用于多重LED通道系统的电力供应器瞬态降低方法与流程

本申请为发明名称为“电力供应器瞬态或用于多重led通道系统的可听噪声减小方法”、申请号为201710821680.7、申请日为2017年9月13日的中国发明专利申请的分案申请。

本申请案涉及led照明应用。

背景技术：

白炽灯泡迅速地被发光二极管(led)替换，尤其是在汽车市场中。这是因为led技术与白炽灯泡相比提供了极大改善的能量效率、较好的可靠性、降低的成本及较小的形状因子。led通常封装为表面安装装置(smd)，此允许高容量低成本印刷电路板(pcb)连同当时先进的半导体技术一起制造，从而进一步降低生产成本。led照明产生较少热量，此进一步减小环境冷却要求及成本。在将led集成到汽车市场中的情况下，燃料效率可经改善以实现较长巡航范围及较低燃料成本。

许多led应用需要调光功能。实现led调光功能的一种方法是调整led正向电流。然而，众所周知，led的光谱还取决于led的正向电流。通过减小led电流来减小led亮度以实现调光功能还会不期望地使led色彩移位，此是不合意的。

因此，led调光功能通常使用pwm(脉冲宽度调制)方法来实施，在所述pwm方法中，将标称正向电流施加到led，但周期性地接通及关断正向电流，使得可将均方根(rms)电流值调整到所要值。由于正向电流保持处于相同标称电流值，因此led色彩跨越全部亮度受控范围将保持相同。pwm调光频率通常高于100hz到120hz以避免可视闪光，且通常使用约200hz的pwm调光频率。尽管可使用更高频率，但高pwm切换频率将具有较高切换功率损失以及可干扰邻近rf电路操作的频率范围内的较多谐波电磁干扰(emi)发射。

图1是图解说明led照明应用的一个实例的示意图。参考图1，led串2连接到led控制器1。led串2连接到由pwm信号驱动的切换器sw，所述pwm信号可来自系统控制单元或来自led控制器自身。led控制器1给led串2提供正向电流。通过在不同工作循环处接通及关断切换器sw，可控制led串所发射的亮度以实现调光功能。然而，在典型应用中，通过pwm切换而实施led调光有时会导致不期望副效应。

明确地说，led控制器1接收电力供应器电压vdd。输入电容器cin耦合到电力供应器电压vdd以滤除电力供应器电压。输入电容器cin通常为低成本陶瓷电容器。在实施调光功能时，如果vdd调节无法足够迅速地作出响应，那么pwm信号以相同切换频率接通及关断led正向电流。此脉冲电流通过连接到vdd电力轨的陶瓷输入电容器可见，从而致使输入电容器因压电效应而机械地共振。在接通或关断充分大的led电流的情况下，vdd电力轨上可产生大电压纹波以致使输入电容器以pwm频率共振，借此产生可听噪声，这是因为pwm频率处于人类听觉的可听频率范围内。

可听噪声问题可通过使用适当设计的pcb布局及机械设置而减轻。举例来说，led照明应用可通过将两个相同电容器放置在pcb的两侧上以抵消压电效应而实施。替代地，输入电容器机械共振可通过钻孔(电容器的焊接点除外)而减小。然而，实施这些解决方案通常是不可能的，因为这些解决方案需要较大pcb布局且双侧表面安装制造会增添组件成本及生产成本。在其它实例中，陶瓷输入电容器可由不展现压电行为的多层陶瓷芯片电容器(mlcc)或电解电容器替换，借此基本上避免可听噪声。然而，这些电容器比陶瓷电容器更昂贵且因此增加组件成本。

关于led调光功能的可听噪声问题的另一解决方案涉及使用电力供应器电压隔离及耦合到led串的输出电容器cout，如图2中所展示。图2是图解说明led照明应用的另一实例的示意图。参考图2，led串2连接到led控制器3。led串2连接到在本实例中集成到led控制器3中的切换器sw。将切换器sw集成到led控制器中会减小组件成本且还能够实现对led电流的精确控制(例如，通过使用恒定电流源)。切换器sw由pwm信号驱动以接通及关断led正向电流从而实现调光功能。led控制器3接收还耦合到输入电容器cin的电力供应器电压vdd。led控制器包含电压调节电路4以将led(节点5)的阳极与电力供应器电压vdd隔离。输出电容器cout并联连接到led串2。因此，通过使用电压调节电路4而消除输入电容器处的电压纹波，且输出电容器cout吸收跨越led2的电力纹波。可并入到led控制器中的电压调节电路的实例包含低压降(ldo)电压调节器、电荷泵、降压调节器或升压调节器。还可使用其它电压调节电路。

如此配置，通过以pwm频率接通及关断切换器sw而实现pwm功能。跨越led串2的电力纹波可由输出电容器cout吸收。当驱动大led电流时，输出电容器cout的电容必须成比例地增加，否则，cout自身上的电压将产生纹波，从而变成另一可听噪声源。在图2中所展示的应用中，流动到切换器sw中的电流与流动到led串2中的电流相同。当led电流较大时，切换器sw中所遭受的传导损失可较大，从而导致系统功率损失。为使此传导损失最小化，必须使切换器sw的电阻最小化。

在许多应用中，led控制器可经配置以驱动多个led串。在一些情形中，led串由电力轨vdd直接供电，且led控制器控制led正向电流以实现每一led串处的恒定电流。当使用多个led串时，led电流变得极大，此可导致电力轨上的大纹波。因此，由led调光功能造成的可听噪声问题变得甚至更为严重。

led调光功能中的可听噪声问题的其它解决方案包含使切换器与输出电容器串联耦合，如第2012/0235596号美国专利公开申请案中所描述。另一解决方案涉及将pwm频率移位到高于人类可听范围，即，高于20khz，如第8,994,277号美国专利中所描述。尽管将pwm频率移位超出人类可听范围可完全避免led调光中的可听噪声问题，但此方法有时是不合意的，因为在将pwm频率移位到高频率时会出现电磁干扰(emi)问题。较快pwm频率还将增加操作切换损失，从而减小系统功率效率。此外，vdd电力轨上的纹波依然存在，此可影响共享同一电力轨的其它装置。另外，对于高对比率应用(例如，5,000:1)，led驱动器电路可无法足够快速地切换来用于此高频率操作。

