。
為將SLI匯流排資料移至適當IC中，SLI匯流排操作之一 關鍵方面在於，在SLI匯流排上廣播之位元數必須對應於對應的LED驅動器IC。例如，在圖16B中，SLI匯流排上之位元總數等於八個雙通道LED驅動器IC 701A至701H之個別SLI匯流排暫存器中之位元數之總和。假定八個驅動器IC 701A至701H之各者中之SLI匯流排暫存器包含一8位元通道首碼暫存器、一8位元功能首碼暫存器及一16位元資料暫存器，總共32個位元。將SLI匯流排資料寫入至八個32位元位移暫存器中需要256個SCK脈衝。前32個SCK脈衝將載入驅動器IC 701H所要之資料，及第33個至64個SCK脈衝將載入驅動器IC 701G所要之資料，以此類推。具體言之，在圖16B之實例中，在發生tlatch 持續時間之後，將資料DB 、DD 、DF 、DH 、DJ 、DL 、DN 及DQ 自驅動器IC 701A至701H中之SLI匯流排中之資料暫存器分別複製至其等對應PWM預負載鎖存器PWM B、PWM D、PWM F、PWM H、PWM J、PWM L、PWM N及PWM Q。
由於各驅動器IC包括具有兩組預負載鎖存器之兩個通道，所以在SLI匯流排上需要一第二廣播以載入PWM預負載鎖存器PWM A、PWM C、PWM E、PWM G、PWM I、PWM K及PWM M。必須針對待載入之各組鎖存器重複此程序。
在圖16C之時序及流程圖中進一步闡明一多通道多鎖存器序列之操作，表示控制SLI匯流排及所有衛星LED驅動器IC之介面IC之輸出。在所展示之實例中，時序波形801及802表示SCK時脈及Vsync時脈，波形在時間上自左至右 前進。
在SCK叢發803A期間，將第一組之PWM持續時間「D」資料移至SLI匯流排位移暫存器中。在SCK叢發803A結束時，SCK信號暫時保持為「高」，在該時間期間，SLI匯流排「D」資料被複製至預負載鎖存器P、M、K、I、G、E、C及A。在下一個SCK叢發803B期間，第二組之PWM「D」資料被移至SLI匯流排位移暫存器中。在SCK叢發803B結束時，SCK信號暫時保持為「高」，在該時間期間，SLI匯流排「D」資料被複製至預負載鎖存器Q、N、L、J、H、F、D及B中。
在SCK叢發803C且接著的SCK「高」期間，相位資料移至SLI匯流排中且鎖存至預負載鎖存器P、M、K、I、G、E、C及A中，接著是SCK叢發803D及接著的SCK「高」，在該期間將相位資料移至SLI匯流排中且鎖存至預負載鎖存器Q、N、L、J、H、F、D及B中。其後，在SCK叢發803E及接著的SCK「高」期間，將像點(亦即，LED電流)資料移至SLI匯流排中且鎖存至預負載鎖存器P、M、K、I、G、E、C及A中，接著是SCK叢發803F及接著的SCK「高」，在該期間將像點資料移至SLI匯流排中且鎖存至預負載鎖存器Q、N、L、J、H、F、D及B中。最後，在SCK叢發803G及接著的SCK「高」期間，將故障資料移至SLI匯流排中且鎖存至預負載鎖存器P、M、K、I、G、E、C及A中，接著是SCK叢發803H及接著的SCK「高」，在該期間將故障資料移至SLI匯流排中且鎖存至預負載鎖存器Q、 N、L、J、H、F、D及B中。
應注意，關於所揭示之首碼多工SLI匯流排，一驅動器IC內之第一或第二通道之寫入之序列完全為任意的。例如，在SCK叢發803A期間，PWM資料用於通道P、M、K、I、G、E、C及A或用於通道Q、N、L、J、H、F、D及B並沒有差別。由於預負載鎖存器中之資料直至在Vsync脈衝802時被複製至相關聯鎖存器中才顯示，所以載入預負載鎖存器之順序無關緊要。唯一要求在於，在菊鏈中距離介面IC最遠之驅動器IC中之通道(亦即，通道P或通道Q)所要之資料被首先寫入，及距離介面IC最近之驅動器IC中之通道(通道A或通道B)所要之資料被最後寫入。在理論上，可以替代或任意方式在SLI匯流排通信中混合第一及第二通道(例如，通道Q接著是通道M再是通道K)，但此做法使檢查定序是否有誤變得更加困難而沒有益處。
