LED像素阵列的电流控制的制作方法

文档序号:30498605发布日期:2022-06-22 15:08来源:国知局
LED像素阵列的电流控制的制作方法
led像素阵列的电流控制
1.相关申请的交叉引用本技术要求2019年11月21日提交的美国临时申请第62/938479号的权益和优先权,其公开内容在此针对所有目的以其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
2.本公开总体上涉及可以用于微型led像素阵列的led脉宽调制电路。更特别地,本公开描述了一种减少在脉宽调制切换期间引起的led电流变化和像素至像素串扰的技术。


背景技术:

3.目前正在开发用于照明和显示应用的微型发光二极管(微型led)阵列。微型led控制系统可以支持成千上万个微型led像素的阵列,这些像素主动发光并被单独控制。与背光led技术相比,微型led阵列可以具有更高的亮度和能效,使其对各种应用具有吸引力,诸如电视、汽车前灯和移动电话。为了显示图像,可以根据特定的图像、光强度或颜色特征单独调整阵列上不同位置的微型led像素的电流电平。
4.微型led照明系统可以包括具有n个led模块的led阵列矩阵,每个led模块具有一个或多个串联或并联的led。具有连接到led阵列矩阵的恒定输入电压电源的led控制系统可以使用脉宽调制(pwm)控制来实现调光和颜色调节功能。pwm控制的工作原理是以一定的频率打开和关闭像素,实际上是调整导通时间和周期或循环时间之间的比值,也称为占空比。通过像素的平均dc电流是电流幅度和占空比的乘积。
附图说明
5.图1是根据本公开一些实施例的包括微型led组件的示例车辆头灯系统的框图;图2示出了根据本公开一些实施例的示例微型led组件;图3为根据本公开一些实施例的两个示例性像素组件的框图;图4为根据本公开一些实施例的两个像素组件的示例实施方式的电路图;图5示出了根据本公开的一些实施例的开关电路的第二示例实施方式的电路图;以及图6示出了电路图,其示出了根据本公开的一些实施例的两个像素组件的另一示例实施方式,其中led配置为公共阴极而非公共阳极。
具体实施方式
6.概述本公开的系统、方法和装置各有几个创新方面,其中没有一个方面单独负责本文公开的所有所需属性。本说明书中描述的主题的一个或多个实施方式的细节在以下描述和所附附图中阐述。
7.为了说明本文所述的led像素组件,理解具有pwm控制的微型led组件中可能出现
的现象可能会有所帮助。以下基本信息可以被视为可以适当解释本公开的基础。这种信息仅仅是为了解释的目的而提供的,因此,不应该以任何方式解释为限制本公开及其潜在应用的范围。
8.使用pwm控制的现有微型led阵列通常在每个像素中包括微型led、pwm开关和用作微型led电流源的晶体管。晶体管在其栅极接收电流控制信号;电流控制信号用于设定微型led的电流幅度。微型led、pwm开关和晶体管串联连接,微型led接收固定的输入电压,晶体管的源极接地。在微型led阵列中,所有微型led或微型led的子集接收相同的电流控制信号,因此多个晶体管栅极连接到相同的控制线。此外,每个源极端子连接到公共接地线。
9.这些微型led阵列经历由接地路径的非零寄生电阻引起的电流变化。该寄生电阻可以包括集成电路(ic)中的互连电阻,该集成电路具有支持阵列中多个led的激活的多个晶体管。实际上,由于与导电路径相关的寄生电阻,接地电压不为零。结果是,在晶体管的源极端子和地之间形成电压降。晶体管和地之间的电压降随着像素的位置而变化,其中寄生电阻和总电流值可能不同。由于所有像素的栅极电压都是固定的,因此各个晶体管的栅极-源极电压在像素之间是不同的,从而导致输入到led的电流发生变化。这种效应会损害阵列矩阵的电流大小和亮度的一致性或均匀性。
10.使用传统电路对微型led矩阵进行pwm控制的另一个缺点是串扰。pwm开关会在充电和放电的每个晶体管的栅极和漏极之间产生miller电容,从而影响共享栅极电压和电流设置。因此,一个像素的切换会产生串扰,这会影响阵列中其他像素的操作。解决这一问题的现有解决方案通常需要额外的ic引脚和昂贵的外部电容。
11.接地路径电阻和串扰问题对于已经面临电源和数据管理挑战的微型发光二极管的大型矩阵像素阵列尤为重要。在许多应用中,可能需要以30-60 hz的刷新率来控制数千个发光像素的单个光强度,并且可能需要精细的颜色和图像控制。
12.本公开的实施例提供了led阵列,可将电流控制与pwm开关分离。led阵列的每个像素包括接收pwm信号并打开和关闭led的开关电路,以及基于电流控制信号控制通过led的电流幅度的闭环电路。闭环电路包括晶体管和运算放大器(op-amp)。晶体管接收电流控制信号并向运算放大器输出基准电流。运算放大器的输出端耦合到开关电路中的晶体管。开关电路中的晶体管产生驱动led的led电流;led电流基于运算放大器的输出。开关电路还向运算放大器提供反馈信号,运算放大器基于反馈信号控制led电流。虽然开关电路中的晶体管可能由于pwm开关而经历miller电容,但是闭环电路中的晶体管很大程度上不受影响,因为运算放大器将两个晶体管去耦,从而最小化连接到同一电流控制线的像素之间的串扰。闭环电路还包括两个电阻器,每个电阻器连接到运算放大器的相应输入端,并且每个电阻器连接到地。可以选择电阻来大大降低寄生电阻引起的led之间的差异。