在多个led串系统中，应用时钟偏差来分散时钟信号发射功率借此减小峰值发射功率及减小emi效应是可能的。在led应用中，时钟偏差是指在不同时间开始每一led通道的pwm循环，使得多个led串将不同时从电力供应器汲取led电流。以此方式，功率瞬态被分散，借此降低可听噪声功率。举例来说，时钟偏差可通过将led串分组为一组通道而实施，其中用于每一通道的时钟信号偏差达特定时间量。即，使每一通道的pwm循环的开始时间与其它通道偏移，而pwm工作循环针对所有通道保持相同。尽管可使用时钟偏差来减轻emi问题，但时钟偏差因时序约束而具有有限应用。举例来说，时钟偏差无法用于多重通道rgbled系统中，因为红色led、绿色led及蓝色led必须在无任何时序偏差的情况下在相同时帧处进行操作才能恰当地进行色彩呈现。

技术实现要素：

本申请案的一个方面针对一种在发光二极管(led)控制器中产生用于驱动多个led通道的控制信号的方法，所述多个led通道使用脉冲宽度调制(pwm)来实施led调光功能。在一个实施例中，所述方法包括：使用多个pwm信号来驱动多个led通道以在切换循环内以pwm频率接通及关断所述led通道，每一led通道由相应pwm信号驱动；所述pwm信号中的每一者具有用于断言所述pwm信号以接通所述相应led通道的前边缘及用于解除断言所述pwm信号以关断所述相应led通道的后边缘；接收具有指示用于接通所述多个led通道的工作循环的值的调光器信号；产生用于驱动第一led通道的第一pwm信号，所述第一pwm信号以所述pwm频率进行切换，所述第一pwm信号具有：前边缘，其为第一时间位置处的固定信号转变；及后边缘，其为经调制以响应于所述调光器信号而产生具有所述工作循环的所述第一pwm信号的信号转变；及产生用于驱动第二led通道的第二pwm信号，所述第二pwm信号以所述pwm频率进行切换，所述第二pwm信号具有：前边缘，其为经调制以响应于所述调光器信号而产生具有所述工作循环的所述第二pwm信号的信号转变；及后边缘，其为所述第一时间位置处的固定信号转变。

本申请案的另一方面针对一种位于发光二极管(led)控制器中的数字调光控制电路，所述数字调光控制电路用于产生用于驱动多个led通道的控制信号，所述多个led通道使用脉冲宽度调制(pwm)来实施led调光功能。在一个实施例中，所述控制电路包括：多个数字信号路径，其经配置以产生用以驱动多个led通道的多个pwm信号以在切换循环内以pwm频率接通及关断所述led通道，每一led通道由相应pwm信号驱动；所述pwm信号中的每一者具有用于断言所述pwm信号以接通所述相应led通道的前边缘及用于解除断言所述pwm信号以关断所述相应led通道的后边缘；所述多个数字信号路径中的第一数字信号路径，其经配置以接收具有指示用于接通所述第一led通道的工作循环的值的调光器信号，且经配置以产生用于驱动第一led通道的第一pwm信号，所述第一pwm信号以所述pwm频率进行切换，所述第一pwm信号具有：前边缘，其为第一时间位置处的固定信号转变；及后边缘，其为经调制以响应于所述调光器信号而产生具有所述工作循环的所述第一pwm信号的信号转变；及所述多个数字信号路径中的第二数字信号路径，其经配置以接收所述调光器信号，且经配置以产生用于驱动第二led通道的第二pwm信号，所述第二pwm信号以所述pwm频率进行切换，所述第二pwm信号具有：前边缘，其为经调制以响应于所述调光器信号而产生具有所述工作循环的所述第二pwm信号的信号转变；及后边缘，其为所述第一时间位置处的固定信号转变。

附图说明

以下详细说明及附图中揭示本发明的各种实施例。

图1是图解说明现有技术中的led照明应用的一个实例的示意图。

图2是图解说明现有技术中的led照明应用的另一实例的示意图。

图3是图解说明本发明的实施例中的并入有数字调光控制电路的用于多重led通道系统的led控制器的示意图。

图4是图解说明本发明的替代实施例中的并入有数字调光控制电路的用于多重led通道系统的led控制器的示意图。

图5是图解说明现有技术中的一些实例中的用于常规led控制器中的pwm调光操作的pwm信号的时序图。

图6是图解说明本发明的实施例中的根据可听噪声减小方法而产生的用于pwm调光操作的pwm信号的时序图。

图7是图解说明本发明的实施例中的根据本发明的可听噪声减小方法而产生的用于pwm调光操作的pwm_c信号的时序图。

图8是图解说明现有技术中的一些实例中的用于常规led控制器中的pwm调光操作的具有消除重影时序的pwm信号的时序图。

图9是图解说明本发明的替代实施例中的根据可听噪声减小方法而产生的用于pwm调光操作的pwm信号的时序图。

图10是本发明的一些实施例中的数字调光控制电路的示意图。

图11是图解说明本发明的实施例中的在数字调光控制电路中可实施的可听噪声减小方法的流程图。

具体实施方式

本发明可以众多方式实施，包含作为过程、设备、系统及/或物质组成而实施。在本说明书中，这些实施方案或本发明可采用的任何其它形式可称为技术。一般来说，在本发明的范围内可更改所揭示过程的步骤的次序。

