发光器件驱动电路、PPG传感器及电子设备的制作方法

发光器件驱动电路、ppg传感器及电子设备
技术领域
1.本技术涉及电子设备领域，尤其涉及一种发光器件驱动电路、光电容积描记ppg传感器及电子设备。


背景技术：

2.目前，激光二极管(laser diode，ld)或发光二极管(light emitting diode,led)等发光器件广泛应用于电子设备。通常，发光器件在电子设备中主要用作显示背光、测量(例如：距离、人体的生物特性等)、信号指示、照明等功能。例如：光电容积描记(photoplethysmograph，ppg)传感器，主要是通过驱动发光器件发射测试光信号，一部分测试光信号在皮肤内部或皮肤界面会发生反射；一部分测试光信号在皮肤内部发生散射，散射的光信号的一部分会回到ppg传感器，被ppg传感器的探测器接收，这部分散射信号称为后向散射信号，探测器除了能接收一部分散射信号，还会接收到部分反射信号。通过后向散射信号或者反射信号，能够对人体持续测量，从而收集心率、血氧等数据。
3.当前ppg传感器功耗比较高(在手环中ppg传感器功耗占整机功耗的约40％，手表中ppg传感器功耗占整机功耗的约15％)，特别针对深皮肤测试时，需要进一步加大发光器件的驱动电流。高功耗制约了部分穿戴产品上不能使用实时心率检测、连续血氧检测等功能。未来需要依据ppg传感器做更多的健康功能，实时心率检测、连续血氧检测是必须的。所以，有必要降低ppg传感器的功耗。ppg传感器中，发光器件的功耗占主要部分，降低发光器件的功耗就能大幅降低ppg传感器的功耗。因此如何提高发光器件的供电效率成为降低整机功耗的关键。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种发光器件驱动电路、光电容积描记ppg传感器及电子设备，提高发光器件的供电效率。
5.为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：
6.第一方面，提供一种发光器件驱动电路。该发光器件驱动电路包括：电压变换电路、至少一个发光器件、电流驱动电路以及控制器；任一发光器件以及电流驱动电路串联于电压变换电路的输出端与接地端之间。其中控制器，被配置为向电流驱动电路输出第一控制信号；电流驱动电路，被配置为根据第一控制信号，向第一发光器件提供预定电流；控制器，被配置为根据第一发光器件与电流驱动电路所在路径上的电学参数向电压变换电路输出第二控制信号；电压变换电路，被配置为根据第二控制信号调整电压变换电路的输出端的电压。这样，当控制器通过第一控制信号控制电流驱动电路向至少一个发光器件中的第一发光器件输出预定电流时，控制器可以根据第一发光器件与电流驱动电路所在路径上的电学参数向电压变换电路输出第二控制信号；则，电压变换电路能够根据第二控制信号实时调整输出端的电压，而不再按照满足发光器件的极限(最大电流)场景工作以最大的固定电压向所有发光器件供电，从而提高发光器件的供电效率降低整机功耗。
7.在一种可能的实现方式中，电流驱动电路包括电流源以及切换开关电路；切换开关电路的公共端与电流源耦合，任一发光器件与切换开关电路的任一选择端耦合；第一控制信号包括：开关控制信号和电流控制信号；切换开关电路，被配置为根据开关控制信号将公共端与第一发光器件耦合的选择端导通，以将电流源与第一发光器件耦合；其中，开关控制信号与第一发光器件的点灯时序同步，即开关控制信号控制将电流源与第一发光器件耦合时，第一发光器件点亮；电流源，被配置为根据电流控制信号向第一发光器件提供预定电流。此外，对应于同一个第一发光器件的第一控制信号和第二控制信号，需要进行同步处理，例如，只有在第一控制信号控制电流驱动电路驱动第一发光器件点灯时或提前在第一控制信号控制电流驱动电路驱动第一发光器件点灯前或滞后第一控制信号控制电流驱动电路驱动第一发光器件点灯时刻，第二控制信号对电压变换电路进行控制，提前或滞后(延迟)的时间可以任意配置。
8.在一种可能的实现方式中，电学参数包括所述电流驱动电路的电压降；控制器，被配置为检测电流驱动电路的电压降，根据电压降向电压变换电路输出第二控制信号；其中，当电压降大于设定阈值时，第二控制信号用于控制电压变换电路降低输出端的电压，当电压降小于设定阈值时，第二控制信号用于控制电压变换电路升高输出端的电压。在该可能的实现方式中，可以利用电流源的电压降或电压余度(headroom电压)，实现电压变换电路的自动调压。