13.在一方面中,led阵列包括配置为生成多个pwm信号的脉宽调制器和多个像素组件。每个像素组件包括led、开关电路、和闭环电路。开关电路被配置为接收多个pwm信号中的相应一个,并根据接收的pwm信号交替地打开和关闭led。闭环电路被配置成基于反馈信号调节由开关电路提供给led的led电流。
14.在另一方面中,led组件包括led、耦合到led的开关电路、和闭环电路。开关电路被配置为接收pwm信号,并且基于pwm信号交替地接通和关断led的输入电流。闭环电路被配置为基于电流控制信号和来自开关电路的反馈来调节到led的输入电流。
15.在又一方面中,led的控制电路包括闭环电路和开关电路。闭环电路被配置为接收电流控制信号,并基于电流控制信号输出led电流调节信号。开关电路被配置为根据pwm信号输出led电流,led电流具有由从闭环电路接收的led电流调节信号调节的幅度,开关电路还被配置为向闭环电路提供反馈以调节led电流。
16.如本领域技术人员所领会,本公开的各方面,尤其是本文所述的具有改进电流控制的微型led像素阵列的各方面,可通过各种方式实施,例如,作为方法、系统、计算机程序产品或计算机可读存储介质。因此,本公开的方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码、电路设计等)、或结合软件和硬件方面的实施例的形式,这些方面在本文中通常被称为“电路”、“模块”或“系统”。本公开中描述的功能可以实现为由一个或多个计算机的一个或多个硬件处理单元(例如一个或多个微处理器)执行的算法。在各种实施例中,这里描述的每个方法的不同步骤和步骤部分可以由不同的处理单元来执行。此外,本公开的各方面可以采取体现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式,优选地为非暂时性的,其上体现(例如存储)有计算机可读程序代码。在各种实施例中,这样的计算机程序可以例如被下载(更新)到现有的设备和系统,或者在制造这些设备和系统时被存储。
17.在以下详细描述中,可使用本领域技术人员向本领域其他技术人员传达其工作实质时常用的术语来描述说明性实施方式的各个方面。例如,术语“连接”是指被连接的物体之间的直接电连接或磁连接,无需任何中间装置,而术语“耦合”是指被连接的物体之间的直接电连接或磁连接,或通过一个或多个无源或有源中间装置的间接连接。术语“电路”是指一个或多个无源和/或有源部件,它们被布置成相互协作以提供期望的功能。术语“基本上”、“靠近”、“近似”、“接近”和“大约”通常指基于本文所述或本领域已知的特定值的上下文,在目标值的+/
‑ꢀ
20%之内,优选在+/-10%之内。类似地,表示各种元素的取向的术语,例如,“共面”、“垂直”、“正交”、“平行”或元素之间的任何其他角度,通常指基于本文所述或本领域已知的特定值的上下文,在目标值的+/
‑ꢀ
5-20%之内。
18.本文使用的术语,如“之上”、“下”、“之间”和“上”,是指一种材料层或部件相对于其它层或部件的相对位置。例如,设置在另一层之上或之下的一层可以直接与另一层接触,或者可以具有一个或多个中间层。此外,设置在两层之间的一层可以与两层中的一层或两层直接接触,或者可以具有一个或多个中间层。相反,被描述为在第二层“上”的第一层是指与该第二层直接接触的层。类似地,除非明确声明,否则设置在两个特征之间的一个特征可以与相邻特征直接接触,或者可以具有一个或多个中间层。
19.出于本公开的目的,短语“a和/或b”意味着(a)、(b)或(a和b)。为了本公开的目的,短语“a、b和/或c”意味着(a)、(b)、(c)、(a和b)、(a和c)、(b和c)或(a、b和c)。当提及测量范围使用时,术语“之间”包括测量范围的两端。如本文所用,符号“a/b/c”意味着(a)、(b)和/或(c)。
20.本说明书使用短语“在一实施例中”或“在实施例中”,可分别指一个或多个相同或不同的实施例。此外,关于本公开的实施例使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的。本公开可以使用基于透视的描述,例如“上面”、“下面”、“顶部”、“底部”和“侧面”;这样的描述用于促进讨论,而不旨在限制所公开的实施例的应用。除非另有说明,使用顺序形容词“第一”、“第二”和“第三”等来描述一个共同的对象,仅仅指示相同对象的不同实例被引用,
并不旨在意味着如此描述的对象必须在时间上、空间上、排序上或以任何其他方式处于给定的顺序。
21.在以下详细描述中,参考了构成其一部分的附图,通过图示方式示出了一些可实施的实施例。在附图中,相同的附图标记表示相同或类似的元件/材料,因此,除非另有说明,在一个附图的上下文中提供的具有给定附图标记的元件/材料的解释适用于其他附图,其中可以示出具有相同附图标记的元件/材料。为了方便起见,如果存在用不同字母指定的附图集合,例如图2a-图2c,则这样的集合在本文中可以被称为没有字母,例如“图2”。附图不一定是按比例绘制的。此外,将理解,某些实施例可以包括比附图中示出的更多的元件,某些实施例可以包括附图中示出的元件的子集,并且某些实施例可以结合来自两个或更多附图的特征的任何合适的组合。
