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CN119229800B - 一种低功耗的高精度led行驱动消隐电路 - Google Patents

一种低功耗的高精度led行驱动消隐电路 Download PDF

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CN119229800B CN202411748014.1A CN202411748014A CN119229800B CN 119229800 B CN119229800 B CN 119229800B CN 202411748014 A CN202411748014 A CN 202411748014A CN 119229800 B CN119229800 B CN 119229800B
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Abstract

本发明属于集成电路技术领域，特别涉及一种低功耗的高精度LED行驱动消隐电路。包括：行驱动模块；消隐电压控制模块，由PMOS管P1构成；所述PMOS管P1的栅端接入偏置电压Vbias1，所述PMOS管P1的源端接入所述行驱动模块的电阻端；与门模块；消隐时间控制模块，输入端D接入所述行驱动模块的输入端、所述消隐时间控制模块的输入端和所述与门模块的输入端一，所述消隐时间控制模块的输出端接入所述与门模块的输入端二，该电路结构达到静态低功耗、设计生产成本低、消隐电压控制精度高和消隐时间可控的优点。

Description

一种低功耗的高精度LED行驱动消隐电路
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，特别涉及一种低功耗的高精度LED行驱动消隐电路。
背景技术
LED作为一种常见的照明、显示器件被广泛应用于各种领域。常见的LED驱动方式为行扫描驱动方式，但是由于行线上的寄生电容原因，很容易出现显示拖影问题，影响显示效果。此时就需要在行驱动芯片中设计消隐电路。如专利公开号为CN105810146A的消影电路及其控制方法、行驱动电路和显示屏；为了提高消隐电压的精度，该技术方案设计中使用运放进行误差放大的设计，使得消隐电压得到控制。但由于每个端口都需要设计运放，因此引入了较大的静态功耗。而由于LED本身的电流驱动特性，LED显示系统整体有较大功耗，因此作为驱动电路本身的低功耗设计就显得尤为重要。同时运放的设计在IC设计中需要占用较大的版图面积，影响整体的设计成本。而且由于上述设计中，消隐电路的开关完全由DN信号控制，在DN有效期间LED的阳极会始终存在一个固定电位。如果整体方案设计不当，会在LED两端产生长时间的反向电动势，影响LED的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低功耗的高精度LED行驱动消隐电路，该电路结构达到低功耗、设计生产成本低、消隐电压控制精度高和消隐时间可控的优点。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种低功耗的高精度LED行驱动消隐电路，包括：
行驱动模块；
消隐电压控制模块，由PMOS管P1构成；所述PMOS管P1的栅端接入偏置电压Vbias1，所述PMOS管P1的源端接入所述行驱动模块的电阻端；
与门模块；
消隐时间控制模块，输入端D接入所述行驱动模块的输入端、所述消隐时间控制模块的输入端和所述与门模块的输入端一，所述消隐时间控制模块的输出端接入所述与门模块的输入端二，所述与门模块的输出端接入所述PMOS管P1的漏端；其中，所述消隐时间控制模块由PMOS管P2、NMOS管N2、Buffer电路和电容Cap构成；所述PMOS管P2的栅端接入输入端D，PMOS管P2的源端接入电源VDD，PMOS管P2的漏端接入Buffer电路的输入端、电容Cap的上端和NMOS管N2的漏端；所述NMOS管N2的栅端接入偏置电压Vbias2，所述NMOS管N2的源端接入电容Cap的下端并接地；所述Buffer电路的输出端接入所述与门模块的输入端二。
优选的，所述行驱动模块由反相器INV1~INV2、行驱动管Q和电阻R构成；所述反相器INV1的输入端接入输入端D，所述反相器INV1的输出端接入所述反相器INV2的输入端，所述反相器INV2的输出端接入所述行驱动管Q的栅端，所述行驱动管Q的源端接入电源VDD，所述行驱动管Q的漏端接入行驱动端口R_OUT和电阻R的上端，所述电阻R的下端接入所述PMOS管P1的源端。
