用于在启动例程期间检测短路的设备和方法与流程

本申请是于2011年10月14日提交的、申请号为201110317078.2、名称为“用于在启动例程期间检测短路的设备和方法”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及检测短路的设备和方法，更具体而言，本发明涉及用于在启动例程期间检测短路的设备和方法。

背景技术：

包括膝上型计算机、智能电话和其他便携式计算设备的许多设备利用显示屏幕来进行用户交互和用户反馈。例如，智能电话通常具有包括液晶显示(LCD)屏幕的显示器，其允许处理器在屏幕上显示信息和媒体。类似地，诸如个人数据助理和膝上型计算机之类的其他便携式设备利用使用LCD作为主视觉界面的小型性质的优点。LCD在许多应用中已经变得流行和广泛使用，这是因为其相对稳健的性质和日益廉价的制造。

然而，通过使用，包括像素矩阵的LCD屏幕可能通过使用和/或滥用而变得损坏。即随着一个或多个像素被破坏，由于像素的行、列或簇在损坏之后不再正确地工作，所以整体LCD不能恰当地操作。作为结果，驱动LCD的操作的电路也不再恰当地工作，这是因为损坏的像素不按期望那样工作。进一步地，随着整体LCD在其像素的至少一些中被破坏，损坏的LCD然后变为短路，这是因为损坏的像素并不展现与完好地工作的像素相同的电特性。如果足够的像素或像素的特定组合变得损坏而导致短路，则整体设备中的另外的组件也可能由于电流可能在不期望有电流的地方流动而损坏。从而LCD设备中的损坏的像素可能导致对设备中的超出损坏的LCD之外的其他组件的进一步损坏。

技术实现要素：

本发明的一些实施方式的目的在于提供用于在启动例程期间检测短路的设备和方法。

本发明的一个实施方式提供一种设备，其包括：显示器；可操作以向显示器提供电力的电源电路；以及与电源电路耦合的检测电路，检测电路被配置为检测显示器中的故障，并且被配置为响应于检测而中断被提供给显示器的电力。

在该实施方式中，优选地，显示器进一步包括有源矩阵有机发光二极管显示器。

在该实施方式中，优选地，电源电路包括：升压转换器，其包括被配置为生成根据输入电压导出的第一输出电压的多个开关；以及反相转换器，其包括被配置为生成具有与第一输出电压相反的极性并且根据输入电压导出的第二输出电压的多个开关。

在该实施方式中，优选地，检测电路进一步包括：开关，其被配置为将电源电路的输出节点耦合到参考节点；比较器，其被配置为将电源的输出节点上的电压与参考电压比较；以及中断电路，其被配置为如果输出节点上的电压超过参考电压则中断电源。

在该实施方式中，优选地，该设备进一步包括选自下组中的一个：个人数字助理、移动计算设备、智能电话、膝上型计算机、以及台式计算机的监视器。

在该实施方式中，优选地，该设备进一步包括与电源电路耦合的电池。

在该实施方式中，优选地，该设备进一步包括与电源电路耦合并且与显示器耦合的处理器，处理器被配置为控制电源电路以及控制显示器。

本发明的另一实施方式提供一种集成电路，其包括：电源电路，其被配置为在启动例程的第一阶段期间产生第一节点上的第一电压，并且在启动例程的第二阶段期间产生第二节点上的第二电压；以及检测电路，其与第二节点耦合，并且被配置为在第一阶段期间监视第二节点上的电压，并且如果在第一阶段期间第二节点上的电压超过阈值电压则中断电源电路的操作。

在该实施方式中，优选地，电源电路进一步包括双DC-DC转换器，其被配置为接收大约4.6伏的输入电压并且在第一阶段之后在第一节点上产生大约7.0伏的电压，并且在第二阶段之后在第二节点上产生大约-7.0伏的电压。

在该实施方式中，优选地，阈值电压包括大约300mV的电压。

在该实施方式中，优选地，该集成电路进一步包括开关，其可操作以在第一阶段之后将检测电路从第二节点解耦。

本发明的又一实施方式提供了一种电源电路，其包括：双DC-DC转换器，其被配置为在第一节点上产生第一电压，并且在第二节点上产生第二电压，两个电压可操作以与显示器耦合；以及检测电路，其被配置为监视第一节点和第二节点之间的电流，并且如果电流超过阈值电流则中断该电源电路的操作。