22.各种操作可按最有助于理解所要求保护的主题的方式依次描述为多个离散的动作或操作。然而,描述的顺序不应被解释为暗示这些操作必然是顺序相关的。特别地,这些操作可能没有按照呈现的顺序来执行。所描述的操作可以以与所描述的实施例不同的顺序来执行。在附加实施例中,可以执行各种附加操作,和/或可以省略所描述的操作。
23.在本文提供的一些示例中,可根据两个、三个、四个或更多个电气组件来描述交互。然而,这仅仅是为了清楚和举例的目的。应当理解,这里描述的设备和系统可以以任何合适的方式合并。沿着类似的设计替代方案,附图中所示的任何组件、模块和元件可以以各种可能的配置进行组合,所有这些显然都在本公开的广泛范围内。在某些情况下,通过仅引用有限数量的电气元件来描述一组给定流程的一个或多个功能可能更容易。
24.以下详细描述介绍了特定实施例的各种说明。然而,应当理解,可以利用其他实施例,并且可以在不脱离本公开的范围的情况下进行结构或逻辑改变。一般而言,本文描述的创新可以以多种不同的方式来体现,例如,如权利要求和/或选择的示例所定义和覆盖的,并且以下详细描述不应被视为限制性的。
25.微型led阵列的示例系统微型led阵列支持受益于光分布的细粒度(fine-grained)强度、空间和时间控制的应用。例如,微型led阵列可以提供来自像素块或单个像素的发射光的精确空间图案化。取决于应用,发射的光可以是光谱上截然不同的、随时间自适应的、和/或环境响应的。微型led阵列可以以各种强度、空间或时间模式提供预编程的光分布。发射的光可以至少部分基于接收的传感器数据。相关联的光学器件在像素、像素块或器件级别上可以是截然不同的。示例微型led阵列包括具有高强度像素和边缘像素的共同控制的中心块的装置,该高强度像素具有相关联的公共光学器件,该边缘像素具有单独的光学器件。微型led阵列支持的一些应用包括视频照明、汽车前灯、建筑和区域照明、街道照明和信息显示。
26.车辆头灯或前灯是微型led阵列的一个示例应用。由微型led组成的车辆头灯包括大量像素,并且具有高数据刷新率。仅主动照亮道路的选定部分的汽车头灯可以用来减少与迎面而来的驾驶员的眩光或目眩相关联的问题。例如,使用红外相机作为传感器,微型led阵列可以只激活照亮道路所需的像素,而禁用可能使行人或迎面而来的车辆的驾驶员目眩的像素。作为另一个示例,微型led阵列可以用于选择性地照亮道路外的行人、动物或标志,以改进驾驶员的环境意识。如果微型led阵列的像素在光谱上是截然不同的,则可以根据相应的白天、黄昏或夜晚条件来调节光的色温。一些像素可以用于光学无线的车辆到
车辆通信。
27.图1是包括微型led组件的示例车辆头灯系统100的框图。车辆头灯系统100包括电子控制单元(ecu)110和头灯130。虽然图1中示出了一个头灯130,但是应当理解,车辆包括两个或更多个类似于头灯130的头灯;其他头灯类似于头灯130,并且以类似的方式操作。此外,其他车灯(例如,行车灯、雾灯等)可以类似于图1中所示的头灯130的方式进行配置和操作。
28.ecu 110是车辆内的嵌入式系统,控制车辆的电气系统或子系统(包括头灯130)。除了控制头灯之外,ecu 110可以包括例如对发动机部件、动力系统部件、门、制动器、远程信息处理、电池管理等的控制。ecu 110可以位于发动机舱内或发动机舱附近。ecu 110例如从ecu 110可访问的存储器接收图像数据105,该存储器存储在不同设置或应用中使用的不同头灯图像。ecu 110的车辆微处理器115可以为头灯130产生或选择图像。例如,车辆微处理器115从一个或多个环境传感器接收数据,基于当前环境为头灯130选择图像,并检索所选图像的图像数据105。车辆微处理器115基于选择的图像产生用于头灯130的控制信号,并将控制信号传输到串行器120。串行器120对控制信号进行串行化,并通过串行连接(例如非屏蔽双绞线(utp)或同轴连接)传输它们。串行器120可以将控制信号转换成低电压差分信号(lvds)格式。选择ecu 110和头灯130之间的物理连接和数据格式,使得控制信号可靠地通过车辆传输,车辆可能经历大范围的温度变化、潮湿、噪音和其他不利条件。
29.头灯130包括解串器135,解串器135将控制信号重新格式化,并将控制信号传输至微型led组件155。例如,提供给微型led组件155的控制信号可以包括垂直同步信号、像素时钟、像素使能信号和多条像素数据线。微型led组件155根据控制信号输出图像。在图2中更详细地示出了微型led组件155,并且关于图3-6示出和描述了示例像素组件。