下文连同图解说明本发明的原理的附图一起提高本发明的一或多个实施例的详细说明。本发明结合此些实施例而描述，但本发明不限于任何实施例。本发明的范围仅受权利要求书限制，且本发明涵盖众多替代方案、修改形式及等效物。在以下描述中陈述了众多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。这些细节是出于实例目的而提供，且本发明可在不具有这些具体细节中的一些细节或全部细节的情况下根据权利要求书而实践。出于清晰目的，未详细描述与本发明相关的技术领域中已知的技术材料，使得不会不必要地使本发明模糊。

在本发明的实施例中，使用pwm方法来实现led调光功能的用于多重led通道系统的led控制器并入有数字调光控制电路以产生用于驱动led通道的pwm信号，以分散或抵消在用于调光操作的pwm调制期间因led瞬态电流而产生的电力供应器瞬态。数字调光控制电路产生用于驱动每一led通道的pwm信号，其中pwm信号具有对应于所编程led亮度的工作循环。数字调光控制电路实施可听噪声减小方法，借此在切换循环内将用于通道中的一些通道的pwm信号的作用周期(或工作循环)移位，以使上升信号边缘中的至少一些上升信号边缘与下降信号边缘中的一些下降信号边缘对准，以便抵消led电力轨上的在信号转变处产生的电压瞬态。此外，通过pwm切换循环而将未对齐的上升信号边缘及下降信号边缘分散，使得电力供应器瞬态被分散以减小电压瞬态的峰值振幅。同时，pwm信号中的每一者的工作循环维持为相同的，使得经编程亮度水平不受信号边缘的移位影响。由于电压瞬态是led系统中的可听噪声问题的根本原因，因此通过减小或消除电力轨电压瞬态，本发明的数字调光控制电路有效地减小或消除因pwm调光操作而产生的可听噪声，从而在经增大pwm频率且不使用较高成本的组件的情况下使emi问题最小化。

在一些实施例中，数字调光控制电路为一些led通道产生前边缘固定且后边缘被调制的pwm信号，且为其它led通道产生前边缘被调制且后边缘固定的pwm信号。pwm信号的固定前时钟边缘及后时钟边缘被对齐以抵消电力供应器电压瞬态或纹波。由于可听噪声功率是瞬态电压振幅的平方的函数，因此减小电力供应器电压瞬态会具有显著减小因电力供应器电压瞬态而产生的可听噪声的效应。

图3是图解说明本发明的实施例中的并入有数字调光控制电路的用于多重led通道系统的led控制器的示意图。参考图3，led控制器10经配置以驱动包含并联连接的多个led串30的多重led通道系统。led串30由led控制器10所提供的led电流iled(节点18)驱动。在本实施例中，多重led通道系统包含四个led串。在其它实施例中，多重led通道系统可使用两个或多于两个led串中的任何数目个led串来构造。led串30被分组为两个或多于两个led通道，其中每一led通道可包含一或多个led串。在本说明中，led通道是指并联连接的一或多个led串的群组，其中每一led串由串联连接的多个发光二极管形成。

led控制器10接收输入电压vin作为输入节点12上的输入电力供应。输入电压vin是dc电压。输入电容器cin连接在输入电压节点12与接地之间。led控制器10包含功率转换器16，所述功率转换器经耦合以接收dc输入电压vin并产生用于驱动led串30的led电流iled(节点18)。功率转换器16产生控制器输出节点18上的输出电压vdd，所述输出电压vdd由输出电容器cout滤波。输出电压vdd是用于led串30的电力轨电压。在操作中，功率转换器16实施恒定电压控制以产生用以供应给led串30的恒定电力供应器电压vdd。当电力轨电压vdd超过led正向偏置电压时，led串30发射处于特定光谱或色彩的光。在本发明的实施例中，功率转换器16可实施为线性电压调节器或切换电压调节器。举例来说，功率转换器16可实施为低压降(ldo)电压调节器、电荷泵、降压调节器或升压调节器。

为实施led调光功能，led控制器10实施脉冲宽度调制(pwm)方法，在所述pwm方法中，将标称正向电流施加到led串，但以pwm频率接通及关断正向电流，以调整均方根电流值以便从每一led获得所要亮度。更明确地说，每一led串30与受pwm信号控制的切换器sw串联耦合。pwm信号在给定工作循环处接通及关断切换器sw以便允许led电流流动穿过led串或使led电流停止。因此，led串中的led以pwm频率(此受pwm信号控制)接通或关断以便发射具有所要亮度的光。led的亮度与pwm信号的平均工作循环成比例。只要平均工作循环相同，人眼便无法察觉pwm调光操作的切换动作。在本发明的实施例中，pwm频率被选定为高于100hz到120hz以避免可视闪光。在一个实施例中，使用200hz的pwm频率。

在本实施例中，pwm方法使用集成到led控制器10中的切换器22来实施。切换器22包含用于led控制器10驱动的(n+1)个led通道的一组(n+1)个切换器sw[n:0]。每一切换器swn耦合到led串30的一个通道。在本实施例中，led串30图解说明为被组织成四个通道，其中每一通道含有一个led串。因此，切换器22包含一组4个切换器。图3中所展示的led系统仅为说明性的且并非打算为限制性的。如上文所描述，led系统可含有任何数目个led串，且每一led通道可含有一或多个led串。为实施led调光功能，切换器sw[n:0]由相应pwm信号pwm_ch[n:0]驱动，其中每一切换器由一个pwm信号驱动。一般来说，pwm信号在给定工作循环处以pwm频率进行切换以实现由led串30发射的所要亮度水平。

在本发明的实施例中，led控制器10包含数字调光控制电路20，所述数字调光控制电路经配置以响应于调光器信号而产生用于驱动多重led通道系统的多通道pwm信号pwm_ch[n:0]。数字调光控制电路20接收调光器信号(节点14)作为输入信号且还接收输入时钟clk。在一个实施例中，调光器信号具有对应于led串30的所要光强度水平的信号值。明确地说，led控制器10经配置以在一组光强度水平(例如256个或1024个光强度水平)内驱动led串30。可由led控制器10驱动的光强度水平的数目通过pwm频率及led控制器中的电路的速度而确定。数字调光控制电路20产生pwm信号pwm_ch[n:0]，所述pwm信号以pwm频率进行切换且具有与由调光器信号编程的光强度水平成比例的工作循环。重要地，数字调光控制电路20使用减小或消除可听噪声的可听噪声减小方法来产生pwm信号，如下文将更详细地阐释。