在该实施方式中，优选地，该电源电路包括单个集成电路裸片。

在该实施方式中，优选地，该电源电路包括多个集成电路裸片。

本发明的又一实施方式提供了一种方法，其包括：在启动序列期间检测电子设备的组件中的故障；以及响应于检测而中断电源启动序列。

在该实施方式中，优选地，检测故障进一步包括检测像素阵列中一个或多个被破坏的像素的存在。

在该实施方式中，优选地，检测一个或多个被破坏的像素的存在进一步包括检测多于阈值的被破坏的像素。

在该实施方式中，优选地，中断进一步包括：响应于检测而设置启动中断检测比特；以及导致处理器停止启动序列。

在该实施方式中，优选地，该方法进一步包括：在启动序列的第一阶段期间在与组件耦合的第一节点上生成第一电压；以及在第一阶段期间在与组件耦合的第二节点上检测电压。

在该实施方式中，优选地，该方法进一步包括：如果在第一阶段期间未在第二节点上检测到电压，则在启动序列的第二阶段期间在第二节点上生成第二电压。

本发明的又一方面提供一种用于功率启动例程的方法，其包括：使能具有耦合到电组件的第一供电节点和第二供电节点的电源电路；在启动例程的第一阶段期间在第一电源节点上生成第一上升的电压信号；使能被配置为感测在第一阶段期间通过电组件的电流的检测电路；响应于检测到电流，禁止第一上升的电压信号的生成；以及响应于未检测到电流，禁止检测电路，以及在启动例程的第二阶段期间在第二电源节点上生成第二上升的电压信号。

在该实施方式中，优选地，生成第一上升的电压信号进一步包括生成具有取决于与第一电源节点耦合的第一电容器的斜率的第一上升的电压信号，并且生成第二上升的电压信号进一步包括生成具有取决于与第一电源节点耦合的第二电容器的斜率的第二上升的电压信号。

在该实施方式中，优选地，第二电容器的大小与电组件的短路电阻相关。

在该实施方式中，优选地，该方法进一步包括锁定第一上升的电压信号的禁止，以使得启动例程在解锁之前不能再次开始。

本发明的又一方面提供一种方法，其包括：在电子设备的启动阶段期间监视短路检测电流；以及响应于检测到短路电流超过预定阈值而中断电源启动序列。

附图说明

随着通过结合附图参考以下详细描述而更好地理解权利要求书的以上方面和许多伴随优点，权利要求书的以上方面和许多伴随优点将变得更容易领会，在所述附图中：

图1示出了根据一个实施例的具有带短路检测电路的LCD的设备的图。

图2示出了根据一个实施例的具有短路检测电路的电源电路的电路图。

图3示出了根据一个实施例的图2的电源电路的操作期间的电流信号的时序图。

具体实施方式

呈现以下论述以使得本领域技术人员能够制造和使用这里所公开的主题。这里所描述的一般原理可以应用于除了下面详细描述的实施例和应用之外的实施例和应用，而不与本详细描述的精神和范围偏离。本公开不意图限于所示出的实施例，而是应当符合与这里所公开或暗示的原理和特征相一致的最广范围。

通过概览的方式，这里所公开的主题可以是用于在启动例程期间检测电组件中短路的设备和方法。在具有显示平板的设备中，有时在显示平板中出现的问题可能导致有害的短路，如果允许设备在正常启动例程期间完整地启动，则该有害的短路可能导致对设备的其他组件的损坏。在下面所讨论的实施例中，供应给平板的电力可以按阶段启动，从而监视可能流过平板的任何电流，这继而可以指示平板中的短路。如果在该按阶段启动例程期间检测到通过平板的足够的“泄漏”电流，则短路检测电路可以中断启动例程并且锁定设备的操作直至可以处理平板中所检测的短路。可以对于不同的设备配置泄漏电流的不同阈值，并且还可以调节用于检测任何泄漏电流的时间帧。下面更详细地讨论多种实施例的这些和其他方面。

图1示出了根据一个实施例的具有带电源电路117的显示器150的设备的图，该电源电路117具有短路检测电路125。显示器150可以包括可以根据显示驱动器115的控制来操作的像素阵列。在该实施例中，显示驱动器电路115包括可以是或可以不是相同集成电路的阶段的电源电路117。在其他一些实施例中，显示驱动器115与电源电路117分离并且布置在分离的集成电路裸片上。进一步地，电源电路可以包括传统的双DC-DC转换器120，其可操作以向显示器150提供电压。

