专利名称：具有高恒流精度的led显示屏恒流驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种驱动电路，尤其是一种具有高恒流精度的LED显示屏恒流驱动电路。
背景技术：
发光二极管是一种电流控制器件，具有亮度高、体积小、功耗低、单色性好、响应速度快、使用寿命长等优点。由发光二极管阵列构成大、中、小型LED显示屏，可以用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频等各种各样的信息，而由红色、绿色和蓝色三基色的发光二极管组成的全彩色LED显示屏，更是能显示细腻的彩色图像。在全彩LED显示屏中，为了提高显示屏的显示质量，使之适应白天、夜晚、阴天、晴朗等各种光线环境，以及大山、楼宇、天空等不同显示背景，人们需要建立不同的亮度和灰度对应关系，使观看者获得适合人眼特性的最佳图像灰度层次和亮度对比关系。现有技术一般采用扫描控制的方式，建立不同的图像灰度层次和亮度对比关系。这种控控制技术的原理 是在扫描周期内对发光二极管的亮度进行时间量化，分为M个时间亮度单元，在扫描周期内亮N (N ^ M)次；当时间亮度单元的扫描频率大于人眼可分辨频
率时，就能得到I个发光二极管亮度的显示效果，再将三种颜色的#、#进行调 MMr Mg Mb
制，从而得到一个图像灰度层次和亮度对比关系的系统。这里的M的值越大，能够实现的灰度层次就越多，亮度对比度就越大，可显示的信息就越丰富，图像也就越细腻。但由于发光二极管的亮度是由驱动它的电流大小决定的，所以M的取值会受到驱动电流恒流精度以及不同电流驱动通道之间电流一致性的制约，因而很难建立十分精确的更多灰度层次和亮度对比关系的系统，进而影响整个全彩LED显示屏的显示质量。另外，为了提高LED显示屏的整体亮度，适应光线较强的环境，部分LED显示屏在设计生产时，会将几个LED串在一起增加亮度，但这样的方案会增大整个系统的供电电压，同时也要求LED驱动电路的输出驱动通道端口具有耐压能力可提升的特性。为使得LED驱动电路的输出驱动通道端口具有耐压能力可提升的特性，主要的解决的方式是改用更高耐压的加工工艺或是每个数据输出端口通过一个耐压驱动管去驱动LED串，但这两种方案都会增加整个系统的成本。
发明内容
本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种具有高恒流精度的LED显示屏恒流驱动电路，以提高芯片的恒流精度。本发明为解决技术问题采用以下技术方案。
具有高恒流精度的LED显示屏恒流驱动电路，其结构特点是，包括基准电压源电路、恒流调节电路、电压采样电路、电流镜像比自调电路、镜像比可调的第一级电流镜、镜像比可调的第二级电流镜组及显示帧数据处理电路；所述基准电压源电路分别与恒流调节电路和电压采样电路相连接，用于产生基准电压U0,并将基准电压U0分别输入至恒流调节电路和电压采样电路；所述恒流调节电路与第一级电流镜相连接，用于依据所述基准电压源电路产生的基准电压Utl,产生一个恒定电流Itl,并将恒定电流Itl传输至第一级电流镜；第一级电流镜分别与第二级电流镜组和电压采样电路相连接，并将恒定电流Itl镜像以后获得的
电流I1分别传输给第二级电流镜组，同时将电压信号〃，输出至电压采样电路；所述电压
采样电路与电流镜像比自调电路相连接，用于根据基准电压U0和电压信号U0h得到a26和a32两个信号，并将信号a26和a32输入电流镜像比自调电路；所述电流镜像比自调电路分别与第一级电流镜和第二级电流镜组相连接，根据电压采样电路的输出的信号a26和a32，获得电流镜像比控制信号d08和d09并输出至第一级电流镜，获得电流镜像比控制信号a27和a31并输出至第二级电流镜组；第一级电流镜，根据电流镜像比自调电路的输出控制信号d08和d09，调整不同的电流镜像管导通方式，实现镜像比的调整；第二级电流镜组，根据电流镜像比自调电路的输出控制信号a27和a31，调整不同的电流镜像管导通方式，实现镜像比的调整；所述显示帧数据处理电路，包括多个显示帧数据处理单元；所述显示帧数据处理单元的输出端分别连接至第二级电流镜组的输入端；输出驱动通道端口设置有耐压电路，所述耐压电路包括两个NMOS管:M1和M2 ;其中，Ml的源端和M2的漏端链接在一起，M2的源端接地，Ml的漏端接数据输出压焊点。