控制led串30的led控制器10的操作如下。当电力供应器电压vdd超过led串的总正向偏置电压时，功率转换器16产生用以驱动led串30的正向电流iled。由于正向电流保持处于经设计以受led控制器控制的相同标称电流值，因此led色彩跨越全部亮度受控范围将保持相同。同时，响应于调光器信号，数字调光控制电路20产生具有给定工作循环或以切换频率(或pwm频率)按时接通及关断切换器sw[n:0]的pwm信号pwm_ch[n:0]。因此，led串30中的led响应于pwm信号而接通及关断。虽然led所发射光的色彩随led正向电流而变，但led发射的光的亮度却随pwm信号的工作循环而变，所述工作循环决定在切换周期中led被接通的时间量。通过调整在每一切换周期中led被接通的时间量，换句话说，通过调制pwm信号的工作循环，led串30的亮度水平可得以调整，借此实现调光功能。

在本说明中，pwm信号的“工作循环”是指在切换循环或切换周期内pwm信号被断言的时间量。pwm信号以切换频率或pwm频率进行切换。当pwm信号被断言时，pwm信号具有用于接通或闭合切换器sw的逻辑值以致使led电流流动穿过相应的led通道。当pwm信号被解除断言时，pwm信号具有用于关断或断开切换器sw的逻辑值以阻止led电流流动穿过相应的led通道。在本说明中，pwm信号在被断言时具有逻辑高值且在被解除断言时具有逻辑低值。pwm信号的确切逻辑电平或pwm信号的确切信号值对于本发明的实践并非是关键的。仅需要理解，工作循环是指pwm信号被断言以使切换器sw闭合从而传导led电流的时间周期。

图3图解说明led控制器10的一个配置，在所述配置中，led控制器由输入电压vin供电，且led控制器产生用于led串30的电力轨电压vdd(节点18)。在其它实施例中，led串30可直接由电力轨电压vdd供电，从而绕过led控制器。图4是图解说明本发明的替代实施例中的并入有数字调光控制电路的用于多重led通道系统的led控制器的示意图。图3及4中的相似元件被赋予相似元件符号且将不再进一步描述。参考图4，led控制器50经配置以驱动包含并联连接的多个led串30的多重led通道系统。在本配置中，led串30直接连接到电力轨vdd，即，led的阳极(节点18)直接耦合到电力供应器电压vdd。输出电容器cout经耦合以对led串30的阳极18处的电压进行滤波。led控制器50接收输入节点12上的输入电压vin，所述输入电压可为作为电力轨电压vdd的电压或可具有不同于电力轨电压vdd的电压值。led控制器50包含用于控制流动穿过led串30的led正向电流iled的恒定电流控制电路56。恒定电流控制电路56的确切配置对于本发明的实践并非是关键的且将不再进一步描述。应理解，led控制器50通过恒定电流控制电路56而控制led正向电流iled的量值，以致使led串发射处于所要光谱或色彩的光。

led控制器50包含数字调光控制电路20从而以与上文参考图3所描述的方式相同的方式实施led调光功能。明确地说，数字调光控制电路20使用可听噪声减小方法来产生pwm信号pwm_ch[n:0]以控制切换器sw[n:0]在给定工作循环处接通及关断led串从而控制所发射光的亮度。不管总体led系统配置如何，数字调光控制电路20均以相同方式操作以在不具有可听噪声的情况下实施led调光功能，如下文将更详细地阐释。

如上文所描述，pwm调光功能通常使用高于200hz的pwm频率而实施。由于200hz的所要pwm频率处于人类听觉的可听范围(20hz到20khz)内，因此pwm调光功能可导致产生非常不合意的可听噪声或嘈杂声。led调光中的可听噪声问题由led控制器10的电力供应器导轨vdd处以pwm频率产生的电压纹波所致，所述电压纹波因压电效应而引起输入电容器及/或输出电容器振动。明确地说，当led串中的led随着led在pwm调光操作期间被接通或关断而供应(sourcing)或吸收(sinking)充分大的电流时，电力轨vdd上可产生电压纹波。在pwm信号接通或关断转变期间，切换器被接通及关断且电力轨电压vdd上以pwm频率产生正或负瞬态。电力供应器电压vdd上的正或负瞬态或者电压纹波在强加于用作输入电容器或输出电容器的低成本陶瓷电容器上时会以人类可听频率范围内的pwm频率产生音频噪声或嘈杂声。

图5是图解说明一些实例中的用于常规led控制器中的pwm调光操作的pwm信号的时序图。参考图5，展示用于led通道0及led通道1的pwm信号pwm_ch0(曲线104)及pwm_ch1(曲线106)。pwm信号以具有pwm调制周期的pwm频率进行切换且具有根据所要亮度而选择的工作循环。举例来说，pwm信号的后边缘或从高到低转变经调制以响应于设定所要光强度水平的调光器信号而改变工作循环。常规led控制器产生彼此同步的pwm信号–即，pwm信号的前边缘及后边缘彼此对准。因此，当用于led通道0pwm_ch0的pwm信号在时间t0处从低转变为高时，用于led通道1pwm_ch1的pwm信号也同时从低转变为高。类似地，在所要工作循环结束时，当用于led通道0pwm_ch0的pwm信号在时间t1处从高转变为低时，用于led通道1pwm_ch1的pwm信号也同时从高转变为低。

pwm信号控制led的接通及关断切换。在所有pwm信号转变均在相同时间发生的情况下，led也在相同时间接通及关断，从而在相同时间为电力轨供应电流或吸收来自电力轨的电流，从而致使在信号转变处出现电压瞬态或电压纹波，如图5中所展示。电力轨vdd(曲线102)在pwm信号转变为高时具有大电压下冲且在pwm信号转变为低时具有大电压过冲。这些大供应电压过冲及下冲引起陶瓷输入及输出电容器中的共振振动，且是使用pwm调光功能的led照明应用中的可听噪声的根本原因。