30.头灯130还包括头灯微处理器140、dc/dc转换器145和电源150。解串器135还向头灯微处理器140提供控制信号,并且可以从头灯微处理器140接收反馈(例如,错误信息)以返回到ecu 110。头灯微处理器140控制电源150,电源150通过一条输出线向dc/dc转换器145供电,并通过第二条输出线向微型led组件155供电。由电源150提供给微型led组件155的电压用于给led像素供电。发送到dc/dc转换器的电压用于给头灯130的内部逻辑供电,例如头灯微处理器140和微型led组件155的内部逻辑。dc/dc转换器145将从电源接收的直流(dc)信号转换成不同的电压,用于给头灯微处理器140和微型led组件155逻辑供电。dc/dc转换器145将转换后的dc电压分配给头灯微处理器140和微型led组件155。头灯微处理器140还具有到微型led组件155的接口,例如,以交换数据,提供时钟控制,并且在故障的情况下从微型led组件155接收故障数据。
31.应理解,车辆头灯系统100仅是微型led阵列的一个示例应用。在另一个应用中,微型led组件155用于照明装置中,以选择性地和自适应地照亮建筑物或环境,用于改善视觉显示或降低照明成本。例如,与追踪传感器和/或相机结合,微型led阵列可以用于选择性地照亮行人周围的区域。作为另一个示例应用,微型led阵列用来投影用于装饰性运动或视频效果的媒体立面(media facade)。光谱上截然不同的led可以用来调节照明的色温,以及支持特定波长的园艺照明。
32.街道照明是受益于使用微型led阵列的另一个示例应用。单一类型的发光阵列可以用来模拟各种街灯类型,从而允许例如通过适当地激活或去激活所选的led来在类型i线
性街灯和类型iv半圆形街灯之间切换。可以通过根据环境条件或使用时间而调节光束强度或分布来降低街道照明成本。例如,当不存在行人时,可能减小光强度和分布区域。如果微型led阵列的像素是光谱上截然不同的,则可以根据相应的白天、黄昏或夜晚条件来调节光的色温。
33.微型led阵列也十分适合于支持需要直接显示或投影显示的应用。例如,警告、紧急情况、或信息标志都可以使用微型led阵列来显示或投影。例如,这允许投影变色或闪烁的出口标志。如果微型led阵列由大量像素组成,则可以呈现文本或数字信息。也可以提供方向箭头或类似的指示符。
34.微型led阵列可单独使用,也可与初级或次级光学器件结合使用,包括透镜或反射镜。为了降低总体数据管理要求,可以将微型led阵列中的一些或所有像素限制为接通/关断功能或在相对少的光强度水平之间切换。不一定支持光强度的全像素级控制。
35.在操作中,对应于微型led阵列中像素的图像数据用于定义微型led阵列中对应像素的响应,像素的强度和空间调制基于(多个)图像。为了减少数据速率问题,在一些实施例中,像素组(例如5
×
5块)可以作为单个块来控制。可以支持高速和高数据速率操作,来自连续图像的像素值能够以例如30 hz和100 hz之间的速率(例如60 hz)作为图像序列中的连续帧被加载。结合脉宽调制模块,像素模块中的每个像素可以被操作来以至少部分取决于图像帧缓冲器中保存的图像的模式和强度发光。
36.示例微型led组件图2示出了根据本公开一些实施例的微型led组件155的示例。微型led组件155可以用于车辆前灯应用、上述任何其他应用或led阵列的其他潜在应用。微型led组件155包括脉宽调制器210、数模转换器(dac)220和像素阵列230。像素阵列230包括布置成矩阵的像素组件235,例如像素组件235a和235b。每个像素组件235主动发光,并且可以被单独控制。虽然图2中示出了25个示例像素组件,但是像素阵列230可以包括数千到数百万个微观led像素组件。为了以导致图像显示的图案或顺序发光,根据特定图像单独调节阵列上不同位置的像素组件235中的微型led的电流电平。这可以使用脉宽调制(pwm)来实现,它以特定的频率打开和关闭像素。在pwm操作期间,通过像素的平均dc电流是电流幅度和pwm占空比的乘积,pwm占空比是导通时间和周期或循环时间之间的比值。
37.脉宽调制器210产生输出至像素阵列230的pwm信号215,以控制像素的pwm占空比。在一些实施例中,脉宽调制器210为像素阵列230中的每个像素生成单独的pwm信号215。在其他实施例中,一个pwm信号可以控制多个像素,例如像素阵列230中的特定像素子集。在关于图1描述的车辆头灯示例中,脉宽调制器210从解串器135接收图像控制信号,并基于图像控制信号产生pwm信号215。在其他实施例中,微型led组件155内或另一系统中的另一控制块可以生成被馈送到脉宽调制器210的图像数据。
38.dac 220产生提供给像素阵列230的电流控制信号225。虽然每个像素组件235接收唯一的pwm信号215,但是整个像素阵列230或者像素阵列230内的多个像素组件235的块可以接收相同的电流控制信号225。dac 220接收指示从解串器135(在车辆头灯示例中)或另一数字控制接口(例如,内部集成电路(i2c)接口)提供的电流电平的控制信号。
39.示例像素组件图3为根据本公开一些实施例的两个示例性像素组件的框图。图3中所示的两个像
素组件310a和310b是图2中所示的像素组件235a和235b的示例。微型led阵列中的附加像素组件可以类似地配置。在图3-图6中,使用诸如节点390的节点示出了电连接;没有节点390的交叉点没有电连接。