优选的，所述与门模块由与门AND和NMOS管N1构成；所述与门AND的两个输入端分别接入输入端D和Buffer电路的输出端，所述与门AND的输出端接入NMOS管N1的栅端，所述NMOS管N1的源端接地，所述NMOS管N1的漏端接入所述PMOS管P1的漏端。
优选的，还包括偏置产生电路一，用于产生所述偏置电压Vbias1；所述偏置产生电路一包括：在电源VDD与地之间串联的n+1个分压电阻、并联的n个CMOS传输门和控制信号C1~Cn；n个所述CMOS传输门的输入端依次接入每相邻两个所述分压电阻之间，n个所述CMOS传输门的输出端输出所述偏置电压Vbias1，n个所述CMOS传输门的控制端依次接入控制信号C1~Cn。
优选的，还包括偏置产生电路二，用于产生所述偏置电压Vbias2；所述偏置产生电路二包括：PMOS管Q1~Q2、PMOS管M1~Mn、开关管T1~Tn、电流源I和控制信号D1~Dn；所述PMOS管Q1和PMOS管M1~Mn的源端均接入电源VDD，所述PMOS管Q1的漏端和栅端、以及PMOS管M1~Mn的栅端和接地的电流源I相连，所述PMOS管M1~Mn的漏端依次接入开关管T1~Tn的源端，所述开关管T1~Tn的栅端依次接入控制信号D1~Dn，所述开关管T1~Tn的漏端接入PMOS管Q2的漏端和栅端，所述PMOS管Q2的源端接地，且所述PMOS管Q2的栅端输出偏置电压Vbias2。
优选的，所述PMOS管Q1与PMOS管M1~Mn构成n个共源共栅电流镜结构。
优选的，所述Buffer电路由两级级联的反相器构成，每级所述反相器由一个PMOS管和一个NMOS管构成。
优选的，所述反相器INV1和反相器INV2的结构相同，均由一个PMOS管和一个NMOS管构成。
优选的，所述PMOS管和NMOS管的栅端为输入端，所述PMOS管的源端接入电源VDD，所述NMOS管的源端接地，所述PMOS管和NMOS管的漏端为输出端。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明利用PMOS管P1源极跟随原理控制输出端口消隐电压，PMOS管P1的栅极电压Vbias1可配置，以实现消隐电压控制部分对不同LED的适配，达到在保证高精度的同时不需要大量器件设计运放，仅需少量MOS器件，可降低设计生产成本，实现静态低功耗的优点，即PMOS行驱动管Q关闭状态下，消隐逻辑没有静态电流，做到了静态低功耗。
2、本发明利用NMOS管N2的电流源与电容Cap组成的延时单元控制消隐时间，NMOS管N2的栅极电压Vbias2可配置，可控制消隐过程的有效时间，避免反向电动势，保护LED，在整体方案设计中容错率更大。
附图说明
图1为本发明一种低功耗的高精度LED行驱动消隐电路的电路原理图。
图2为本发明偏置产生电路一的电路原理图。
图3为本发明偏置产生电路二的电路原理图。
图4为本发明Buffer电路和反相器INV1~INV2的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，本发明实施例提供了一种低功耗的高精度LED行驱动消隐电路，包括：
行驱动模块；
消隐电压控制模块，由PMOS管P1构成；所述PMOS管P1的栅端接入偏置电压Vbias1，所述PMOS管P1的源端接入所述行驱动模块的电阻端；
与门模块；
消隐时间控制模块，输入端D接入所述行驱动模块的输入端、所述消隐时间控制模块的输入端和所述与门模块的输入端一，所述消隐时间控制模块的输出端接入所述与门模块的输入端二，所述与门模块的输出端接入所述PMOS管P1的漏端；其中，所述消隐时间控制模块由PMOS管P2、NMOS管N2、Buffer电路和电容Cap构成；所述PMOS管P2的栅端接入输入端D，PMOS管P2的源端接入电源VDD，PMOS管P2的漏端接入Buffer电路的输入端、电容Cap的上端和NMOS管N2的漏端；所述NMOS管N2的栅端接入偏置电压Vbias2，所述NMOS管N2的源端接入电容Cap的下端并接地；所述Buffer电路的输出端接入所述与门模块的输入端二。
继续参阅图1，所述行驱动模块由反相器INV1~INV2、行驱动管Q和电阻R构成；所述反相器INV1的输入端接入输入端D，所述反相器INV1的输出端接入所述反相器INV2的输入端，所述反相器INV2的输出端接入所述行驱动管Q的栅端，所述行驱动管Q的源端接入电源VDD，所述行驱动管Q的漏端接入行驱动端口R_OUT和电阻R的上端，所述电阻R的下端接入所述PMOS管P1的源端。