在本发明的实施例中，led控制器(例如，led控制器10或50)并入有数字调光控制电路20，所述数字调光控制电路实施可听噪声减小方法以减小或消除因pwm调光操作期间所产生的电压纹波而产生的可听噪声。在一个实施例中，数字调光控制电路20产生以正常时序模式断言的用于第一led通道的第一pwm信号及以相反时序模式断言的用于第二led通道的第二pwm信号。在正常时序模式中，数字调光控制电路20为第一led通道产生前边缘固定且后边缘基于工作循环而调制的第一pwm信号。在相反时序模式中，数字调光控制电路20为第二led通道产生前边缘基于工作循环而调制且后边缘固定的第二pwm信号。固定转变–第一pwm信号的前信号边缘及第二pwm信号的后信号边缘–经对齐使得因这些信号转变而产生的电压瞬态彼此抵消且不产生电压过冲或电压下冲。消除电力供应器导轨上的电压瞬态或纹波会移除pwm调光功能中的可听噪声问题的来源。数字调光控制电路因此减小或消除因pwm调光操作而产生的可听噪声。

图6是图解说明本发明的实施例中的根据可听噪声减小方法而产生的用于pwm调光操作的pwm信号的时序图。可听噪声减小方法可实施于图3及4的led控制器中的数字调光控制电路20中。参考图6，本发明的可听噪声减小方法产生用于驱动led串的一对led通道的一对pwm信号。在本实施例中，led通道称为左边通道及右边通道。在本说明中，“左边”及“右边”指定仅为说明性的且并非是指led串的特定或相对物理位置。每一led通道可形成有一或多个led串，每一led串具有一或多个led。更明确地说，pwm信号pwm_l(曲线114)驱动左边led通道，而pwm信号pwm_r(曲线116)驱动右边led通道。

在本发明的实施例中，pwm信号经产生而以具有pwm调制周期的pwm频率驱动led通道切换器。在pwm调制周期内，pwm信号针对等于工作循环的时间周期而被断言，否则被解除断言。在pwm调制周期内，pwm信号的前时钟边缘是用以断言pwm信号的时钟转变，且pwm信号的后时钟边缘是用以解除断言pwm信号的时钟转变。pwm信号被断言的时间周期是pwm信号的工作循环。pwm信号可为高态有效信号或低态有效信号。即，为高态有效信号的pwm信号在被断言时将具有逻辑高值且在被解除断言时将具有逻辑低值。替代地，为低态有效信号的pwm信号在被断言时将具有逻辑低值且在被解除断言时将具有逻辑高值。因此，前时钟边缘及后时钟边缘可取决于pwm信号的作用状态而为从低到高电平转变或从高到低电平转变。在以下实施例中，pwm信号为高态有效信号。因此，pwm信号的前边缘是用以针对工作循环周期而断言pwm信号的从低到高电平转变，且pwm信号的后边缘是用以在工作循环周期结束时将pwm信号解除断言的从高到低电平转变。高态有效pwm信号的使用仅为说明性的且并非打算为限制性的。在其它实施例中，pwm信号可为低态有效信号，且可听噪声减小方法可利用信号极性的适当改变而应用。

在图6中所展示的本实施例中，可听噪声减小方法产生具有正常时序模式的pwm信号pwm_l(曲线114)且在pwm调制周期开始(t0)时被断言。pwm_l信号具有固定的前边缘–断言pwm信号的信号转变–及根据工作循环而调制的后边缘。在本图解中，时间t1表示pwm_l信号的工作循环的结束，且pwm_l信号的后边缘在时间t1处转变为逻辑低电平。在本说明中，具有正常时序模式的pwm信号是指其中工作循环时间从前边缘计数的pwm信号。固定前边缘可定位于pwm调制周期的开始(t0)处，如图6中所展示，或可定位于pwm调制周期内的其它时间。

同时，可听噪声减小方法产生具有相反时序模式的pwm信号pwm_r(曲线116)且在pwm调制周期的时间t2处被断言。pwm_r信号具有根据工作循环而调制的前边缘–断言pwm信号的信号转变–及固定的后边缘。明确地说，时间t2表示pwm调制周期内用以开始pwm_r信号的工作循环使得工作循环的结束在pwm调制周期的结束处的时间。因此，pwm_r信号的后边缘(其中pwm_r信号转变为逻辑低电平)在时间t0处，时间t0为pwm调制周期的结束及下一pwm调制周期的开始。

在本说明中，具有正常时序模式的pwm信号是指其中工作循环时间从pwm信号的固定前边缘计数的pwm信号。固定前边缘是指在所有pwm切换循环中在一切换循环内的相同时间起始前信号转变。固定前边缘可定位于pwm调制周期的开始(t0)处，如图6中所展示，或可定位于pwm调制周期内的其它时间。在pwm调光操作中，pwm信号的工作循环响应于命令特定亮度或光强度水平的调光器信号而改变。对于具有正常时序模式的pwm信号，pwm信号在所有pwm切换循环中将在相同时间被断言，且将基于由调光器信号指示的工作循环在不同时间被解除断言。

在本说明中，具有相反时序模式的pwm信号是指工作循环时间从pwm信号的固定后边缘计数的pwm信号。固定后边缘是指在所有pwm切换循环中在一切换循环内的相同时间结束pwm信号的工作循环。固定后边缘可定位于pwm调制周期的结束(t0)处，如图6中所展示，或可定位于pwm调制周期内的其它时间。在pwm调光操作中，pwm信号的工作循环响应于命令特定亮度或光强度水平的调光器信号而改变。对于具有相反时序模式的pwm信号，pwm信号将基于由调光器信号指示的工作循环在pwm切换循环内的不同时间被断言，且pwm信号在所有pwm切换循环中将在相同时间被解除断言。