40.每个像素组件310包括led 320、闭环电路330和开关电路340。led 320可以是微型led或另一种类型的led。在这个示例中,led 320是公共阳极led。在其他实施例中,led 320是公共阴极led;图6示出了具有公共阴极led的示例像素组件。虽然图3中示出了一个led 320,但是在其他实施例中,像素组件310包括串联和/或并联连接的多个led 320。led 320连接到输入电压vin 360,输入电压vin 360是给像素组件310供电的输入电压。在图1中所示的头灯示例中,vin 360由电源150提供。当led电流(例如,像素组件1310中的i1)通过led 320a时,led 320a发光,如由图3中的箭头所指示。
41.开关电路340从脉宽调制器接收pwm信号380,例如,脉宽调制器210提供的pwm信号215之一。在该示例中,每个开关电路340接收单独的pwm信号380,例如,开关电路1 340a接收pwm信号1 380a,开关电路2 340b接收pwm信号2 380b。开关电路340根据接收到的pwm信号380交替打开和关闭led 320。具体地,开关电路340向led 320提供led电流(例如,i1或i2)以开启led 320,并且不向led 320提供led电流以关闭led 320。
42.当led 320开启时,闭环电路330调节由开关电路340提供给led 320的led电流(由pwm信号380控制)。闭环电路330接收电流控制信号370(例如,由dac 220提供的电流控制信号225),该电流控制信号370用于设定驱动led 320的电流电平。闭环电路330经由电流调节连接350耦合到开关电路340。闭环电路330从反馈连接355接收来自开关电路340的反馈。闭环电路330基于反馈调节led电流。更特别地,闭环电路330通过电流调节连接350向开关电路340输出电压,其中该电压由闭环电路330调谐,使得开关电路340以电流控制信号370指示的电流电平驱动led 320。闭环电路330基于来自开关电路340的反馈调整其输出电压。
43.闭环电路330由输入电压vin 360供电。如图1中所示,两条线连接到vin 360:第一电源线连接到闭环电路330a和330b,并且第二电源线连接到led 320a和320b。将vin 360分在跨越像素阵列或像素阵列的一部分的两条单独的线上防止了驱动闭环电路330的电源线上的寄生电阻影响驱动led 320的电源线。
44.示例像素组件电路图图4为根据本公开一些实施例的两个像素组件的示例实施方式的电路图。图4示出了两个像素组件410a和410b的示例电路图,这两个像素组件是图3中所示的像素组件310a和310b的示例。微型led阵列中的附加像素组件可以类似地配置。
45.每个像素组件410包括一个led 420,与上述led 320相似。每个像素组件410包括闭环电路430和开关电路440,闭环电路430是闭环电路330的示例实施方式,开关电路440是开关电路340的示例实施方式。像素组件410接收类似于输入电压vin 360的输入电压vin 460,并且像图3中的输入电压vin 360一样,在两条电源线462和464上提供。像素组件410还接收类似于电流控制信号370的电流控制信号470。每个像素组件410还接收相应的pwm信号(图4中未示出),该信号类似于图3中所示的pwm信号380。
46.闭环电路430包括基准电流晶体管432、运算放大器434、第一电阻器436和第二电阻器438。运算放大器434具有两个输入,非反相输入(由+号表示)和反相输入(由-号表示)。运算放大器434的非反相输入端耦合到基准电流晶体管432。基准电流晶体管432是p型金属
氧化物半导体(pmos)晶体管,其栅极连接到电流控制信号470,源极连接到输入电压vin 460,漏极连接到运算放大器434的非反相输入。基准电流晶体管432基于电流控制信号470为像素组件410产生基准电流。
47.运算放大器434的反相输入端耦合到开关电路440,以接收反馈信号。特别地,运算放大器434的反相输入端耦合到开关电路440中包括的开关电路晶体管444的源极。运算放大器434的输出端耦合到开关电路440的输入端。在这个示例中,运算放大器434的输出端连接到开关电路晶体管444的栅极。运算放大器434的输出端设定开关电路晶体管444的栅极电压。
48.开关电路晶体管444为n型金属氧化物半导体(nmos)晶体管,其栅极连接到运算放大器434,源极连接到第二电阻器438,漏极耦合到led 420。在这个示例中,pwm开关442位于开关电路晶体管444的漏极和led 420之间;pwm开关442根据pwm信号打开和闭合。开关电路晶体管444基于运算放大器434的电压输出产生用于驱动led 420的led电流。
49.第一电阻器436耦合到运算放大器434的非反相输入,并且第二电阻器438耦合到运算放大器的反相输入。电阻器436a、436b、438a和438b中的每一个也连接到公共接地490。第一和第二电阻器436和438中的每一个都具有相应的电阻r1和r2。第一电阻器感测来自基准电流晶体管432的基准电流。第二电阻器438与led 420、pwm开关442和开关电路晶体管444串联连接。第二电阻器438感测由开关电路晶体管444产生并驱动led 420的led电流。