在所揭示之首碼多工SLI匯流排中，藉以將預負載鎖存器載入於一給定驅動器IC及通道內之序列亦為完全任意。例如，可在保存PWM作用時間因數資料之預負載鎖存器之前載入保存相位資料之預負載鎖存器，及此可在將像點資料或故障資料載入預負載鎖存器之前或之後完成。因此，本發明之首碼多工SLI匯流排及方法在多通道多參數LED驅動之動態控制中提供了極大的彈性。
在Vsync脈衝802時，將來自所有預負載鎖存器之資料複製至相關聯主動鎖存器中，由箭頭所指示。具體言之，將用於PWM P及PWM Q、相位P及相位Q、像點P及像點Q以 及故障P及故障Q之資料寫入至雙通道LED驅動器IC 701H之主動鎖存器中；將用於PWM M及PWM N、相位M及相位N、像點M及像點N以及故障M及故障N之資料寫入至雙通道LED驅動器IC 701G之主動鎖存器中，以此類推。同樣在Vsync時，用於最接近於介面IC之LED驅動器IC 701A之PWM資料、相位資料、像點資料及故障資料亦自預負載鎖存器複製至主動鎖存器中。
重新整理LED驅動狀態
在LED驅動器IC中之主動鎖存器被完全載入之後，可發送一子集之資料以更新鎖存器進行動態變更。一種常見的動態變更為更新PWM亮度設定(即可隨每個視訊圖框而變更之一參數)。展示於圖17A中所展示之SLI匯流排資料序列中之此一更新包括在來自介面IC之兩個資料廣播中載入LED驅動器IC 701H至701A中之所有PWM預負載鎖存器之兩個資料序列851及852。該等資料序列851及852因此為圖15中所展示之資料序列之一子集。
空白或「隨意(don't care)」資料亦可被移至不需要更新之通道中之SLI匯流排位移暫存器中，其限制條件為首碼係經選擇以便不寫入至驅動器IC中之任意鎖存器。例如，若僅變更PWM P及PWM Q鎖存器，則位移通過SLI匯流排之資料可包括14個通道之「隨意」資料及兩個通道之PWM資料，如圖17B之資料序列中所展示。藉由選定未實體定址IC中之一鎖存器之一首碼，藉由選定不存在之一通道選擇碼或不存在之一功能選擇碼而忽略資料欄位中之「隨 意」資料或DC資料。例如，寫入0000至0100或更大(十六進制為04)之一通道碼將選擇超出一四通道LED驅動器IC中之四個整合的十六進制通道00至03之一通道碼且因此將被忽略。替代地，寫入0000至1000或更大(十六進制為08)之一功能選擇碼將選擇在八個鎖存器十六進制範圍00至07之外之一功能鎖存器且因此將被忽略。
替代地，一安全選擇為使用二進制中之首碼FFFF、1111-1111-1111-1111以在甚至最大系統中選定超過所有可實行鎖存器計數之一值。在一替代實施例中，碼FFFF可被保留以作為一「隨意」命令。該「隨意」功能係必要的，此係因為在基於一位移暫存器之通信協定中，必須位移正確數量之位元以將更新資料移至適當驅動器IC中之SLI匯流排之首碼暫存器及資料暫存器中。參考圖17B中所展示之實例，將包含用於PWM P之更新資料之一32位元字組載入通道701H中需要在包含PWM P鎖存器之更新之32位元字組之後，將七個32位元字組或224個位元移至位移暫存器中。在PWM Q中也是同樣的道理，其中具有選擇Q通道及PWM功能鎖存器之一首碼之一32位元更新字組必須接在224個位元之後以將該資料移動至其對應驅動器IC 701H中。應重申，在雙通道驅動器IC中，整體LED驅動器系統中之第二通道是否為通道B、D、F、H、J、L、N及Q並沒有差別。因此，在將用於一特定鎖存器之更新資料移至SLI匯流排上之後將正確位元數移至SLI匯流排中對於選擇正確通道、功能及LED驅動器IC係重要的。