9.在一种可能的实现方式中，电学参数包括所述第一发光器件的驱动电流；控制器，被配置为根据第一发光器件的驱动电流向电压变换电路输出第二控制信号。在该可能的实现方式中，可以利用第一发光器件的驱动电流，实现电压变换电路的自动调压。例如，如果电流源的电流增加或第一发光器件的驱动电流(当然在串联电路上，电流源的电流与第一发光器件的驱动电流相等)增加，则调大电压变换电路的输出电压；如果电流源的电流增加或第一发光器件的驱动电流减小，则调小电压变换电路的输出电压。通过这种方式，减少额外的电流源的压降或headroom电压，从而减小系统的功耗。
10.在一种可能的实现方式中，控制器具体被配置为根据查找表查询第一发光器件的驱动电流对应的期望电压值，根据期望电压值向所述电压变换电路输出第二控制信号，第二控制信号用于控制电压变换电路在所述输出端输出期望电压值。
11.在一种可能的实现方式中，控制器具体被配置为根据设定公式计算所述第一发光器件的驱动电流对应的期望电压值，根据所述期望电压值向所述电压变换电路输出第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述电压变换电路在所述输出端输出所述期望电压值。
12.在一种可能的实现方式中，控制器还被配置为根据至少两个发光器件对应的所述电压变换电路的输出端的电压从大到小或从小到大的顺序，依次向电流驱动电路输出每个发光器件对应的第一控制信号。这样，在电压变换电路输出端的电容处于持续的充电或者持续的放电状态，避免了在一个prf周期中对电容交替进行充放电造成的损耗。
13.在一种可能的实现方式中，电压变换电路至少包括以下任一项：升压boost电路、降压-升压buck-boost电路。
14.第二方面，提供一种发光器件驱动电路。该发光器件驱动电路包括：电压变换电路、至少一个发光器件、电流驱动电路及控制器；电压变换电路包括反馈端和输出端，其中
输出端与接地端之间串联有第一电阻和第二电阻；第一电阻和第二电阻的连接点与反馈端耦合；第一发光器件串联于输出端和电流驱动电路之间，第一发光器件与电流驱动电路的连接点与反馈端之间耦合有第三电阻；控制器，被配置为向电流驱动电路输出第一控制信号；电流驱动电路被配置为根据第一控制信号，向第一发光器件提供预定电流；电压变换电路被配置为当确定反馈端的第一电压高于预定电压值时控制降低输出端的电压；或者，当确定反馈端的第二电压低于预定电压值时控制升高输出端的电压。电压变换电路的工作原理是，当反馈端fb的电压大于预定电压值vref时，电压变换电路降低vout的输出电压；当反馈端fb的电压小于预定电压值vref时，电压变换电路提高输出端vout的输出电压。通过这种反馈控制，最终让反馈端fb的电压稳定在vref，即电压变换电路的输出端vout的电压稳定在vref*(r1+r2)/r2，其中r1为第一电阻，r2为第二电阻。这样，即可以从每个发光器件的一端(led的阴极)连接一个电阻到电压变换电路71的反馈端fb，来实现电压变换电路71的输出端vout的电压的自动调控。这样，即可以从每个发光器件的一端(led的阴极)连接一个电阻到电压变换电路的反馈端fb，来实现电压变换电路的输出端vout的电压的自动调控。具体过程如下(假定每个发光器件的驱动电流固定)，电压变换电路启动后，没有电流流过发光器件时，vout输出电压为vref*(r1+r2)/r2(实际led会有微弱电流流过,导致输出电压变化，不过不影响过程分析)；电流驱动电路开启后输出的预定电流，选定的第一发光器件流过电压，在电流驱动电路形成压降。电流驱动电路的压降增加，则反馈端fb的电压会被抬高，当反馈端fb的第一电压高于预定电压值，电压变换电路会降低vout的输出电压。电压变换电路的输出出vout输出的电压降低后，由于第一发光器件的压降不变，则电流驱动电路的压降降低，引起反馈端fb电压降低。最终会让反馈端fb电压维持在vref的临界状态。最终，电压变换电路的输出端vout的电压vout＝vref*[1/rx+1/r2+1/r1]*r1
–