所述恒流调节电路包括一个比较器、一个电流偏置管和一个外置接地电阻，通过调节外置接地电阻的大小调节恒定电流Itl;其中，所述比较器的一个输入端接基准电压源电路提供的基准电压U0 ;所述比较器另一个输入端与外置接地电阻的非接地端及电流偏置管的源端三者连接在一起；所述比较器的输出端接电流偏置管的栅端，电流偏置管的漏端作为恒定电流1(1的输出端。所述基准电压源电路包括七级环路振荡器和带隙基准电路；其中，所述的七级环路振荡器产生一组互为反向振荡信号作为带隙基准电路的启动信号；所述带隙基准电路用于产生的基准电压Utl，分别输入到恒流调节电路和电压采样电路。 所述电压采样电路包括两个差分比较器和一个逻辑处理电路；两个差分比较器的
一个输入端均接从第一级电流镜输出的电压信号Vffll，两个差分比较器的另一个输入端分
别接基准电压源电路输出的基准电压U0和电源电压分压得到的电压，两个差分比较器的输出端的信号经过逻辑处理电路处理，得到a26和a32两个信号，输入电流镜像比自调电路。所述电流镜像比自调电路包括多个逻辑和时序电路，根据电压采样电路的采样结果信号a26和a32，自动选择对应状态的电流镜像比控制信号输出，即输出电流镜像比控制信号d08和d09到第一级电流镜，同时输出电流镜像比控制信号a27和a31到第二级电流镜组。所述第一级电流镜包括多个电流镜像管，根据电流镜像比自调电路的输出控制信号d08和d09，调整不同的电流镜像管导通方式，实现1: 1、1:2和1:4三种镜像比的调整；所述第二级镜像比可调的电流镜电路包括多个电流镜像管，根据电流镜像比自调电路的输出控制信号a27和a31，调整不同的电流镜像管导通方式，实现1:15、1:7.5和1:3.75三种镜像比的调整；所述第一级电流镜的镜像比:1:1、1:2和1:4，与第二级电流镜像电路的镜像比1:15、1:7.5和1:3.75是——对应关系，即可合成为:1: 1:15 ;1:2:7.5 ;1:4:3.75三种
镜像比。所述显示帧数据处理电路包括多个显示帧数据处理单元；每个显示帧数据处理单元包括一个I位数据寄存器、一个I位数据锁存器和一个二输入与非门组成；所述I位数据锁存器D端接I位数据寄存器Q端，I位数据锁存器Q端接二输入与非门的一个输入端；所述所有显示帧数据处理单元中的二输入与非门另一输入端设置统一的数据输出开关信号，每个二输入与非门的输出端对应第二级电流镜组的输入端；所述第一个显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器D端输入显示帧数据串，最后一个显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器Q端通过电路输出到芯片引脚，其余显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器D端接上一个显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器Q端，显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器Q端接下一个显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器D端；所述所有显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器的时钟信号相同；所述所有显示帧数据处理单元中的I位数据锁存器的时钟信号相同；所述所有显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器和I位数据锁存器清零信号相同。