最後一點，只要廣播的位元數等於LED驅動器IC之數量乘以各驅動器IC之SLI匯流排暫存器中之位元數，便可在一單一SLI匯流排更新中混合更新。
例如，在圖17C中之SLI匯流排通信序列中，在廣播序列891中發送PWM、故障、相位及DC資料之一混合，總共包括移至SLI匯流排上之8個通道乘以32個位元或256個位元。在所展示之實例中，不僅不同功能被一起混合至相同資料流中，經選擇之通道亦可將A通道及B通道資料混雜至相同資料流中。例如，該「A通道」資料包含分別用於LED驅動器IC 701B、701D及701H之PWM C、相位G及PWM P資料，及該「B通道」資料包含用於對應LED驅動器IC 701E及701G之故障J資料及PWM N資料，及驅動器IC 701A、701C及701F中之資料指示一「隨意」驅動狀態。簡而言之，在上文所描述之實施例中，用於任意驅動器IC中之高達一個(但不多於一個)預負載鎖存器之資料可包含於載入SLI匯流排中之任意單一資料序列中。
以所規定之方法，可使用所揭示之首碼多工SLI匯流排協定執行更新LED驅動器狀態而不用重新發送全組之鎖存器資訊。
SLI匯流排彈性
所揭示之首碼多工SLI匯流排與未在本文特定揭示之各種功能(包括切換一給定通道為開啟或關閉之能力、使PWM信號反相之能力以及編碼CSFB回饋信號且將其嵌入至SLI匯流排協定中之能力)相容。因此，本發明中所描述 之應用及功能不應以任意方式解讀為限制SLI匯流排之效用。
1‧‧‧多晶粒LED驅動器系統
2‧‧‧LED串
2A‧‧‧LED串
2B‧‧‧LED串
2C‧‧‧LED串
2D‧‧‧LED串
2E‧‧‧LED串
2F‧‧‧LED串
2G‧‧‧LED串
2H‧‧‧LED串
2I‧‧‧LED串
2J‧‧‧LED串
2K‧‧‧LED串
2L‧‧‧LED串
2M‧‧‧LED串
2N‧‧‧LED串
2P‧‧‧LED串
2Q‧‧‧LED串
3‧‧‧保護裝置
3A‧‧‧高電壓保護裝置
3B‧‧‧高電壓保護裝置
3C‧‧‧高電壓保護裝置
3D‧‧‧高電壓保護裝置
3E‧‧‧高電壓保護裝置
3F‧‧‧高電壓保護裝置
3G‧‧‧高電壓保護裝置
3H‧‧‧高電壓保護裝置
3I‧‧‧高電壓保護裝置
3J‧‧‧高電壓保護裝置
3K‧‧‧高電壓保護裝置
3L‧‧‧高電壓保護裝置
3M‧‧‧高電壓保護裝置
3N‧‧‧高電壓保護裝置
3P‧‧‧高電壓保護裝置
3Q‧‧‧高電壓保護裝置
4‧‧‧電流槽電晶體
4A‧‧‧電流槽電晶體
4B‧‧‧電流槽電晶體
4C‧‧‧電流槽電晶體
4D‧‧‧電流槽電晶體
4E‧‧‧電流槽電晶體
4F‧‧‧電流槽電晶體
4G‧‧‧電流槽電晶體
4H‧‧‧電流槽電晶體
4I‧‧‧電流槽電晶體
4J‧‧‧電流槽電晶體
4K‧‧‧電流槽電晶體
4L‧‧‧電流槽電晶體
4M‧‧‧電流槽電晶體
4N‧‧‧電流槽電晶體
4P‧‧‧電流槽電晶體
4Q‧‧‧電流槽電晶體
6‧‧‧背光控制器積體電路
7‧‧‧背光微控制器
8‧‧‧純量積體電路
9‧‧‧切換模式電源供應器
10‧‧‧電流感測回饋信號
11‧‧‧共同LED電源供應軌
12‧‧‧序列周邊介面(SPI)匯流排
21‧‧‧LED串
22‧‧‧保護疊接箝制MOSFET
23‧‧‧積體高電壓電路二極體
24‧‧‧電流槽MOSFET
25‧‧‧電流感測I精確閘極驅動器電路
26‧‧‧電流感測回饋電路
27‧‧‧LED故障電路
28‧‧‧介面
50‧‧‧LED驅動器
51‧‧‧LED驅動器IC
52A‧‧‧LED串
52B‧‧‧LED串
53‧‧‧濾波電容器
54‧‧‧Iset電阻器
55A‧‧‧電流槽DMOSFET
55B‧‧‧電流槽DMOSFET
56A‧‧‧I精確閘極驅動器電路/I精確電路
56B‧‧‧I精確閘極驅動器電路/I精確電路
57A‧‧‧疊接箝制DMOSFET