vdrop_tx*r1/rx；其中，rx为第三电阻。
[0015]
在一种可能的实现方式中，电流驱动电路包括电流源以及切换开关电路；切换开关电路的公共端与电流源耦合，任一发光器件与切换开关电路的任一选择端耦合；第一控制信号包括：开关控制信号和电流控制信号；切换开关电路，被配置为：根据开关控制信号将所述公共端与第一发光器件耦合的选择端导通，以将电流源与第一发光器件耦合；电流源，被配置为：根据电流控制信号向第一发光器件提供预定电流。
[0016]
在一种可能的实现方式中，控制器，还被配置为根据至少两个发光器件对应的电压变换电路的输出端的电压从大到小或从小到大的顺序，依次向电流驱动电路输出每个发光器件对应的第一控制信号。这样，在电压变换电路输出端的电容处于持续的充电或者持续的放电状态，避免了在一个prf周期中对电容交替进行充放电造成的损耗。
[0017]
在一种可能的实现方式中，所述电压变换电路至少包括以下任一项：升压boost电路、降压-升压buck-boost电路。
[0018]
第三方面，提供一种ppg传感器，包括探测器以及如第一方面或第二方面所述的发光器件驱动电路；其中所述探测器用于检测经检测对象反射和/或散射的所述发光器件的测试光信号。
[0019]
第四方面，一种电子设备，包括如第一方面或第二方面所述的发光器件驱动电路，或如第三方面所述的ppg传感器。
[0020]
其中，第三方面以及第四方面中任一种可能实现方式中所带来的技术效果可参见
digital assistant，pda)、智能手表、上网本、可穿戴电子设备、增强现实技术(augmented reality，ar)设备、虚拟现实(virtual reality，vr)设备、车载设备、智能汽车、智能音响、机器人、智能眼镜等不同类型的终端。本技术实施例对上述电子设备的具体形式不做特殊限制。
[0040]
以手机为例，图1a至图1c示出了一种电子设备100的结构示意图，其中，图1a示出了所描述的实施例的电子设备100的顶视图。图1b示出了所描述的实施例的电子设备100的底视图。图1c示出了将电子设备100的后盖被打开后的内部结构示意图，其展示了依据被描述的实施例的各式内部部件的一特定的配置，图1c中的虚线箭头表示后盖被打开的方向。可以理解的是，本实施例示意的结构并不构成对电子设备100的具体限定。在本技术另一些实施例中，电子设备100可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。
[0041]
如图1a和图1b所示，电子设备100可以包括壳体100a，壳体100a可以包括前盖101、后盖103以及边框102，前盖101和后盖103相对设置，边框102围绕在前盖101和后盖103的四周，并将前盖101和后盖103连接在一起。前盖101可以为玻璃盖板，显示器192设置在前盖101下方。电子设备100可以围绕壳体100a的外周设置输入/输出部件。例如，可以在前盖101的顶部设置诸如前置摄像头的孔105a和受话器的孔106。可以在边框102的一条边缘设置按键180，并在边框102的底缘设置麦克风的孔107、扬声器的孔108以及usb接口的孔109。可以在后盖103的顶部设置诸如后置摄像头的孔105b、ppg传感器的孔105c。
[0042]
壳体100a内部可以具有腔体104，内部部件封装在该腔体内。如图1c所示，内部部件可以被收纳在腔体104内，内部部件可以包括印刷电路板(printed circuit boards，pcb)110、用于将音频电信号转换为声音信号的扬声器170a、用于将音频电信号转换成声音信号的受话器170b、用于将声音信号转换为电信号的麦克风170c、usb接口130、前置摄像头193a、后置摄像头193b以及用于产生振动提示的马达191等部件。