与已有技术相比，本发明有益效果体现在:(I)应用运算放大电路构成的恒流调节电路，使恒流调节电路输出的电流只与基准电压和定值调流电阻相关，再利用带隙基准电压技术，提高了芯片的恒流精度；(2)根据第一级电流镜输出偏置管的电压采样结果，选择合适的电流镜像比，避免第二级电流镜的原始电流过大或是过小，保证了第二级电流镜的镜像精度，；(3)芯片共用了第一级镜像比可调的电流镜电路，在提高芯片性能的同时，减少了芯片中重复单元的面积，有效的降低了芯片成本、工作功耗以及不同输出驱动通道之间的电流误差；(4)芯片的输出驱动通道端口设置耐压电路，在串行LED提高显示屏亮度的方案中，可以直接驱动LED串，不会增加整个系统的成本。本发明的LED显示屏恒流驱动电路，能够提高现有LED显示屏芯片的驱动电流恒流精度和减小不同电流驱动通道之间的电流误差，增多LED显示屏灰度层次和加大亮度对比度，从而实现提升LED显示屏显示质量的目的，并以较低成本解决输出驱动通道端口的耐压问题，恒流精度高。
图1是本发明一实施实例中整体电路框图。图2是本发明一实施实例中恒流调节电路。图3是本发明一实施实例中第一级电流镜。图4是本发明一实施实例中第二级电流镜组中的单个电流镜电路。图5是本发明一实施实例中显示帧数据处理电路。图6是本发明一实施实例中13V耐压电路。以下通过具体实施方式
，并结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施例方式参见图1 图6，具有高恒流精度的LED显示屏恒流驱动电路，包括基准电压源电路、恒流调节电路、电压采样电路、电流镜像比自调电路、镜像比可调的第一级电流镜、镜像比可调的第二级电流镜组及显示帧数据处理电路；所述基准电压源电路分别与恒流调节电路和电压采样电路相连接，用于产生基准电压U。，并将基准电压U0分别输入至恒流调节电路和电压采样电路；所述恒流调节电路与第一级电流镜相连接，用于依据所述基准电压源电路产生的基准电压Utl,产生一个恒定电流Itl,并将恒定电流Itl传输至第一级电流镜；第一级电流镜分别与第二级电流镜组和电压采样电路相连接，并将恒定电流Itl镜像以后获得的
电流I1分别传输给第二级电流镜组，同时将电压信号Ucji输出至电压采样电路；所述电压
采样电路与电流镜像比自调电路相连接，用于根据基准电压U0和电压信号Uoli得到a26和a32两个信号，并将信号a26和a32输入电流镜像比自调电路；所述电流镜像比自调电路分别与第一级电流镜和第二级电流镜组相连接，根据电压采样电路的输出的信号a26和a32，获得电流镜像比控制信号d08和d09并输出至第一级电流镜，获得电流镜像比控制信号a27和a31并输出至第二级电流镜组；第一级电流镜，根据电流镜像比自调电路的输出控制信号d08和d09，调整不同的电流镜像管导通方式，实现镜像比的调整；第二级电流镜组，根据电流镜像比自调电路的输出控制信号a27和a31，调整不同的电流镜像管导通方式，实现镜像比的调整；所述显示帧数据处理电路，包括多个显示帧数据处理单元；所述显示帧数据处理单元的输出端分别连接至第二级电流镜组的输入端；输出驱动通道端口设置有耐压电路，所述耐压电路包括两个NMOS管:M1和M2 ;其中，Ml的源端和M2的漏端连接在一起，M2的源端接地，Ml的漏端接数据输出压焊点。所述恒流调节电路包括一个比较器、一个电流偏置管和一个外置接地电阻，通过调节外置接地电阻的大小调节恒定电流Itl ;其中，所述比较器的一个输入端接基准电压源电路提供的基准电压U0 ;所述比较器另一个输入端与外置接地电阻的非接地端及电流偏置管的源端三者连接在一起；所述比较器的输出端接电流偏置管的栅端，电流偏置管的漏端作为恒定电流1(1的输出端。所述基准电压源电路包括七级环路振荡器和带隙基准电路；其中，所述的七级环路振荡器产生一组互为反向振荡信号作为带隙基准电路的启动信号；所述带隙基准电路用于产生的基准电压Utl，分别输入到恒流调节电路和电压采样电路。 所述电压采样电路包括两个差分比较器和一个逻辑处理电路；两个差分比较器的
一个输入端均接从第一级电流镜输出的电压信号，两个差分比较器的另一个输入端分