在本发明的实施例中，数字调光控制电路使用互补数字信号来产生pwm_l信号及pwm_r信号。由于数字电路通常具有可用的互补信号，因此产生具有正常时序模式及相反时序模式的一对pwm信号在数字调光控制电路中可使用互补逻辑信号来实现，如下文将更详细地阐释。

如上文所描述，pwm信号控制led的接通及关断切换。在每一pwm信号转变处，led通道内由所述pwm信号驱动的led也接通及关断并为电力轨供应电流或吸收来自电力轨的电流，从而致使信号转变处出现电压瞬态或电压纹波。在如此产生的pwm_l信号及pwm_r信号的情况下，pwm_l信号的固定前边缘在时间t0处从低转变为高，时间t0是pwm_r信号的固定后边缘从高转变为低的同一时间。换句话说，pwm_l信号的固定前边缘与pwm_r信号的固定后边缘对齐。由于pwm信号的前边缘及后边缘具有相反信号转变–一个为断言且另一个为解除断言，因此因pwm信号而产生的电压瞬态将具有相反信号极性，且因此电压瞬态将彼此抵消。因此，在切换循环边界t0处，电力轨电压vdd(曲线112)上的电压瞬态得以消除。时间t1及t2处将仍存在因经调制后信号边缘及前信号边缘而产生的一些电压瞬态。然而，由于经调制后信号边缘及前信号边缘被分散，因此电压瞬态的峰值振幅被减小。因此，使用可听噪声减小方法来产生pwm信号的数字调光控制电路实现pwm调光操作的实质可听噪声减小。在许多应用中，一旦pwm频率是固定的，时间t0(即，一个切换循环的结束及下一切换循环的开始)便固定在可听频带范围内。当pwm波形的上升及下降边缘在时间t0处抵消时，主要可听噪声来源得以消除。另一方面，由于在许多应用中对亮度的不断调制，因此t1及t2的时序会随时间而变化，此使可听噪声进一步分散，从而极大地减小可听噪声。

在上文所描述实施例中，可听噪声减小方法产生用于驱动一对led通道的一对pwm信号。可听噪声减小方法可适于驱动具有任何数目个led通道的led系统。明确地说，在具有多个led通道的led系统中，led通道可成对地分组，且每一对led通道由一对pwm_l信号及pwm_r信号驱动以实现可听噪声减小。

一些led系统包含三个led通道或三的倍数个通道以驱动红色(r)、绿色(g)及蓝色(b)led。在此系统中，第三pwm通道适合用于驱动不与pwm_l及pwm_r波形的电流一致的其led电流以便分散来自每一通道的边缘能量。代替固定的前边缘或后边缘，例如，如在pwm_l或pwm_r中，第三通道可经调制在每一pwm循环的中心时序处具有固定时序，且因此在以下说明中将经调制波形命名为pwm_c。图7是图解说明本发明的实施例中的根据本发明的可听噪声减小方法而产生的用于pwm调光操作的pwm_c信号的时序图。参考图7，为产生用于pwm_c通道的pwm信号，驱动时钟频率被加倍，且每一pwm循环被划分成命名为pwm_l(曲线126)及pwm_r(曲线128)的2个部分。注意，pwm_l及pwm_r是不同于图6中的pwm信号pwm_r及pwm_l的两个时序分量。当pwm_l及pwm_r组合在一起时，产生pwm信号pwm_c。在图7中所展示的实施例中，可听噪声减小方法产生具有从pwm调制周期的中心(t2)切断的信号转变的pwm_c信号。t1及t3在正常操作中是pwm_c的前边缘及后边缘，所述前边缘及后边缘根据亮度改变而变化。使信号转变边缘变化有助于分散来自电流转变的能量。

在一个实例中，一组三个led通道可为多重通道led系统中的红色led、绿色led及蓝色led。每一led通道可形成有一或多个led串，每一led串具有一或多个led。更明确地说，图7的pwm信号pwm_c(曲线124)驱动中心led通道，图6的pwm信号pwm_l(曲线114)驱动左边led通道，且图6的pwm信号pwm_r(曲线116)驱动右边led通道。

在具有单个led通道的led系统中，本发明的可听噪声减小方法仍可通过使用用于单个led通道的pwm_c信号而应用。pwm_c信号具有两者均被调制的前信号边缘及后信号边缘。因此，在pwm调光操作的过程中，所产生的电压瞬态将被分散且因此使瞬态电压功率降低。

在本发明的实施例中，图6的两通道可听噪声减小方法及通过包含图7的pwm_c而进行的三通道可听噪声减小方法可以可变组合形式使用以支持具有各种数目个led通道的多重led通道系统。举例来说，对于四通道led系统，在四个led通道被划分成具有两个led通道的两个群组的情况下，可使用两通道可听噪声减小方法。在每一群组中，两个led通道由pwm_l及pwm_r信号驱动。在另一实例中，对于五通道led系统，两通道可听噪声减小方法可用于所述led通道中的两者，且三通道可听噪声减小方法可用于所述led通道中的其余三者。为符合led系统的需要，也可做出两通道可听噪声减小方法与三通道可听噪声减小方法的其它组合。

在一些led系统中，led控制器经配置以驱动形成为矩阵的led。所述led被逐行扫描，且通常在pwm切换循环的结束处插入小时序以通过排出每一行驱动器上的残留电荷而移除重影图像。小时序称为消除重影时间。图8是图解说明一些实例中的用于常规led控制器的pwm调光操作的具有消除重影时序的pwm信号的时序图。参考图8，当led系统实施消除重影时，消除重影信号(曲线132)用于将消除重影时间周期插入每一pwm切换循环的结束处。在常规led控制器中，当pwm信号在每一pwm切换循环的开始处被断言时，消除重影时间发生于pwm信号的非作用周期处。