57B‧‧‧疊接箝制DMOSFET
58A‧‧‧積體高電壓二極體/PN二極體
58B‧‧‧積體高電壓二極體/PN二極體
59‧‧‧數位控制及時序電路
60‧‧‧類比控制及感測電路
61‧‧‧SLI(序列照明介面)匯流排位移暫存器
62‧‧‧偏壓電路/偏壓供應及調節器
80‧‧‧LED驅動器
81‧‧‧LED驅動器IC
81A‧‧‧LED驅動器IC
81H‧‧‧LED驅動器IC
82‧‧‧Iset電阻器
83A‧‧‧LED串
83B‧‧‧LED串
83C‧‧‧LED串
83D‧‧‧LED串
83E‧‧‧LED串
83F‧‧‧LED串
83G‧‧‧LED串
83H‧‧‧LED串
83I‧‧‧LED串
83J‧‧‧LED串
83K‧‧‧LED串
83L‧‧‧LED串
83M‧‧‧LED串
83N‧‧‧LED串
83P‧‧‧LED串
83Q‧‧‧LED串
84‧‧‧偏壓供應及調節器/偏壓電路
85‧‧‧類比控制及感測電路
85A‧‧‧類比控制及感測電路
85H‧‧‧類比控制及感測電路
86A‧‧‧I精確閘極驅動器電路
86B‧‧‧I精確閘極驅動器電路
86P‧‧‧I精確閘極驅動器電路
86Q‧‧‧I精確閘極驅動器電路
87A‧‧‧電流槽DMOSFET
87B‧‧‧電流槽DMOSFET
87P‧‧‧電流槽DMOSFET
87Q‧‧‧電流槽DMOSFET
88A‧‧‧積體HV二極體
88B‧‧‧積體HV二極體
88P‧‧‧積體HV二極體
88Q‧‧‧積體HV二極體
89‧‧‧數位控制及時序電路
89A‧‧‧數位控制及時序電路
89H‧‧‧數位控制及時序電路
90‧‧‧序列照明介面匯流排
90A‧‧‧序列照明介面匯流排/SLI匯流排位移暫存器
90H‧‧‧序列照明介面匯流排
100‧‧‧分散式多通道LED背光驅動器系統
101‧‧‧介面積體電路(IC)
102‧‧‧電容器
107‧‧‧共同信號線
108‧‧‧切換模式電源供應器
109‧‧‧線
110‧‧‧固定+24 V供應軌
111‧‧‧電流回饋信號
112A‧‧‧CSFB線
112B‧‧‧CSFB線
112C‧‧‧CSFB線
112D‧‧‧CSFB線
112E‧‧‧CSFB線
112F‧‧‧CSFB線
112G‧‧‧CSFB線
112H‧‧‧CSFB線
112I‧‧‧CSFB線
113A‧‧‧信號線
113B‧‧‧信號線
113C‧‧‧信號線
113D‧‧‧信號線
113E‧‧‧信號線
113F‧‧‧信號線
113G‧‧‧信號線
113H‧‧‧信號線
113I‧‧‧信號線
122‧‧‧序列周邊介面匯流排
123‧‧‧序列照明介面單元/序列照明介面匯流排電路
124‧‧‧時序及控制單元
125‧‧‧電壓參考源
126‧‧‧偏壓供應單元
127‧‧‧運算跨導放大器
152‧‧‧主機μC
153‧‧‧純量積體電路
204‧‧‧電阻器
210A‧‧‧鎖存器及計數器A電路
210B‧‧‧鎖存器及計數器B電路
211A‧‧‧D鎖存器
211B‧‧‧D鎖存器
212A‧‧‧Φ鎖存器
212B‧‧‧Φ鎖存器
213A‧‧‧D/A轉換器
213B‧‧‧D/A轉換器
214‧‧‧故障鎖存電路
215‧‧‧LED故障偵測電路
216‧‧‧溫度偵測電路
217‧‧‧參考電流源
218‧‧‧電流感測回饋電路
219‧‧‧MOSFET
220A‧‧‧PWMA暫存器
220B‧‧‧PWMB暫存器
221A‧‧‧相位A暫存器
221B‧‧‧相位B暫存器
222A‧‧‧像點A暫存器
222B‧‧‧像點B暫存器
224‧‧‧故障設定暫存器
225‧‧‧故障狀態暫存器
250‧‧‧LED驅動器系統
251A‧‧‧LED驅動器IC
251B‧‧‧LED驅動器IC
251C‧‧‧LED驅動器IC
251D‧‧‧LED驅動器IC
251E‧‧‧LED驅動器IC
251F‧‧‧LED驅動器IC