别接基准电压源电路输出的基准电压U0和电源电压分压得到的电压，两个差分比较器的输出端的信号经过逻辑处理电路处理，得到a26和a32两个信号，输入电流镜像比自调电路。所述电流镜像比自调电路包括多个逻辑和时序电路，根据电压采样电路的采样结果信号a26和a32，自动选择对应状态的电流镜像比控制信号输出，即输出电流镜像比控制信号d08和d09到第一级电流镜，同时输出电流镜像比控制信号a27和a31到第二级电流镜组。所述第一级电流镜包括多个电流镜像管，根据电流镜像比自调电路的输出控制信号d08和d09，调整不同的电流镜像管导通方式，实现1: 1、1:2和1:4三种镜像比的调整；所述第二级镜像比可调的电流镜电路包括多个电流镜像管，根据电流镜像比自调电路的输出控制信号a27和a31，调整不同的电流镜像管导通方式，实现1:15、1:7.5和1:3.75三种镜像比的调整；所述第一级电流镜的镜像比:1:1、1:2和1:4，与第二级电流镜像电路的镜像比1:15、1:7.5和1:3.75是——对应关系，即可合成为:1:1:15 ；1:2:7.5 ；1:4:3.75三种镜像比。所述显示帧数据处理电路包括多个显示帧数据处理单元；每个显示帧数据处理单元包括一个I位数据寄存器、一个I位数据锁存器和一个二输入与非门组成；所述I位数据锁存器D端接I位数据寄存器Q端，I位数据锁存器Q端接二输入与非门的一个输入端；所述所有显示帧数据处理单元中的二输入与非门另一输入端设置统一的数据输出开关信号，每个二输入与非门的输出端对应第二级电流镜组的输入端；所述第一个显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器D端输入显示帧数据串，最后一个显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器Q端通过电路输出到芯片引脚，其余显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器D端接上一个显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器Q端，显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器Q端接下一个显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器D端；所述所有显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器的时钟信号相同；所述所有显示帧数据处理单元中的I位数据锁存器的时钟信号相同；所述所有显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器和I位数据锁存器清零信号相同。图1中，箭头方向为信号的流向，基准电压源电路输出基准电压Utl到恒流调节电路和电压采样电路；恒流调节电路根据基准电压Utl和外置设定电阻Rext的大小，输出初级镜像电流Itl ;电压采样电路根据基准电压Utl和第一级电流镜的电流偏置管栅端采样得到
的电压Vffll，输出采样结果信号a26和a32 ;电流镜像比自调电路根据采样结果信号a26和
a32，输出电流镜像比设置信号d08和d09到第一级电流镜，输出电流镜像比设置信号a27和a31到第二级电流镜组；第一级电流镜按电流镜像比设置信号d08和d09设置的镜像比和初级镜像电流Itl输出对应的次级镜像电流I1 ;显示帧数据处理电路将输入的显示帧数据串中的每一个位数据都对应一个显示帧数据处理单元，显示帧数据处理电路共输出16个位数据和一个显示帧数据级联数据,每一个位数据对应输入一个第二级电流镜组；每一个第二级电流镜按电流镜像比设置信号a27和a31设置的镜像比和次级镜像电流I1输出对应的驱动电流1tjt，每一个与之对应的位数据作为输出电流IaiT的开关信号；基准电压源电路由一个七级环路振荡器和一个带隙基准电路构成，其中，所述的七级环路振荡器产生一组互为反向振荡信号作为带隙基准电路的启动信号，再由带隙基准电路产生Utl到恒流调节电路和电压采样电路；图2示出的是恒流调节电路，其中a25为偏置信号，差分对管M8和M5分别接基准电压U。