50.在操作中,运算放大器434放大第一电阻器436上的压降和第二电阻器438上的压降之差,以调整开关电路晶体管444的栅极电压。因此,led电流发生变化,使得跨第二电阻器438的电压降变得更接近跨第一电阻器436的电压降。作为闭环操作的结果,跨第一和第二电阻器436和438的电压降在稳态下变得相等。由开关电路晶体管444产生并驱动led 420的led电流由以下等式确定:其中,i
led
是led电流,i
ref
是基准电流,r1是第一电阻器436的电阻,并且r2是第二电阻器438的电阻。
51.操作期间,导电路径的寄生电阻位于电源线462和464的两个轨道中。以第一像素组件410a为例,电阻器436a和438a的接地点位于相同的像素中,可以认为是相同的,因此几乎没有寄生效应。然而,vin 460处的寄生电阻分布在整个阵列上,这会影响基准电流晶体管432的源极电压。因此,因为基准电流晶体管432处的栅极电压(即,电流控制信号470)是固定的,所以基准电流和led电流都可以变化。为了解决这个问题,vin 460的路径被分成用于led 420的第一线462和用于基准电流晶体管432的第二线464。根据上述i
led
公式,通过选择大的r1:r2比,可以将基准电流设计为小于led电流。例如,r1的电阻可能是r2的5到50倍。通过选择大的r1:r2比,vin线464处的寄生电阻上的电压降显著降低,并且对电流变化的影响最小化。因此,使用两条电源线减少或消除了驱动led 420的电源线462上的较高寄生电压降的影响。
52.由于运算放大器434的去耦作用,图4中所示的电路在降低串扰方面具有进一步的优势。尽管在pwm开关442的切换期间,开关电路晶体管444的栅极仍然由miller电容充电和
放电,但是miller电容很大程度上不会影响基准电流晶体管432,因为运算放大器434将两个晶体管432和444分开。
53.图5示出了根据本公开一些实施例的开关电路的第二示例实施方式的电路图。图5示出了两个像素组件510a和510b的示例电路图,这两个像素组件是图3中所示的像素组件310a和310b的示例。微型led阵列中的附加像素组件可以类似地配置。
54.每个像素组件510包括一个led 520,与上述led 320相似。每个像素组件510包括闭环电路530和开关电路540,闭环电路530是闭环电路330的示例,开关电路540是开关电路340的示例。闭环电路530的组件(即,基准电流晶体管532、运算放大器534、以及第一和第二电阻器536和538)对应于参考图4描述的闭环电路430的组件432-438,并且闭环电路530具有与闭环电路430相同的布置。此外,像素组件510接收类似于输入电压360和460的输入电压vin 560,并且像图3和图4中的输入电压一样,在两条电源线562和564上提供。像素组件510还接收类似于电流控制信号370和470的电流控制信号570。每个像素组件510还接收相应的pwm信号(图5中未示出),该相应的pwm信号类似于图3中所示的pwm信号380。
55.在图5中,开关电路540具有pwm开关542和开关电路晶体管544。如图4中,运算放大器534的反相输入端耦合到开关电路晶体管544的源极。运算放大器534的输出端耦合到开关电路540的输入端。在这个示例中,pwm开关542位于开关电路540的输入端,并且pwm开关542连接到开关电路晶体管544的栅极。当pwm开关542闭合时,运算放大器534的输出端耦合到开关电路晶体管544,并设定开关电路晶体管544的栅极电压。这种布置可以比图4中所示的电路布置具有更高的效率,因为开关电路晶体管544的栅极端子在pwm开关期间仅消耗很小的电流来对寄生电容进行充电和放电。附加的电路特性和优点类似于上文例如关于图3和图4所描述的特性和优点。
56.图6示出了电路图,其示出了根据本公开的一些实施例的两个像素组件的另一示例实施方式,其中led配置为公共阴极而非公共阳极。图6示出了两个像素组件610a和610b的示例电路图,这两个像素组件是图2中所示的像素组件235a和235b的示例。微型led阵列中的附加像素组件可以类似地配置。
57.在图6中所示的示例中,发光二极管620配置为公共阴极,而不是如图3-图5中连接的公共阳极。该电路相对于图4和图5中所示的电路是相反的,使得led 620和基准电流晶体管632连接到地690,而不是vin 660。此外,运算放大器634和电阻器636和638连接到vin 660,而不是接地690。在这个示例中,接地线690被分成两条轨道,一条线694连接到led 620,另一条线692连接到基准电流晶体管632。开关电路640可以具有图4或图5中所示的开关电路设计,或者可以使用另一种开关电路配置。电流控制信号670类似于上述的电流控制信号370和470。图6中所示电路的操作特性和优点类似于上面例如关于图3-图5描述的特性和优点。