251G‧‧‧LED驅動器IC
251H‧‧‧LED驅動器IC
252‧‧‧介面IC
253‧‧‧資料序列
301‧‧‧LED驅動器IC
302‧‧‧電流設定電阻器
303A‧‧‧LED串
303B‧‧‧LED串
303C‧‧‧LED串
303D‧‧‧LED串
304‧‧‧偏壓供應
306A‧‧‧I精確閘極驅動器電路
306B‧‧‧I精確閘極驅動器電路
306C‧‧‧I精確閘極驅動器電路
306D‧‧‧I精確閘極驅動器電路
307A‧‧‧電流槽DMOSFET
307B‧‧‧電流槽DMOSFET
307C‧‧‧電流槽DMOSFET
307D‧‧‧電流槽DMOSFET
308A‧‧‧高電壓二極體
308B‧‧‧高電壓二極體
308C‧‧‧高電壓二極體
308D‧‧‧高電壓二極體
309‧‧‧數位控制及時序電路
310‧‧‧類比控制及感測電路
311‧‧‧SLI匯流排位移暫存器
312‧‧‧首碼暫存器
312C‧‧‧首碼暫存器/通道首碼暫存器
312F‧‧‧首碼暫存器/功能首碼暫存器
313‧‧‧資料暫存器
354‧‧‧故障狀態暫存器
355‧‧‧故障狀態暫存器
402‧‧‧數位控制及時序電路
403‧‧‧類比控制及感測電流
410‧‧‧SLI匯流排
410A‧‧‧鎖存器及計數器A電路
410B‧‧‧鎖存器及計數器B電路
411A‧‧‧D鎖存器
411B‧‧‧D鎖存器
412A‧‧‧Φ鎖存器
412B‧‧‧Φ鎖存器
413A‧‧‧D/A轉換器
413B‧‧‧D/A轉換器
414‧‧‧故障鎖存電路
419‧‧‧首碼解碼器及多工器電路
451‧‧‧首碼解碼器
452‧‧‧功能選擇輸出
453‧‧‧通道選擇輸出
454‧‧‧多工器電路
455‧‧‧鎖存器
456‧‧‧類比或數位功能
457‧‧‧通道
491‧‧‧解碼器
492‧‧‧多工器
501‧‧‧四通道LED驅動器IC
503A‧‧‧LED串
503B‧‧‧LED串
503C‧‧‧LED串
503D‧‧‧LED串
506A‧‧‧I精確閘極驅動器電路
506B‧‧‧I精確閘極驅動器電路
506C‧‧‧I精確閘極驅動器電路
506D‧‧‧I精確閘極驅動器電路
507A‧‧‧電流槽DMOSFET
507B‧‧‧電流槽DMOSFET
507C‧‧‧電流槽DMOSFET
507D‧‧‧電流槽DMOSFET
509‧‧‧數位控制及時序電路
510‧‧‧類比控制及感測電路
511‧‧‧多工器
512‧‧‧SLI匯流排位移暫存器/SLI匯流排介面
513‧‧‧解碼器
531‧‧‧LED驅動器IC
539‧‧‧數位控制及時序電路
540‧‧‧類比控制及感測電路
541‧‧‧雙通道多工器
542A‧‧‧SLI匯流排位移暫存器
542B‧‧‧SLI匯流排位移暫存器
543A‧‧‧解碼器
543B‧‧‧解碼器
601‧‧‧解碼器
602C‧‧‧量值比較器
602F‧‧‧量值比較器
603‧‧‧數位邏輯閘
604‧‧‧多工器
605C‧‧‧解碼鍵/通道選擇碼鍵
605F‧‧‧解碼鍵/功能選擇碼鍵
606‧‧‧功能鎖存器
607‧‧‧功能鎖存器庫
611‧‧‧解碼器
612C‧‧‧量值比較器
612F‧‧‧量值比較器
613‧‧‧AND閘
614‧‧‧多工器
615C‧‧‧暫存器
615F‧‧‧暫存器
616‧‧‧功能鎖存器
621‧‧‧解碼器
622C‧‧‧量值比較器
622F‧‧‧量值比較器
623‧‧‧AND閘
624‧‧‧多工器
625C暫存器
625F‧‧‧暫存器
626‧‧‧功能鎖存器
626A‧‧‧功能鎖存器
626B‧‧‧功能鎖存器
631‧‧‧量值比較器
632‧‧‧NOR閘/XNOR閘
633‧‧‧NOR閘/XNOR閘
634‧‧‧NOR閘
635‧‧‧AND閘
636‧‧‧通道或功能碼鍵
637‧‧‧多通道量值比較器閘
641A‧‧‧量值比較器