继续参阅图1，所述与门模块由与门AND和NMOS管N1构成；所述与门AND的两个输入端分别接入输入端D和Buffer电路的输出端，所述与门AND的输出端接入NMOS管N1的栅端，所述NMOS管N1的源端接地，所述NMOS管N1的漏端接入所述PMOS管P1的漏端。
在本发明实施例中，在行驱动端口R_OUT开启（输入端D输入信号逻辑0，以下简写为0）状态下，PMOS管P2开启，Vbias2控制NMOS管N2开启并产生nA级电流，此时电容Cap上侧节点充电到逻辑1（以下简写为1）。Buffer电路输出1，与门AND输出0，关闭NMOS管N1，消隐通路关闭，行驱动端口R_OUT正常输出高电平，驱动外部LED。
当行驱动端口R_OUT由开启转为关闭状态时（输入端D的信号刚变为1），PMOS行驱动管Q关闭，由于NMOS管N2仅有nA级电流，电容Cap上侧节点电压会缓慢下降，即NMOS管N2与电容Cap组成延时单元，短时间内Buffer电路依然输出1，使得与门AND输出1，开启NMOS管N1，此时消隐通路开启，进入消隐功能状态。
行驱动端口R_OUT的电压会由于PMOS管P1、NMOS管N1的开启状态而下降。而由于PMOS管P1的源极跟随原理，行驱动端口R_OUT电压下降到Vbias1+Vth_PMOS管P1的电位时（Vth_PMOS管P1表示PMOS管P1的阈值电压）就会停止下降，该设计使得可以有效的控制住行驱动端口R_OUT的消隐电压，得到与背景技术中现有技术方案相同的高精度效果。
如图2所示，还包括偏置产生电路一，用于产生所述偏置电压Vbias1；所述偏置产生电路一包括：在电源VDD与地之间串联的n+1个分压电阻、并联的n个CMOS传输门和控制信号C1~Cn；n个所述CMOS传输门的输入端依次接入每相邻两个所述分压电阻之间，n个所述CMOS传输门的输出端输出所述偏置电压Vbias1，n个所述CMOS传输门的控制端依次接入控制信号C1~Cn。
偏置电压Vbias1可以由简单的电阻分压产生，可以根据不同的情况设置在任意范围。即利用电源VDD通过电阻分压产生偏置电压Vbias1，使得偏置电压Vbias1跟随电源电压VDD变化，在不同供电系统中有较好的适应性。同时可以根据需要通过控制信号C1~Cn选择不同的分路电压供给偏置电压Vbias1，根据不同系统中所用LED的特性选择不同的偏置电压Vbias1，可以更好的实现消隐和防止反向偏压的效果。
如图3所示，还包括偏置产生电路二，用于产生所述偏置电压Vbias2；所述偏置产生电路二包括：PMOS管Q1~Q2、PMOS管M1~Mn、开关管T1~Tn、电流源I和控制信号D1~Dn；所述PMOS管Q1和PMOS管M1~Mn的源端均接入电源VDD，所述PMOS管Q1的漏端和栅端、以及PMOS管M1~Mn的栅端和接地的电流源I相连，所述PMOS管M1~Mn的漏端依次接入开关管T1~Tn的源端，所述开关管T1~Tn的栅端依次接入控制信号D1~Dn，所述开关管T1~Tn的漏端接入PMOS管Q2的漏端和栅端，所述PMOS管Q2的源端接地，且所述PMOS管Q2的栅端输出偏置电压Vbias2。所述PMOS管Q1与PMOS管M1~Mn构成n个共源共栅电流镜结构。
如图4所示，所述Buffer电路由两级级联的反相器构成，每级所述反相器由一个PMOS管和一个NMOS管构成。所述反相器INV1和反相器INV2的结构相同，均由一个PMOS管和一个NMOS管构成。所述PMOS管和NMOS管的栅端为输入端，所述PMOS管的源端接入电源VDD，所述NMOS管的源端接地，所述PMOS管和NMOS管的漏端为输出端。
在本发明实施例中，由以上镜像电流源结构产生偏置电压Vbias2，控制信号D1~Dn控制NMOS管N2对电容Cap的放电电流在一定范围内，可以是1nA~1μA中的任意所需数值。由于设置电流较小，在配合较小容值的电容Cap时能获得所需延时，有效节约面积，降低成本；同时使用恒流源设计，电流精度较高，可以较准确的设置所需延时，当电容Cap上侧节点电压下降到Buffer电路翻转阈值以下后，Buffer电路输出0，与门AND输出0，关闭NMOS管N1，使得行驱动端口R_OUT的有效电平只存在一个有限的时间，这样可以保证不会在外部LED上施加反向电动势，从而保护LED，避免损坏。
同时在输入端D输入1时，由于PMOS管P2关闭，该模块没有电源到地的电流通路，实现静态低功耗。