在本发明的实施例中，可听噪声减小方法可应用于实施消除重影的led控制器中。图9是图解说明本发明的替代实施例中的根据可听噪声减小方法而产生的用于pwm调光操作的pwm信号的时序图。参考图9，led控制器产生消除重影信号(曲线142)以排出每一led行的残留电荷。消除重影信号在每一pwm调制周期结束时被激活。可听噪声减小方法经实施以产生pwm_l信号(曲线146)，所述pwm_l信号具有在时间t0处被断言的固定前边缘及经调制后边缘。可听噪声减小方法还经实施以产生pwm_r信号(曲线148)，所述pwm_r信号具有在时间t0-δ处被断言的固定后边缘及经调制前边缘，其中在时间t0-δ处，消除重影信号被断言。

在插入消除重影时间的情况下，pwm_l及pwm_r信号的固定前边缘及后边缘并不确切地对齐。因此，电压瞬态并不完全抵消。然而，由于信号边缘被分散，因此电压瞬态的能量也被分散，且总体可听噪声功率也被极大地减小。

图10是本发明的一些实施例中的数字调光控制电路的示意图。参考图10，数字调光控制电路200在输入节点202上接收调光器信号且在输入节点204上接收时钟信号clk。在本实施例中，数字调光控制电路200产生用于三个led通道的pwm信号。明确地说，pwm_r信号(节点250)经产生以驱动用于红色led的右边led通道，pwm_l信号(节点252)经产生以驱动用于绿色led的左边led通道，且pwm_c信号(节点254)经产生以驱动用于蓝色led的中心led通道。在本实施例中，调光器信号为对应于经编程工作循环的计数值的8位信号pwm_cnt[7:0]。调光器信号存储于在用于产生pwm信号的相应pwm信号路径中将使用的pwm寄存器210、212及214中。在本实施例中，pwm寄存器210、212及214是8位寄存器。在此示范性实施例实例中，全部三个通道使用相同架构，使得每一通道可被动态地配置为受有限状态机fsm208控制的左边通道、右边通道及中心通道。

数字调光控制电路200包含产生计数器值的k位计数器206及产生控制信号的有限状态机fsm208。计数器206及fsm208两者由时钟信号clk驱动。在本实施例中，计数器206为9位计数器且产生计数器值c[8:0]。fsm208接收来自计数器206的9位计数器值且产生用于相应pwm信号路径中的多路复用器的选择信号cen、r及l。fsm208还将为计数器值c[8:1]的8个最高有效位从计数器206传递到pwm_l及pwm_r信号路径中的比较器，且将为计数器值c[7:0]的8个最低有效位从计数器206传递到pwm_c信号路径。对于pwm_l及pwm_r通道，不使用c[0]，且c[8:1]基于2*clk频率而提供256个pwm水平。对于pwm_c通道，c[8]用于选择其数据路径是处于前边缘操作模式还是后边缘操作模式，且c[7:0]基于clk频率而提供256个pwm水平。

在本实施例中，fsm208经配置以如下产生选择信号。当为计数器值c[8]的最高有效位(msb)为逻辑低(“0”)时，选择信号cen具有逻辑高值(“1”)。当为计数器值c[8]的最高有效位(msb)为逻辑高(“1”)时，选择信号cen具有逻辑低值(“0”)。选择信号r具有逻辑低值且选择信号l具有逻辑高值。此外，fsm208将为计数器值c[8:1]的8个最高有效位传递到左边通道信号路径、右边通道信号路径及中心通道信号路径中的比较器，如下文将更详细地描述。在操作中，fsm208针对左边通道及右边通道每隔一个计数器值进行计数，且针对中心通道对每一计数器值进行计数。fsm208使用计数器值的最低有效位c[0]来选择中心通道的左半逻辑或右半逻辑。以此方式，中心通道的时钟频率被加倍，而周期被减半。在一个实例中，当为计数器值c[0]的最低有效位为0时，fsm208控制中心通道的左半逻辑，且当为计数器值c[0]的最低有效位为1时，fsm208控制中心通道的右半逻辑。

上文所描述的fsm208的构造仅为说明性的。所属领域的技术人员将了解，fsm208可以其它方式进行构造以产生用于多个led通道的选择信号。举例来说，fsm208可经配置以产生呈其它极性的选择信号。

数字调光控制电路200包含三个信号路径–一个信号路径用于左边(绿色)通道、右边(红色)通道及中心(蓝色)通道中的一者。每一通道以相同方式构造，包含产生互补信号–即，非反相信号及经反相信号。fsm208经配置以为每一信号路径产生具有适当极性的选择信号，以便产生呈正常时序模式或相反时序模式或者中心时序模式的pwm信号，如图6及7中所描述。如上文所描述，由于三个信号路径以相同方式构造，因此三个信号路径可动态地配置为左边通道、右边通道及中心通道，此受有限状态机fsm208控制。因此，本说明中的左边信号路径、右边信号路径及中心信号路径的具体指定仅为说明性的且并非打算为限制性的。