其中，印刷电路板110上可以设置有处理器120、电源管理集成电路(power management integrated circuit，pmic)140、至少一个功率放大器(在一个实施例中，包括功率放大器(power amplifier，pa)152a、功率放大器pa 152b、功率放大器pa 152c、功率放大器pa 152d，不同的功率放大器pa支持不同的频段，用于放大不同频段的发送信号，例如，功率放大器pa 152a和功率放大器pa152b可以用于放大第一带宽范围的发送信号，功率放大器pa 152c和功率放大器pa 152d可以用于放大第二带宽范围的发送信号)、至少一个用于为功率放大器供电的包络跟踪调制器(envelope tracking modulator)etm(在一个实施例中，包括包络跟踪调制器etm 151a和包络跟踪调制器etm 151b，不同的包络跟踪调制器etm支持不同的带宽，例如包络跟踪调制器etm 151a为功率放大器pa 152a和功率放大器pa 152b供电，包络跟踪调制器etm 151b为功率放大器pa 152c和功率放大器pa 152d供电)、切换开关153以及天线电路154等部件。ppg传感器160，其中ppg传感器160包括探测器161以及发光器件驱动电路162；其中探测器161用于检测经检测对象反射和/或散射的发光器件驱动电路162的发光器件的测试光信号。此外，印刷电路板110还可以包括滤波器、低噪声放大器、音频编解码器、内部存储器、传感器、电感、电容等部件，为了清楚显示本实施例，滤波器、低噪声放大器、音频编解码器、内部存储器、传感器、电感、电容未在图1c中示出。印刷电路板110上的部件排布紧密，以在有限的空间内放下所有的部件。印刷电路板110上的部件的排布方式并不做限定。在一些实
施例中，印刷电路板110上的部件可以设置在印刷电路板110的一面(例如面向后盖102的一面)。在一些实施例中，印刷电路板110上的部件可以设置在印刷电路板110的两面(例如，分别位于面向后盖102的一面，以及位于面向前盖101的一面)。
[0043]
处理器120可以包括一个或多个处理单元，例如：处理器120可以包括应用处理器(application processor，ap)，调制解调处理器，图形处理器(graphics processing unit，gpu)，图像信号处理器(image signal processor，isp)，神经网络处理器(neural-network processing unit，npu)，控制器，视频编解码器，数字信号处理器(digital signal processor，dsp)，基带，和/或射频电路等。控制器可以根据指令操作码和时序信号，产生操作控制信号，完成取指令和执行指令的控制。
[0044]
处理器120中可以设置存储器，用于存储指令和数据。在一些实施例中，处理器120中的存储器为包括高速缓冲存储器。该存储器可以保存处理器120刚用过或循环使用的指令或数据。如果处理器120需要再次使用该指令或数据，可从所述存储器中直接调用。避免了重复存取，减少了处理器120的等待时间，因而提高了系统的效率。
[0045]
处理器120可以根据移动通信技术或无线通信技术对信号进行调频。移动通信技术可以包括全球移动通讯系统(global system for mobile communications，gsm)，通用分组无线服务(general packet radio service，gprs)，码分多址接入(code division multiple access，cdma)，带宽码分多址(wideband code division multiple access，wcdma)，时分码分多址(time-division code division multiple access，td-scdma)，长期演进(long term evolution，lte)，新兴的无线通信技术(又可称为第五代移动通信技术，英语：5th generation mobile networks或5th generation wireless systems、5th-generation、5th-generation newradio，简称5g、5g技术或5gnr)等。无线通信技术可以包括无线局域网(wireless local area networks，wlan)(如无线保真(wireless fidelity，wi-fi)网络)，蓝牙(bluetooth，bt)，全球导航卫星系统(global navigation satellite system，gnss)，调频(frequency modulation，fm)，近距离无线通信技术(near field communication，nfc)，红外技术(infrared，ir)等。