641B‧‧‧量值比較器
641D‧‧‧量值比較器
642A‧‧‧量值比較器
642B‧‧‧量值比較器
642H‧‧‧量值比較器
643A1‧‧‧邏輯AND閘
643B1‧‧‧邏輯AND閘
643A2‧‧‧邏輯AND閘
643D8‧‧‧邏輯AND閘
644A‧‧‧反相器
644B‧‧‧反相器
645A‧‧‧P通道MOSFET
645L‧‧‧P通道MOSFET
646A‧‧‧P通道MOSFET
646H‧‧‧P通道MOSFET
647‧‧‧經解碼之通道匯流排/四通道匯流排線
648‧‧‧經解碼之功能匯流排/八功能匯流排線
649‧‧‧資料匯流排
655‧‧‧預負載鎖存器
656‧‧‧主動功能鎖存器
657‧‧‧控制功能
701A‧‧‧LED驅動器IC
701B‧‧‧LED驅動器IC
701C‧‧‧LED驅動器IC
701D‧‧‧LED驅動器IC
701E‧‧‧LED驅動器IC
701F‧‧‧LED驅動器IC
701G‧‧‧LED驅動器IC
701H‧‧‧LED驅動器IC
771‧‧‧序列時脈SCK信號
773‧‧‧預負載鎖存器
774‧‧‧持續時間
801‧‧‧時序波形/SCK脈衝
802‧‧‧時序波形/Vsync脈衝
803A‧‧‧SCK叢發
803B‧‧‧SCK叢發
803C‧‧‧SCK叢發
803D‧‧‧SCK叢發
803E‧‧‧SCK叢發
803F‧‧‧SCK叢發
803G‧‧‧SCK叢發
803H‧‧‧SCK叢發
851‧‧‧資料序列
852‧‧‧資料序列
891‧‧‧廣播序列
b1 、b8 、b12 ‧‧‧匯流排位元
CSFBI‧‧‧輸入接針
CSFBO‧‧‧輸出接針
DB ‧‧‧資料
DD ‧‧‧資料
DF ‧‧‧資料
DH ‧‧‧資料
DJ ‧‧‧資料
DL ‧‧‧資料
DN ‧‧‧資料
DQ ‧‧‧資料
FLT‧‧‧數位故障線/故障中斷線
GSC‧‧‧灰階時脈
SC‧‧‧序列時脈
SCK‧‧‧數位時脈線/序列時脈
SI‧‧‧序列輸入
SO‧‧‧序列輸出
tlatch ‧‧‧持續時間
Vcc‧‧‧電源
Vref‧‧‧參考電壓
Vsync‧‧‧數位時脈線/脈衝
圖1繪示使用離散DMOSFET作為整合電流槽及保護電壓箝制之用於LCD背光之一先前技術多通道LED驅動系統之一圖式。
圖2A係使用一離散DMOSFET作為具有一保護高電壓疊接箝制DMOSFET之一電流槽之一個別LED驅動通道之一示意電路圖。
圖2B係使用一離散高電壓DMOSFET作為不具有一疊接箝制之一電流槽之一個別LED驅動通道之一示意電路圖。
圖3A係具有序列匯流排控制及一保護高電壓疊接箝制DMOSFET之一雙通道高電壓智慧型LED驅動器之一示意電路圖。
圖3B係具有序列匯流排控制及一高電壓電流槽MOSFET而無一疊接箝制MOSFET之一雙通道高電壓智慧型LED驅動器之一示意電路圖。
圖4係包括具有一電流感測回饋(CSFB)系統及一SLI序列匯流排之智慧型LED驅動器之一多通道LED背光系統之一示意電路圖。
圖5係圖4中所展示之系統之一簡化示意圖，其繪示可使用具有SLI序列匯流排控制及一低接針數介面IC封裝之智慧型LED驅動器而達成之明顯減少之建造材料(BOM)。
圖6係一雙通道智慧型LED驅動器中具有一對應數位控 制及時序(DC&T)及類比控制及感測(AC&S)之「複雜型」SLI匯流排暫存器之一方塊圖。
圖7係控制多個LED驅動器之一SLI匯流排之一時序圖。
圖8係具有一SLI匯流排及高電壓電流槽MOSFET而無疊接箝制MOSFET之之一四通道高電壓智慧型LED驅動器之一示意電路圖。
圖9係一四通道LED驅動器IC之一「複雜型」SLI匯流排之一繪示。
圖10係繪示一雙通道智慧型LED驅動器中具有一對應數位控制及時序(DC&T)及類比控制及感測(AC&S)之一首碼多工SLI匯流排暫存器之一方塊圖。