58.其他实施方式说明、变化和应用应理解,根据本文所述的任何特定实施例,未必可实现所有目的或优点。因此,例如,本领域的技术人员将认识到,某些实施例可以被配置成以实现或优化本文教导的一个优点或一组优点的方式操作,而不一定实现本文教导或建议的其他目的或优点。
59.应该领会,附图及其教导中的电路易于扩展,可容纳大量部件,以及更复杂/精密的布置和配置。因此,所提供的示例不应限制范围或抑制潜在地应用于无数其他架构的电
路的广泛教导。
60.在一些实施例中,可在相关电子装置的电路板上实施附图中的任意数量的电路。该板可以是通用电路板,其可以容纳电子设备的内部电子系统的各种组件,并且进一步为其他外围设备提供连接器。更具体地,该板可以提供电连接,系统的其他部件可以通过该电连接进行电通信。任何合适的处理器(包括数字信号处理器、微处理器、支持芯片组等)、计算机可读非暂时性存储元件等可以基于特定的配置需求、处理需求、计算机设计等适当地耦合到该板。诸如外部存储器、附加传感器、用于音频/视频显示的控制器和外围设备之类的其他组件可以经由线缆作为插入卡附接到板,或者集成到板本身中。在各种实施例中,这里描述的功能可以以仿真形式实施为在支持这些功能的结构中布置的一个或多个可配置(例如,可编程)元件内运行的软件或固件。提供仿真的软件或固件可以在包括允许处理器执行那些功能的指令的非暂时性计算机可读存储介质上提供。
61.在一些实施例中,附图的电路可以实施为独立模块(例如,具有相关组件和电路的装置,配置为执行特定应用或功能),或实施为电子装置专用硬件的插件模块。注意,本公开的一些实施例可以容易地部分或全部包括在片上系统(soc)封装中。soc代表将计算机或其他电子系统的组件集成到单个芯片中的集成电路(ic)。它可以包含数字、模拟、混合信号和通常的射频功能:所有这些都可以在单个芯片衬底上提供。其他实施例可以包括多芯片模块(mcm),其中多个单独的ic位于单个电子封装内,并且被配置为通过电子封装彼此紧密交互。
62.本领域技术人员可以确定多种其他改变、替代、变化、变更和修改,并且意图是本公开涵盖所有此类改变、替代、变化、变更和修改,因为其属于所附权利要求的范围。注意,这里描述的任何设备和系统的所有可选特征也可以相对于这里描述的方法或过程来实现,并且示例中的细节可以在一个或多个实施例中的任何地方使用。
63.选择的示例示例1提供了一种led阵列,其包括配置为生成多个pwm信号的脉宽调制器和多个像素组件。每个像素组件包括:led;开关电路,被配置为接收多个pwm信号中的相应一个,并根据接收到的pwm信号交替打开和关闭led;以及闭环电路,被配置为基于反馈信号调节由开关电路提供给led的led电流。
64.示例2包括示例1的led阵列,其中闭环电路配置为从开关电路接收反馈信号,并基于反馈信号调整施加到开关电路的电压,且led电流基于施加到开关电路的电压。
65.示例3包括示例1或2的led阵列,其中闭环电路包括运算放大器,所述运算放大器具有第一输入端、第二输入端、和输出端,第一输入端耦合到基准电流晶体管,第二输入端耦合到开关电路以接收反馈信号,并且输出端耦合到开关电路的输入端。
66.示例4包括示例3的led阵列,其中闭环电路还包括耦合到第一输入端的第一电阻器以及耦合到第二输入端的第二电阻器,第一电阻器具有第一电阻,第二电阻器具有第二电阻。
67.示例5包括示例4的led阵列,其中由开关电路提供给led的电流等于来自基准电流晶体管的基准电流乘以第一电阻和第二电阻的比值。
68.示例6包括示例4或5的led阵列,其中基准电流晶体管为pmos晶体管,其源极耦合到输入电压、栅极耦合到电流控制信号、并且漏极耦合到运算放大器的第一输入端。
69.示例7包括示例3-6中任一项的led阵列,其中开关电路包括开关电路晶体管,所述开关电路晶体管的栅极电压由运算放大器的输出端设定。
70.示例8包括示例7的led阵列,其中开关电路晶体管为nmos晶体管,其进一步包括耦合到第二电阻器的源极和耦合到led的漏极。
71.示例9提供了一种led组件,其包括led、耦合到led的开关电路、和闭环电路。开关电路被配置为接收pwm信号,并且基于pwm信号交替地接通和关断led的输入电流。闭环电路被配置为基于电流控制信号和来自开关电路的反馈来调节到led的输入电流。
72.示例10包括示例9的led组件,其中闭环电路包括运算放大器,所述运算放大器具有第一输入端、第二输入端、和输出端,第一输入端耦合到基准电流晶体管,第二输入端耦合到开关电路以接收来自开关电路的反馈,并且输出端耦合到开关电路的输入端。
73.示例11包括示例10的led组件,其中基准电流晶体管接收电流控制信号,并基于电流控制信号输出基准电流。
74.示例12包括示例11的led组件,其中闭环电路还包括耦合到第一输入端的第一电阻器以及耦合到第二输入端的第二电阻器,第一电阻器具有第一电阻,第二电阻器具有第二电阻。
75.示例13包括示例12的led组件,其中到led的输入电流等于基准电流乘以第一电阻和第二电阻的比值。