在数字成像中，像素(源自短语画面元素的术语)是数字图像中的单个点，该点经常是显示器150中的最小可寻址的屏幕元素。当显示驱动器115被用于在显示器150上生成图像时，每个像素的地址可以对应于其在X-Y格点图案中的坐标，但也可以包括其他对角图案。可以是小的发光二极管(LED)的每个像素可以显示原始图像的采样，其中可以以不同的等级照亮每个像素以尽可能提供原始图像的最精确的表示。每个像素的亮度可变，并且在彩色图像显示器中，典型地由三个或四个分量强度(诸如红、绿和蓝，或青、品红、黄和黑)来表示每个像素的颜色。这些像素可以一起形成经常被称作有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)平板的整个显示器150。

显示器150(诸如计算机监视器的屏幕)的显示分辨率是每个维度中可以显示的不同像素的数目。从而，常见的计算机显示平板的LCD屏幕(例如显示器150)可以是2048(宽)×1536(高)。对于手持设备来说，分辨率可以较小，这是因为整体设备面积也较小。例如，手持设备的典型分辨率可以是960(高)×640(宽)。

设备100可以包括被配置为控制设备内的每个电子组件的处理器110。从而，处理器110可以操作性地控制显示驱动器。如通常情形那样，可以在单个集成电路115上实现设备内的多种组件，所述单个集成电路115可以包括一个或多个功能电路块，诸如电源电路120以及短路检测电路125。虽然在图1中被示出为单个集成电路芯片115，但可以在两个或更多的集成电路芯片上实现这些组件。设备100可以进一步包括诸如电池或AC插入源之类的电源105。电源105提供用于包括显示驱动器120和处理器110的设备100的组件的多种电压信号。

设备100可以是利用具有像素的显示器150的个人数字助理、移动计算设备、智能电话、膝上型计算机、桌面计算机的监视器、或任何其他设备，该像素可能被破坏而导致短路，该短路继而损坏集成电路115或整个设备100内的其他组件。如下面参照图2进一步讨论的那样，短路检测电路125可以在所导致的对任何组件的损坏之前检测短路。

图2示出了根据一个实施例的电源电路117和短路检测电路125的电路图。在该电路图中，电源105可以提供输入电源电压Vin，该输入电源电压Vin可以被用于向包括电源电路117的设备100的多种组件提供电压。输入电压Vin也可以与输入电容器Cin相关联以对电源电压上的电压尖峰和其他瞬态信号进行滤波。

如图2中所示的双DC-DC电压转换器117可以利用输入电压Vin(在该实施例中可以在2.3V到4.5V的范围之间提供)并且通过一系列晶体管开关和电感器内部地操纵该电压以产生用于电源电路117所耦合的另外的组件的两个相等和相反的电压。在一个实施例中，双DC-DC电压转换器117产生大约4.6V的第一高侧电压V_O1以及大约-4.9V的第二低侧电压V_O2(但这也可以是-2.0V和-7.0V之间的范围)。这可以通过用于使用升压转换器205和组件M1、M2、M3和L1来生成经转换的高侧电压的已知技术来实现。通过已知的切换技术，可以由经耦合的处理器(诸如图1的处理器110)来切换M1、M2和M3以产生比输入电压Vin高的经升压的电压V_O1。类似地，通过已知的切换技术，反相升压转换器206也可以利用受处理器控制的切换技术来控制开关M4和M5以产生反相的电压V_O2。从而在操作的稳定状态中，V_O1将是大约4.6伏而V_O2将是大约-4.9伏。这些电压被用于对图2中简化表示为电阻Rp的平板150供电。由于DC-DC切换技术是已知的，所以在这里不会更详细地讨论升压转换器205和反相转换器206的内部操作。

在该电路中平板150被简单建模为电阻Rp。当与整体设备中的其他组件相比时，该电阻Rp非常高(至少在初始启动操作条件期间，这是由于阵列中的单独像素尚未切换)，并且其因此被建模为无穷大。然而，如果平板150变为损坏或以其他方式被破坏，则该电阻变得小得多并且与其他电组件的其他电阻某种程度上相当。这是因为损坏的像素一般表现为跨损坏的像素的短路。如果平板150以特定方式损坏(例如一行或列中的一些或全部像素)，则整体平板的等效电阻Rp甚至可能下降至接近零，并且在V_O1和V_O2之间建立短路。从而，如果在显示器150中出现短路，则电压节点V_O2可以开始朝电压V_O1上升。如果该电压V_O2升高至超出阈值，则其他组件(诸如双DC-DC转换器117自身)可能损坏，这是因为故障的面板150表现为短路或非常小的电阻。