圖11係包含通道及功能解碼之一首碼多工SLI匯流排之一方塊圖。
圖12A係具有首碼多工SLI匯流排控制及一單一多工器之一雙通道高電壓智慧型LED驅動器之一示意電路圖。
圖12B係具有首碼多工SLI匯流排控制及一單一多工器之一四通道高電壓智慧型LED驅動器之一示意電路圖。
圖12C係具有首碼多工SLI匯流排控制及一雙多工器之一四通道高電壓智慧型LED驅動器之一示意電路圖。
圖13A展示包括一4通道8功能SLI匯流排解碼器及一多工器之一LED驅動器IC之實施例。
圖13B展示包括一4通道4功能SLI匯流排解碼器及一多工器之一LED驅動器IC之實施例。
圖13C展示包括一2通道4功能SLI匯流排解碼器及一多工 器之一LED驅動器IC之實施例。
圖13D展示一量值比較器之一實例。
圖13E展示使用AND閘及一多工器之一功能及通道解碼器之一實例。
圖14係繪示具有包含預負載鎖存器及主動鎖存器之三階層暫存器-鎖存器架構之一首碼多工SLI匯流排暫存器之一方塊圖。
圖15繪示包括具有四個獨立功能之八個LED驅動器IC之一16通道系統之一SLI匯流排資料序列。
圖16A係展示用於具有多個功能暫存器之一SLI匯流排之初始化及暫存器更新演算法之一流程圖。
圖16B係繪示同步寫入至多個預負載鎖存器之程序之一流程圖。
圖16C繪示具有8個LED驅動器IC之一16通道4功能系統之一資料序列。
圖17A繪示用於僅更新一16通道系統中之PWM鎖存器之一資料序列。
圖17B繪示用於使用一「隨意」首碼狀態而選擇性更新通道之一資料序列。
圖17C繪示一單一SLI匯流排廣播中之通道、功能及隨意指令之一混合之一資料序列。
81A‧‧‧LED驅動器IC
81H‧‧‧LED驅動器IC
83A‧‧‧LED串
83B‧‧‧LED串
83P‧‧‧LED串
83Q‧‧‧LED串
85A‧‧‧類比控制及感測電路
85H‧‧‧類比控制及感測電路
86A‧‧‧I精確閘極驅動器電路
86B‧‧‧I精確閘極驅動器電路
86P‧‧‧I精確閘極驅動器電路
86Q‧‧‧I精確閘極驅動器電路
87A‧‧‧電流槽DMOSFET
87B‧‧‧電流槽DMOSFET
87P‧‧‧電流槽DMOSFET
87Q‧‧‧電流槽DMOSFET
88A‧‧‧積體HV二極體
88B‧‧‧積體HV二極體
88P‧‧‧積體HV二極體
88Q‧‧‧積體HV二極體
89A‧‧‧數位控制及時序電路
89H‧‧‧數位控制及時序電路
90A‧‧‧序列照明介面匯流排
90H‧‧‧序列照明介面匯流排
100‧‧‧分散式多通道LED背光驅動器系統
101‧‧‧介面積體電路(IC)
102‧‧‧電容器
107‧‧‧共同信號線
108‧‧‧切換模式電源供應器
109‧‧‧線
110‧‧‧固定+24 V供應軌
111‧‧‧電流回饋信號
112B‧‧‧CSFB線
112H‧‧‧CSFB線
112I‧‧‧CSFB線
113A‧‧‧信號線
113B‧‧‧信號線
113H‧‧‧信號線
113I‧‧‧信號線
122‧‧‧序列周邊介面匯流排
123‧‧‧序列照明介面單元/序列照明介面電路
124‧‧‧時序及控制單元
125‧‧‧電壓參考源
126‧‧‧偏壓供應單元
127‧‧‧運算跨導放大器
CSFBI‧‧‧電流感測回饋輸入接針
CSFBO‧‧‧電流感測回饋輸出接針
FLT‧‧‧數位故障線/故障中斷線
GSC‧‧‧數位時脈線
SCK‧‧‧數位時脈線
SI‧‧‧序列輸入/接針
SO‧‧‧序列輸出/接針
Vcc‧‧‧電源
Vref‧‧‧類比參考電壓信號線
Vsync‧‧‧數位時脈線

Claims (16)