[0046]
处理器120还可以包括至少一个基带和至少一个射频电路。基带是指用来合成即将发射的基带信号，或/和用于对接收到的基带信号进行解码。具体地说，就是发射时，基带把语音或其他数据信号编码成用来发射的基带信号(基带码)；接收时，把收到的基带信号(基带码)解码为语音或其他数据信号。基带可以包括编码器、解码器和基带处理器等部件。编码器用来合成即将发射的基带信号，解码器用于对接收到的基带信号进行解码。基带处理器可以为微处理器(mcu)，基带处理器可以用于控制编码器和解码器，例如，基带处理器可以用于完成编码和解码的调度，编码器和解码器之间的通信，以及外设驱动(可以通过向基带以外的部件发送使能信号，以使能基带以外的部件)等等。射频电路用于将基带信号进行处理以形成发送(transmit，tx)信号，并将发送信号传递给功率放大器pa进行放大；或/和，射频电路用于将接收(receive，rx)信号进行处理以形成基带信号，并将形成的基带信号发送基带进行解码。在一些实施例中，每个基带对应一个射频电路，以根据一种或多种通信技术对信号进行调频。例如，第一基带和第一射频电路根据5g技术对信号进行调频，第二基带和第二射频电路根据4g技术对信号进行调频，第三基带和第三射频电路根据wi-fi技术对信号进行调频，第四基带和第四射频电路根据蓝牙技术对信号进行调频，等等。或者，
第一基带和第一射频电路可以同时根据4g技术和5g技术对信号进行调频，第二基带和第二射频电路根据wi-fi技术对信号进行调频，等等。在一些实施例中，还可以一个基带对应多个射频电路，以提高集成度。
[0047]
在一些实施例中，基带和射频电路可以与处理器120的其它部件集成在一个集成电路中。在一些实施例中，基带和射频电路可以分别为独立于处理器120的一个独立器件。在一些实施例中，可以一个基带与一个射频电路可以集成一个与处理器120独立的器件中。
[0048]
在处理器120中，不同的处理单元可以是独立的器件，也可以集成在一个或多个集成电路中。
[0049]
天线电路154用于发射和接收电磁波信号(射频信号)。天线电路154中可以包括多个天线或多组天线(多组天线包括两个以上的天线)，每个天线或多组天线可用于覆盖单个或多个通信频带。多个天线可以为多频天线、阵列天线或片上(on-chip)天线中的一种或几种。
[0050]
处理器120与天线电路154相耦合，以实现发射和接收射频信号相关联的各种功能。例如，当电子设备100发射信号时，基带将待发射的数据(数字信号)合成即将发射的基带信号，基带信号由射频电路转化为发送信号(射频信号)，发送信号经功率放大器进行放大，功率放大器输出的放大输出信号传递给切换开关153，并经天线电路154发射出去。发送信号由处理器120发送到切换开关153的路径为发射链路(或称为发射路径)。当电子设备100需要接收信号时，天线电路154将接收信号(射频信号)发送给切换开关153，切换开关153将射频信号发送给射频电路，射频电路将射频信号处理为基带信号，射频电路将处理后的基带信号转化为数据后，发送给相应的应用处理器。射频信号由切换开关153发送到处理器120的路径为接收链路(或称为接收路径)。
[0051]
切换开关153可以被配置为选择性的将天线电路154电连接到发射链路或接收链路。在一些实施例中，切换开关153可以包括多个开关。切换开关153还可以被配置为提供额外的功能，包括对信号进行滤波和/转接(duplexing)。
[0052]
sim卡接口194用于连接sim卡。sim卡可以通过插入sim卡接口194，或从sim卡接口194拔出，实现和电子设备100的接触和分离。电子设备100可以支持1个或n个sim卡接口，n为大于1的正整数。sim卡接口194可以支持nano sim卡，micro sim卡，sim卡等。同一个sim卡接口194可以同时插入多张卡。所述多张卡的类型可以相同，也可以不同。每张sim卡可以支持一个或多个通信标准，每个通信标准具有规定的频段，并规定有不同的最大带宽。sim卡接口194也可以兼容不同类型的sim卡。sim卡接口194也可以兼容外部存储卡。电子设备100通过sim卡和网络交互，实现通话以及数据通信等功能。在一些实施例中，电子设备100采用esim，即：嵌入式sim卡。esim卡可以嵌在电子设备100中，不能和电子设备100分离。