上述结构中Vbias1、Vbias2均可设计成可通过软件设置具体值，其设计的优点在于：由于不同颜色的LED所需要的消隐电压是不同的，因此当Vbias1有一个配置范围时可以做到修改消隐电压，可以适配更多的使用场景。同时根据拖影产生的原理，由于不同的整体方案中行线寄生电容值不同，所需的消隐时间就有不同，因此当Vbias2有一个配置范围时，可以做到修改消隐时间，可以进一步提升整体方案设计的容错率。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种低功耗的高精度LED行驱动消隐电路，其特征在于，包括：
行驱动模块；
消隐电压控制模块，由PMOS管P1构成；所述PMOS管P1的栅端接入偏置电压Vbias1，所述PMOS管P1的源端接入所述行驱动模块的电阻端；
与门模块；
消隐时间控制模块，输入端D接入所述行驱动模块的输入端、所述消隐时间控制模块的输入端和所述与门模块的输入端一，所述消隐时间控制模块的输出端接入所述与门模块的输入端二，所述与门模块的输出端接入所述PMOS管P1的漏端；其中，所述消隐时间控制模块由PMOS管P2、NMOS管N2、Buffer电路和电容Cap构成；所述PMOS管P2的栅端接入输入端D，PMOS管P2的源端接入电源VDD，PMOS管P2的漏端接入Buffer电路的输入端、电容Cap的上端和NMOS管N2的漏端；所述NMOS管N2的栅端接入偏置电压Vbias2，所述NMOS管N2的源端接入电容Cap的下端并接地；所述Buffer电路的输出端接入所述与门模块的输入端二。
2.如权利要求1所述的一种低功耗的高精度LED行驱动消隐电路，其特征在于，所述行驱动模块由反相器INV1、反相器INV2、行驱动管Q和电阻R构成；所述反相器INV1的输入端接入输入端D，所述反相器INV1的输出端接入所述反相器INV2的输入端，所述反相器INV2的输出端接入所述行驱动管Q的栅端，所述行驱动管Q的源端接入电源VDD，所述行驱动管Q的漏端接入行驱动端口R_OUT和电阻R的上端，所述电阻R的下端接入所述PMOS管P1的源端。
3.如权利要求1所述的一种低功耗的高精度LED行驱动消隐电路，其特征在于，所述与门模块由与门AND和NMOS管N1构成；所述与门AND的两个输入端分别接入输入端D和Buffer电路的输出端，所述与门AND的输出端接入NMOS管N1的栅端，所述NMOS管N1的源端接地，所述NMOS管N1的漏端接入所述PMOS管P1的漏端。
4.如权利要求1所述的一种低功耗的高精度LED行驱动消隐电路，其特征在于，还包括偏置产生电路一，用于产生所述偏置电压Vbias1；所述偏置产生电路一包括：在电源VDD与地之间串联的n+1个分压电阻、并联的n个CMOS传输门和控制信号C1~Cn；n个所述CMOS传输门的输入端依次接入每相邻两个所述分压电阻之间，n个所述CMOS传输门的输出端输出所述偏置电压Vbias1，n个所述CMOS传输门的控制端依次接入控制信号C1~Cn。
5.如权利要求1所述的一种低功耗的高精度LED行驱动消隐电路，其特征在于，还包括偏置产生电路二，用于产生所述偏置电压Vbias2；所述偏置产生电路二包括：PMOS管Q1~Q2、PMOS管M1~Mn、开关管T1~Tn、电流源I和控制信号D1~Dn；所述PMOS管Q1和PMOS管M1~Mn的源端均接入电源VDD，所述PMOS管Q1的漏端和栅端、以及PMOS管M1~Mn的栅端和接地的电流源I相连，所述PMOS管M1~Mn的漏端依次接入开关管T1~Tn的源端，所述开关管T1~Tn的栅端依次接入控制信号D1~Dn，所述开关管T1~Tn的漏端接入PMOS管Q2的漏端和栅端，所述PMOS管Q2的源端接地，且所述PMOS管Q2的栅端输出偏置电压Vbias2。
6.如权利要求5所述的一种低功耗的高精度LED行驱动消隐电路，其特征在于，所述PMOS管Q1与PMOS管M1~Mn构成n个共源共栅电流镜结构。
7.如权利要求1所述的一种低功耗的高精度LED行驱动消隐电路，其特征在于，所述Buffer电路由两级级联的反相器构成，每级所述反相器由一个PMOS管和一个NMOS管构成。
8.如权利要求2所述的一种低功耗的高精度LED行驱动消隐电路，其特征在于，所述反相器INV1和反相器INV2的结构相同，均由一个PMOS管和一个NMOS管构成。
9.如权利要求7或8所述的一种低功耗的高精度LED行驱动消隐电路，其特征在于，所述PMOS管和NMOS管的栅端为输入端，所述PMOS管的源端接入电源VDD，所述NMOS管的源端接地，所述PMOS管和NMOS管的漏端为输出端。
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