在右边通道信号路径中，工作循环计数值pwm_cnt[7:0]存储于pwm寄存器210中。寄存器210提供非反相输出cnt及经反相输出cntb。寄存器210的非反相输出cnt及经反相输出cntb耦合到两输入多路复用器220。多路复用器220接收来自fsm208的选择信号r。对于右边通道，选择信号r处于逻辑低，且因此选择经反相工作循环计数值cntb。经反相工作循环计数值cntb被提供到比较器及设定-复位(sr)锁存器230。明确地说，在比较器230处将经反相工作循环计数值cntb与计数器计数值cntr进行比较。更明确地说，将经反相工作循环计数值cntb与计数器值的8个最高有效位(即，c[8:1])进行比较。对于右边通道，fsm208每隔一个计数值进行计数，从而跳过最低有效位。如此配置，当计数器值c[8:1]计数时，sr锁存器被设定(逻辑高)，且当计数器值c[8:1]达到经反相工作循环计数值cntb时，sr锁存器被复位(逻辑低)。sr锁存器提供耦合到另一两输入多路复用器240的非反相输出“a”及经反相输出“b”。对于右边通道，选择信号r处于逻辑低，且因此选择经反相输出信号b。输出节点250处所产生的pwm_r信号用于控制耦合到右边led通道的切换器以用于驱动红色led。通过选择经反相工作循环计数值及选择经反相sr锁存器输出值，右边通道信号路径产生具有经调制前边缘及固定后边缘的pwm信号。

左边通道信号路径以类似方式进行构造。在左边通道信号路径中，工作循环计数值pwm_cnt存储于寄存器212中。寄存器212的非反相输出cnt及经反相输出cntb耦合到两输入多路复用器222。多路复用器222接收来自fsm208的选择信号l。对于左边通道，选择信号l处于逻辑高，且因此选择非反相工作循环计数值cnt。非反相工作循环计数值cnt被提供到比较器及设定-复位(sr)锁存器232。明确地说，在比较器232处将非反相工作循环计数值cnt与计数器值c[8:1]进行比较。更明确地说，将非反相工作循环计数值cnt与计数器计数值的8个最高有效位(即，c[8:1])进行比较。对于左边通道，fsm208每隔一个计数值进行计数，从而跳过最低有效位。如此配置，当计数器计数值c[8:1]计数时，sr锁存器被设定(逻辑高)，且当计数器值c[8:1]达到非反相工作循环计数值cnt时，sr锁存器被复位(逻辑低)。sr锁存器提供耦合到另一两输入多路复用器242的非反相输出“a”及经反相输出“b”。对于左边通道，选择信号l处于逻辑高，且因此选择非反相输出信号a。输出节点252处所产生的pwm_l信号用于控制耦合到左边led通道的切换器以用于驱动绿色led。通过选择非反相工作循环计数值及选择非反相sr锁存器输出值，左边通道信号路径产生具有固定前边缘及经调制后边缘的pwm信号。

在中心通道信号路径中，工作循环计数值pwm_cnt存储于寄存器214中。寄存器212的非反相输出cnt及经反相输出cntb耦合到两输入多路复用器224。多路复用器224接收来自fsm208的选择信号cen。对于中心通道，当计数器值的最高有效位计数器值c[8]处于逻辑低时，选择信号cen处于逻辑高，且当计数器值的最高有效位计数器值c[8]处于逻辑高时，选择信号cen处于逻辑低。因此，在切换循环的第一半部期间选择经反相工作循环计数值cnt，且在切换循环的第二半部选择非反相工作循环计数值cntb。所选择工作循环计数值cnt被提供到比较器及设定-复位(sr)锁存器234。明确地说，在比较器234处将所选择工作循环计数值cnt与计数器值c[7:0]进行比较。更明确地说，将所选择工作循环计数值cnt与计数器计数值的8个最低有效位(即，c[7:0])进行比较。对于中心通道，fsm208对每一计数值c[8:0]进行计数，其中最高有效位c[8]用于选择中心通道的左半逻辑或右半逻辑。因此，中心通道的时钟频率被加倍，而周期被减半。如此配置，当计数器值c[7:0]计数时，sr锁存器被设定(逻辑高)，且当计数器计数值c[7:0]达到所选择工作循环计数值cnt/cntb时，sr锁存器被复位(逻辑低)。sr锁存器输出耦合到另一两输入多路复用器244。多路复用器244基于选择信号c而选择输出信号，且在切换循环的第一半部提供反相输出“b”，并在切换循环的第二半部提供非反相输出“a”。输出节点254处所产生的pwm_c信号用于控制耦合到中心led通道的切换器以用于驱动蓝色led。通过选择非反相工作循环计数值及经反相工作循环计数值以及选择非反相sr锁存器输出值及经反相sr锁存器输出值，且通过使时钟速率加倍，中心通道信号路径产生集中于切换循环的中间且具有经调制前边缘及后边缘的pwm信号。举例来说，中心通道可被看作是左边通道与右边通道的组合。

在图10中所展示的实施例中，数字调光控制电路200使用三个信号路径进行构造。图10中的数字调光控制电路200的构造仅为说明性的且并非打算为限制性的。在其它实施例中，本发明的数字调光控制电路可使用一或多个信号路径进行构造。有限状态机经相应地构造以产生用于数字调光控制电路中的若干信号路径的控制信号。在大部分情形中，数字调光控制电路将包含支持两个或多于两个led通道的两个或多于两个信号路径。

图11是图解说明本发明的实施例中的在数字调光控制电路中可实施的可听噪声减小方法的流程图。参考图11，可听噪声减小方法300接收为指示将要编程的工作循环的计数值pwm_cnt的调光器信号(302)。方法300产生具有给定工作循环的多个pwm信号以驱动相应pwm通道(304)。方法300通过将pwm信号中的一些pwm信号的作用周期移位以使一个pwm信号的固定上升信号边缘对准到另一pwm信号的固定下降信号边缘而产生pwm信号(306)。以此方式，由这些固定信号边缘产生的电力轨电压瞬态得以抵消。方法300通过在切换周期或切换循环内调制pwm信号的非固定时序边缘以分散时序边缘而进一步产生pwm信号(308)。以此方式，电力供应器瞬态在切换周期内被分散以减小电压瞬态的峰值振幅。同时，pwm信号中的每一者的工作循环维持为相同的，使得经编程亮度水平不受信号边缘的移位影响(308)。

尽管出于清楚理解的目的已相当详细地描述了前述发明，但本发明不限于所提供的细节。存在实施本发明的许多替代方式。所揭示实施例为说明性的而非限制性的。