  1. 一種用於控制一視訊顯示器中之複數個發光二極體(LED)串之系統，該複數個LED串與複數個通道之一通道相關聯，該系統包括：複數個LED驅動器積體電路(IC)，該複數個LED驅動器IC之各者包含一序列位移暫存器、一多工器、及一類比控制及感測電路，該複數個LED驅動器IC之各者經建構以偵測與該系統相關聯之一故障狀態，該類比控制及感測電路係經組態以連接至該複數個LED串之至少兩個LED串且係經耦合至該多工器之一第一輸入；及一序列照明介面匯流排，該序列照明介面匯流排包括該複數個LED驅動器IC之各者中之該序列位移暫存器，該序列位移暫存器以一菊鏈(daisy chain)連接，該複數個LED驅動器IC之各者中之該序列位移暫存器包括經建構以保存識別在該複數個通道之至少一通道內之一功能之資料的一首碼暫存器及經建構以保存表示在該至少一通道內之該功能之一值之資料的一資料暫存器，該資料暫存器係耦合至該多工器之一第二輸入。
  2. 如請求項1之系統，其進一步包括一介面IC、分別以該菊鏈連接至該介面IC之一第一LED驅動器IC及一最後LED驅動器IC，以便形成一環路。
  3. 如請求項1之系統，其中該複數個LED驅動器IC之各個別LED驅動器IC進一步包括一解碼器，其具有耦合至該首碼暫存器之一輸入及耦合至該多工器之一第三輸入之一 輸出。
  4. 如請求項3之系統，其中該複數個LED驅動器IC之各個別LED驅動器IC進一步包括耦合至該多工器之一輸出之一鎖存器，該鎖存器係經建構以保存表示該至少一通道中之該功能之該值之資料。
  5. 如請求項4之系統，其中該複數個LED驅動器IC之各個別LED驅動器IC進一步包括耦合至該鎖存器之一閘極驅動器電路。
  6. 如請求項5之系統，其中該複數個LED驅動器IC之各個別LED驅動器IC進一步包括連接至該至少兩個LED串之一LED串之一開關，該閘極驅動器電路控制該開關之一作用時間因數、該開關之一相位延遲、及該至少兩個LED串之該LED串中之一電流之一大小之一或多者。
  7. 如請求項4之系統，其中該複數個LED驅動器IC之各個別LED驅動器IC進一步包括連接於該多工器與該鎖存器之間之一預負載鎖存器。
  8. 如請求項1之系統，其中該故障狀態包括一斷路LED、一短路LED及一LED驅動器IC中之一超溫狀態之一或多者。
  9. 如請求項1之系統，其中在該複數個LED驅動器IC之各個別LED驅動器IC中之該首碼暫存器包括經建構以保存識別該至少一通道之資料的一通道首碼暫存器，及經建構以保存識別在該至少一通道中之該功能之資料的一功能首碼暫存器。
  10. 如請求項9之系統，其中在該至少一通道中之該功能包含連接至該至少兩個LED串之一LED串之一開關之一作用時間因數、該開關之一相位延遲、及該至少兩個LED串之該LED串中之一電流之一大小的一或多者。
  11. 如請求項9之系統，其中該複數個LED驅動器IC之各個別LED驅動器IC進一步包括一解碼器，其具有耦合至該通道首碼暫存器之一第一輸入、耦合至該功能首碼暫存器之一第二輸入、及耦合至該多工器之一第三輸入的一輸出。
  12. 如請求項11之系統，其中該複數個LED驅動器IC之各個別LED驅動器IC進一步包括用於保存表示該至少一通道中之該功能之該值之資料之一鎖存器，該多工器之一輸出端子耦合至該鎖存器。
  13. 如請求項12之系統，其中該複數個LED驅動器IC之各個別LED驅動器IC進一步包括耦合至該鎖存器之一閘極驅動器電路。
  14. 如請求項13之系統，其中該複數個LED驅動器IC之各個別LED驅動器IC進一步包括連接至該至少兩個LED串之一LED串之一開關，該閘極驅動器電路控制該開關之一作用時間因數、該開關之一相位延遲、及該至少兩個LED串之該LED串中之一電流之一大小之一或多者。
  15. 如請求項1之系統，其中該視訊顯示器為一電視機。
  16. 如請求項1之系統，其中該視訊顯示器為一液晶顯示器。
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