76.示例14包括示例11-13中任一项的led组件,其中基准电流晶体管为pmos晶体管,其源极耦合到输入电压、栅极耦合到电流控制信号、并且漏极耦合到运算放大器的第一输入端。
77.示例15包括示例10-14中任一项的led组件,其中开关电路包括开关电路晶体管,所述开关电路晶体管的栅极电压由运算放大器的输出端设定。
78.示例16包括示例15的led组件,其中开关电路晶体管为nmos晶体管,其进一步包括耦合到第二电阻器的源极和耦合到led的漏极。
79.示例17提供了一种用于led的控制电路,包括闭环电路和开关电路。闭环电路被配置为接收电流控制信号,并基于电流控制信号输出led电流调节信号。开关电路被配置为根据pwm信号输出led电流,led电流具有由从闭环电路接收的led电流调节信号调节的幅度,开关电路还被配置为向闭环电路提供反馈以调节led电流。
80.示例18包括示例17的控制电路,其中闭环电路包括运算放大器,所述运算放大器具有第一输入端、第二输入端、和输出端,第一输入端耦合到基准电流晶体管,第二输入端耦合到开关电路以接收来自开关电路的反馈,并且输出端耦合到开关电路的输入端。
81.示例19包括示例18的控制电路,其中基准电流晶体管接收电流控制信号,并基于电流控制信号输出基准电流。
82.示例20包括示例19的控制电路,其中闭环电路还包括耦合到第一输入端的第一电阻器以及耦合到第二输入端的第二电阻器,第一电阻器具有第一电阻,第二电阻器具有第二电阻,其中led电流等于基准电流乘以第一电阻和第二电阻的比值。
83.示例21提供了一种led阵列,其包括多个led、配置为向多个led提供pwm信号的脉宽调制器和多个控制电路,每个控制电路均耦合到多个led中的相应led。每个控制电路包括耦合到led的晶体管和耦合到晶体管并被配置为控制由晶体管提供给led的电流的运算
放大器。
84.示例22包括示例21的led阵列,其中所述多个控制电路中的每一个包括第二晶体管,所述第二晶体管耦合到所述运算放大器的输入端,并配置为设定所述led的基准电流。
85.示例23包括示例22的led阵列,其中第二晶体管为pmos晶体管。
86.示例24包括示例21-23中任一项的led阵列,其中所述晶体管为nmos晶体管。
87.示例25包括示例21-24中任一项的led阵列,其中每个控制电路还包括pwm开关和电阻器,其中led与pwm开关、晶体管和电阻器串联,电阻器配置为感测由晶体管提供给led的电流。
88.示例26包括实施例21-25中任一项的led阵列,其中多个led中的每一个都是公共阳极led。
89.示例27包括实施例21-25中任一项的led阵列,其中多个led中的每一个为公共阴极led。
90.示例28包括示例21-27中任一项的led阵列,其中每个控制电路还包括电阻器和pwm开关,pwm开关连接在晶体管和运算放大器之间,其中led串联连接到晶体管和电阻器,电阻器配置为感测晶体管提供给led的电流。
91.示例29提供了一种微型led阵列的像素,其包括微型led、耦合到微型led的开关电路、晶体管、和运算放大器。开关电路被配置为接收pwm信号并基于pwm信号控制微型led的激活。晶体管被配置为设定像素的基准电流。运算放大器具有耦合到晶体管输出的输入和耦合到开关电路的输出。
92.示例30包括示例29的像素,其中晶体管为pmos晶体管。
93.示例31包括示例29或30的像素,其中所述开关电路包括nmos晶体管。
94.示例32包括示例29-31中任一项的像素,其中微型led串联连接到pwm开关、晶体管和电阻器,电阻器配置为感测通过微型led的电流。
95.示例33包括示例29-32中任一项的像素,其中微型led为矩阵像素阵列的一个像素。
96.示例34包括示例29-33中任一项的像素,其中微型led为公共阳极led。
97.示例35包括示例29-33中任一项的像素,其中微型led为公共阴极led。
98.示例36包括示例29-35中任一项的像素,还包括连接在晶体管和运算放大器之间的pwm开关,其中微型led串联连接到晶体管和电阻器,电阻器配置为感测通过微型led的电流。
99.示例37提供了一种led阵列的控制方法,包括在矩阵像素阵列中布置多个led,多个led中的每个连接到多个晶体管中的相应一个;向多个发光二极管提供pwm信号;以及使用相应的多个运算放大器来控制到多个led中的每一个的电流,每个运算放大器通过多个晶体管中的相应一个耦合到相应的led。
100.示例38包括示例37的控制方法,其中第二多个晶体管为多个发光二极管中的相应一个发光二极管设定基准电流,第二多个晶体管中的每一个均连接到多个运算放大器中的相应一个的输入端。
101.示例39包括示例38的控制方法,其中第一多个晶体管为nmos晶体管,并且第二多个晶体管为pmos晶体管。
102.示例40包括示例37-39中任一项的控制方法,其中所述多个led中的每一个串联连接到pwm开关、所述多个晶体管中的相应一个、和电阻器,所述pwm开关配置为接收pwm信号中的一个,并且所述电阻器感测施加到led的电流。
当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1