短路检测电路125可以在转换器117启动例程期间监视该电压节点V_O2，以保证如果电压V_O2升高至阈值以上，则中断转换器启动例程以使得不允许发生对其他经耦合的组件的破环。如下面进一步描述的那样，交错(staggered)启动例程允许通过首先只打开DC-DC转换器117的一部分(升压部分205)、然后在一段时间之后启动转换器117的第二部分(反相部分206)，来检测短路。这是通过以下来实现的：在第一部分的启动期间通过包括晶体管M6和快速放电电阻器的快速放电电路将电压节点V_O2耦合到地。通过将快速放电电阻器Rfd的大小设置为与损坏的或故障的平板150相当的值，可以通过平板150和通过快速放电电阻器Rfd导出“泄漏”电流。该泄漏电流将导致电压V_O2上升。通过在比较器230处将V_O2与阈值电压V_th比较，可以将中断比特250设置为如果足够的泄漏电流导致V_O2升高至阈值电压V_th以上则中断电源电路的启动例程。

在一个实施例中该快速放电电阻器212可以是大约300欧姆。当平板150变得被破坏时，近似电阻Rp下降至大约3k欧姆或更低。短路检测电路125(经由比较器230)监视反相供电节点V_O2处的电压。在这个意义下，也可以说短路检测电路125也监视启动期间通过平板150的电流，并且这样的电流可以被定义为：

$\frac{V_{o1}-V_{o2}}{R_P}=\frac{V_{o2}}{R_{fd}}+C_{o2}\×\frac{{\mathrm{dV}}_{o2}}{dt}$

其中通过平板的电流是V_O1和V_O2之间的电压差除以平板150的电阻Rp。从而通过平板150的电流的该方程将与通过由输出电容器C_O2随时间分出的电流所减轻的通过放电电阻器Rfd流出的电流相同。针对时间求解在反相供电节点处的电压，得到以下方程：

$V_{o2}\left(t\right)=\frac{R_{fd}}{R_P+R_{fd}}\×V_{o1}\×(1-e^{-\frac{R_P+R_{fd}}{C_{o2}\·R_P\·R_{fa}}\×t})$

下面参照图3示出该电压响应信号V_O2(t)。如可见的那样，来自电容器的瞬态响应随着时间变得可忽略，因为稳定状态响应稳定于：

$V_{o2}(t\→\mathrm{\∞})=\frac{R_{fd}}{R_P+R_{fd}}\×V_{o1}$

从而，当在启动阶段期间正常地操作时，平板150的相对无穷大的电阻Rp将V_O2保持为可以被近似为0.0V的非常低的电压(即相对于平板150的无穷大电阻的非常小的泄漏电流)。

然而，从该相同的方程可以看出，如果平板150被破坏(即平板的电阻由一个或多个损坏的像素而很大程度减少)，则在V_O1和V_O2之间跨平板建立短路。于是，在一个实施例中，如果平板的电阻达到3k欧姆或更低，则可以定义平板150被破坏。从而，在Rp与R_FD接近得多的情况下，V_O2上的电压不再是0.0V：

V_O2＝4.6*300/(3000+300)＝418mV

于是在这里，当平板150被破坏时，平板150的相对电阻Rp(当与快速放电电阻器R_FD212相比时)允许V_O2上升至超过可接受的电压电平。对于该实施例，可接受的电压电平是300mV及以下。从而，可以将耦合到比较器230的参考电压Vth设置为300mV。当V_O2上升至参考电压Vth以上时，触发软启动中断250。该信号250禁止电源电路117，这可以典型地通过来自经耦合的处理器210的控制过程来实现。为了进一步理解电源电路117结合短路检测电路125的操作，参照图3在下面示出和描述启动序列的时序图。

图3示出了根据一个实施例的图2的短路检测电路的操作期间的信号的时序图。如上面简要提及的，当电源电路117首先启动时，遵循交错启动例程，其中转换器117的升压部分205首先接合，并且在延迟时间之后，反相部分206接合。这允许在第一启动部分期间检测平板中的任何短路问题。

于是，在第一启动时，在时刻t₁，使能信号EN从低逻辑电平转变为高逻辑电平。该信号EN开始电源电路117的启动例程并且还触发短路检测电路使能信号FD。该信号FD闭合第一放电开关M6，以使得V_O2通过快速放电电阻器Rfd与地耦合。从而，如果在V_O2上建立任何电压，则其将流过M6和Rfd到地。因为电源电路117尚未开始切换以在其任何输出端上生成任何电压(V_O1或V_O2)，所以在该例程的开始处不存在电流流动。