和外置设定电阻Rext的非接地端，通过比较电路的输出端对Ml进行调节，将设定电阻Rext的非接地端的电压钳到基准电压U0 一样大小，则流经初级镜像电流Itl对应的电流偏置管M12的电流大小为UcZRext ；电压采样电路包括两个差分比较器和一个逻辑处理电路，两个差分比较器的一个输入端均接从第一级电流镜的电流偏置管栅端采样得到的电压Uffll，两个差分比较器的另一个输入端分别接基准电压源电路输出的基准电压U0和电源电压分压得到的电压，两个差分比较器的输出端的信号经过逻辑处理电路处理，得到a26和a32两个信号，输入电流镜像比自调电路；电流镜像比自调电路包括一系列的逻辑和时序电路，根据电压采样电路的采样结果信号a26和a32，自动选择对应状态的电流镜像比控制信号输出，即输出电流镜像比控制信号d08和d09到第一级镜像比可调的电流镜电路，d08和d09低电平工作时驱动电流与初级镜像电流Itl大小相同；同时输出电流镜像比控制信号a27和a31到第二级镜像比可调的电流镜电路，a27和a31高电平工作时驱动电流与次级镜像电流I1大小相同；图3示出的是第一级电流镜，图中a25为偏置信号，M14、M15和M16为电流镜像管，其中m=20(或10)表示有20 (或10)个相同的电流镜像管并联，电路里两级间的电流镜像管的长和宽是对应相同的。图2中Itl对应的电流偏置管M12的m参数为10，根据电流镜像原理，可得M14、M15和M16对应的电流镜像比分别为:1:2 ;1:1 ;1: 1，通过组合方式可以得到电流镜像比:1:1 ;1:2 ; 1: 4。图3中，流经次级镜像电流I1对应的电流偏置管M18的电流大小为对应的镜像倍数与U0ZRext的乘积；图4示出的是第二级电流镜组中的单个电流镜电路。图4中a25为偏置信号；D_OUT为显示帧数据处理电路输出的位数据信号；M21、M20和M19为电流镜像管，m参数分别为15 ; 15 ;30，图3中的I1对应的电流偏置管M18的m参数为4，由于电路里两级间的电流镜像管的长和宽是对应相同，根据电流镜像原理，可得M21、M20和M19对应的电流镜像比分别为:1:3.75 ；1:3.75 ；1:7.5，通过组合方式可以得到电流镜像比:1:15 ；1:7.5 ；1:3.75。图4中，输出电流I_out的电流为两次电流镜像倍数乘积再乘上UcZRexttl由于电路设计时第一级电流镜和第二级电流镜的镜像比存在对应关系，两级电流镜像比可以合成为:1:1:15 ；1:2:7.5 ;1:4:3.75，则两级电流镜的镜像倍数乘积始终是15，即输出电流始终是15 (U0/R )-图5示出的是显示帧数据处理电路。图中示出，显示帧数据处理电路由16个相同的显示帧数据处理单元级联而成。每一个显示帧数据处理单元由一个I位数据寄存器fdOl、一个I位数据锁存器fd02和一个二输入与非门组成；所述I位数据锁存器fd02的D端接I位数据寄存器Q端，I位数据锁存器fd02的Q端接二输入与非门的a输入端；所述所有显示帧数据处理单元中的二输入与非门b输入端设置统一的数据输出开关信号switch，每个二输入与非门的输出端z作为D_out输出端，输出到第二级电流镜组中的对应单元；所述第一个显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器fdOl的D端输入显示帧数据串frame，最后一个显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器fdOl的Q端作为F_out端，通过电路输出到芯片引脚，其余显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器fdOl的D端接上一个显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器fdOl的Q端，显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器fdOl的Q端接下一个显示帧数据处理单元中的fdOl的I位数据寄存器D端；所述所有显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器fdOl的时钟信号都为Clk ;所述所有显示帧数据处理单元中的I位数据锁存器fd02的时钟信号都为lock ;所述所有显示帧数据处理单元中的I位数据寄存器fdOl和I位数据锁存器fd02的清零信号都为clr ；图6示出的是，芯片的输出驱动通道端口设置的13V耐压电路。图中的耐压电路包括两个NMOS管:M1和M2，其中，Ml的源端和M2的漏端链接在一起，M2的源端接地，Ml的漏端接数据输出压焊点，图中A、B是控制Ml和M2开关的信号；当OUT端口有电流输出时:经限流电阻R限流后，OUT端口的电压限为(0.4V 1.0V)，此时Ml与M2都导通，则Vdsi与Vds2都小于IV ;当OUT端口没有电流输出时:假设OUT端的电压为13V，Ml与M2都截止，因为Ml与M2的宽长相差不是很大，在两个数量级之内，Ml和M2可以近似相当于如图中虚线中所示的两个电阻值很大并且相近的电阻Rl和R2串联，则Z点电压约为13/2=6.5V。此时Ml与M2的VDS都约为6.5V，在正常的NMOS管的工艺耐压值之内。
权利要求
1.具有高恒流精度的LED显示屏恒流驱动电路，其特征是，包括基准电压源电路、恒流调节电路、电压采样电路、电流镜像比自调电路、镜像比可调的第一级电流镜、镜像比可调的第二级电流镜组及显示帧数据处理电路； 所述基准电压源电路分别与恒流调节电路和电压采样电路相连接，用于产生基准电压U0,并将基准电压U0分别输入至恒流调节电路和电压采样电路； 所述恒流调节电路与第一级电流镜相连接，用于依据所述基准电压源电路产生的基准电压Utl,产生一个恒定电流Itl,并将恒定电流Itl传输至第一级电流镜； 第一级电流镜分别与第二级电流镜组和电压采样电路相连接，并将恒定电流Itl镜像以后获得的电流I1分别传输给第二级电流镜组，同时将电压信号"@输出至电压采样电路； 所述电压采样电路与电流镜像比自调电路相连接，用于根据基准电压U0和电压信号Uah得到a26和a32两个信号，并将信号a26和a32输入电流镜像比自调电路； 所述电流镜像比自调电路分别与第一级电流镜和第二级电流镜组相连接，根据电压采样电路的输出的信号a26和a32，获得电流镜像比控制信号d08和d09并输出至第一级电流镜，获得电流镜像比控制信号a27和a31并输出至第二级电流镜组； 第一级电流镜，根据电流镜像比自调电路输出的电流镜像比控制信号d08和d09，调整不同的电流镜像管导通方式，实现镜像比的调整； 第二级电流镜组，根据电流镜像比自调电路输出的电流镜像比控制信号a27和a31，调整不同的电流镜像管导通方式，实现镜像比的调整； 所述显示帧数据处理电路，包括多个显示帧数据处理单元；所述多个显示帧数据处理单元中的每一个的输出端分别连接至第二级电流镜组的输入端； 输出驱动通道端口设置有耐压电路，所述耐压电路包括两个NMOS管:Ml和M2 ;其中，Ml的源端和M2的漏端连接在一起，M2的源端接地，Ml的漏端接数据输出压焊点。
所述恒流调节电路包括一个比较器、一个电流偏置管和一个外置接地电阻，通过调节外置接地电阻的大小调节恒定电流Itl ;其中，所述比较器的一个输入端接基准电压源电路提供的基准电压U0 ;所述比较器另一个输入端与外置接地电阻的非接地端及电流偏置管的源端三者连接在一起；所述比较器的输出端接电流偏置管的栅端，电流偏置管的漏端作为恒定电流Id的输出端。
全文摘要
本发明公开了一种具有高恒流精度的LED显示屏恒流驱动电路，包括基准电压源电路、恒流调节电路、电压采样电路、电流镜像比自调电路、电流镜电路及显示帧数据处理电路。基准电压源电路包括七级环路振荡器和带隙基准电路；电压采样电路包括差分比较器和逻辑处理电路；电流镜像比自调电路包括多个逻辑和时序电路；电路的输出驱动通道端口设置有13V耐压电路，包括两个NMOS管。恒流调节电路包括一个比较器、一个电流偏置管和一个外置接地电阻，通过调节外置接地电阻的大小调节恒定电流I0。本发明的驱动电路，具有可提高芯片的恒流精度、能增多LED显示屏灰度层次和加大亮度对比度、以较低成本解决输出驱动通道端口的耐压问题等优点。
文档编号G09G3/32GK103198789SQ20131008045
公开日2013年7月10日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者王晓蕾, 郑皓, 蒋飞飞 申请人:合肥工业大学, 合肥工大先行微电子技术有限公司