接着，在时刻t₂，通过升压启动信号PWD_ST使能电源电路117的升压转换器部分205。该启动信号可以表示根据适合于在V_O1上产生4.6伏的电压的方式而将升压转换器的晶体管M1、M2和M3切换为开和关的一系列控制脉冲。在所述一系列控制脉冲开始后，V_O1上的电压开始向4.6伏上升。上升所需的时间量取决于输出电容器C_O1的大小。较大的电容器将导致较长的上升时间(例如t₂和t₃之间的时间)。这样，基于该电容器的大小，可以将升压转换器205所允许的启动时间设置为期望的时间长度，以保证V_O1上的电压达到4.6伏。例如，t₂和t₄之间的时间可以是对升压转换器所允许的启动时间。在该时间之后，在时刻t₄设置来自处理器的升压转换器完成信号CP_ST，其指示已经经过足够的时间从而V_O1现在是4.6伏。该完成信号CP_ST还使能短路检测电路125的比较器230。

因为比较器230现在被使能，所以完成与阈值电压的立即的比较。如果在平板150中不存在短路，则V_O2应当仍然在0.0伏。即使通过平板150的小量的泄漏电流仍不会导致V_O2处的电压大量上升。只要平板150提供足够的电阻以将V_O2保持为大约300mV以下，则启动例程可以继续(例如不被中断信号250中断)。如果该比较导致确定V_O2低于阈值电压Vth，则在时刻t₅，FD信号从高逻辑电平转变为低逻辑电平，作为短路检测方法已经确定平板150未被破坏的指示。在FD信号关时，开关M6断开并且V_O2现在准备好通过电源电路117启动例程的第二阶段而下降至-4.9伏。

在启动例程的第二阶段中，反相转换器也在时刻t₅被反相启动信号PWD_IV接合。很类似于升压转换器启动信号PWD_ST，根据被配置为在输出V_O2上产生-4.9伏电压的一系列脉冲而切换开关M4和M5。启动的该第二阶段也持续足够长的持续时间(从t₅到t₆)以允许V_O2下降至-4.9伏，并且启动的该第二阶段至少在一些阶段中取决于输出电容器C_O2的大小。进一步地，在该阶段的开始，信号PWD_IV还断开将V_O2耦合到转换器230的正输入端的开关231。这保证了正常操作期间的高电压V_O2(-4.9伏)不损坏比较器230。反相启动阶段在经过足够的时间之后以来自处理器的完成信号CP_IV结束，以确保V_O2在-4.9伏。

在软启动例程结束时(例如在时刻t₆)，设备可以继续正常操作，因为在平板150未检测到短路。然而，如果由于V_O2上的电压超过阈值Vth而设置了软启动比特250，则可以将设备锁定至故障状态，直至被破坏的平板可以被维修。

上面与图2和图3相关的数值例子是一个实施例。也可以实施另外的阈值和配置。因为许多不同的平板展现许多不同的电特性，所以可以将参考电压Vth设置为不同的电压电平以提供更积极或更消极的保护方法。以上例子将参考电压阈值设置为300mV。这可以典型地对应于具有大约3000欧姆的被破坏的电阻的平板而电容器C_O2为10μF。如果要对保护方法更积极，则可以将阈值设置为250mV，其对应于具有大约3000欧姆(与前面相同)的被破坏的电阻的平板而具有20μF的C_O2。又一例子更加积极，其中将阈值设置为175mV，其导致大约5000欧姆的更高的被破坏的电阻而C_O2在10μF。一般来说，可以将升压软启动阶段的长度设计为保证在来自输出电容器C_O2的任何瞬态响应消失之后V_O2稳定。可以以阈值电阻来表征该时间段，在该启动阶段期间平板可以不下降至所述阈值电阻以下：

$R_{P-th}=(\frac{V_{o1}}{V_{th}}-1)\×R_{fd}$

以使得如果R_p下降至低于R_p-th，则平板150将被判断为损坏。

虽然这里所讨论的主题容易进行多种修改和可替代构造，但在附图中示出并且已经在上面详细描述了其特定例示性实施例。然而，应当理解，不意图将权利要求限制为所公开的具体形式，而是相反，本发明将覆盖落入权利要求的精神和范围之内的全部修改、可替代构造及其等同方式。