[0053]
pmic140用于管理电子设备100中的电源。例如，pmic140可以包括充电管理电路和供电管理电路。其中，充电管理电路用于从充电器接收充电输入，例如，在一些有线充电的实施例中，充电管理电路可以通过usb接口130接收有线充电器的充电输入。供电管理电路用于接收电池141和/或充电管理电路的输入，为处理器120、显示器192、前置摄像头193a、后置摄像头193b和马达191等部件供电。在其他一些实施例中，充电管理电路和供电管理电路也可以设置于处理器120中。在另一些实施例中，充电管理电路和供电管理电路也可以设置于不同的器件中。
[0054]
具体的本技术的实施例提供的发光器件驱动电路包括至少一个发光器件，该发光器件可用于上述的显示器192中的背光模组中，或者该发光器件也可以用于上述ppg传感器中。其中，背光模组主要用于为显示器192提供显示的背光。结合图2所示，ppg传感器的基本原理是：通过发光器件发射测试光信号，一部分测试光信号在检测对象(例如皮肤内部或皮肤界面)发生发射；一部分测试光信号在检测对象(例如皮肤内部)发生散射，散射的信号的一部分会回到ppg传感器，被ppg传感器的探测器接收，这部分散射的信号称为后向散射信号。探测器除了能接收一部分散射的信号，还会接收到一部分反射的信号。
[0055]
通常，背光模组或者ppg传感器发出的光一般会采用多种波长来实现，一般每个波长对应一个发光器件(例如:激光二极管(laser diode，ld)、发光二极管(light-emitting diode，led)、有机发光二极管(organic light-emitting diode，oled)、垂直腔面发射激光器(vertical-cavity surface-emitting laser，vcsel)等)；当然，一个发光器件也可以在不同的电流下发出不同波长的光。以ppg传感器为例，一般穿戴产品上的ppg传感器采用3个波长，分别是绿(green)光、红(red)光和红外(infrared radiation，ir)光。绿光的发光器件的中心波长一般采用530nm、红光的发光器件的中心波长一般采用670nm、红外光的发光器件的中心波长一般采用850nm或900nm或940nm。不同中心波长的发光器件由不同的材料加工而成，工艺也有一定的差异，因此，当一定电流流过不同中心波长的发光器件时，在发光器件上产生的压降不一样。这个压降即发光器件的正向导通压降(forward voltage，简称vf)。如图3所示，为三种颜色(g、r、ir)的发光器件(以led为例)的vf(v)与电流(ma)的关系图。结合图4所示，在电子设备中，通常是通过电源向发光器件提供固定电压，电流源控制流经发光器件的电流i来控制发光器件的发光强度，通常增加流经发光器件的电流i，发光器件的发光强度增加；减小流经发光器件的电流i，发光器件的发光强度降低。由于发光器件内部存在内阻，所以当流经发光器件的电流变化时，发光器件上的vf也发生变化。例如:假定发光器件内阻为10ohm,10ma电流流经发光器件时，会在发光器件的阳极和阴极间形成0.1v的压降；100ma流经发光器件时，会在发光器件的阳极和阴极间形成1v的压降。因此不仅不同颜色的(不同波长的)发光器件的vf有差异，同一个颜色(波长的)发光器件在流经不同电流的情况下，vf也是有差异，且一般vf随流经的电流增加而增加。
[0056]
以led(dg、dr、dir；其中dg为绿光led，dr为红光led，dir为红外光led)为例，通常，在ppg传感器或者背光模组中，一般对led采用图5所示的供电和驱动方式。电压变换电路51(例如：电压变换电路51可采用升压(boost)电路或者降压-升压(buck-boost)电路)的输入端输入系统电压(vsys),输出端vout为1个或多个不同波长的led(dg、dr、dir)供电(例如连接led的阳极(anode))。led(dg、dr、dir)的阴极连接电流驱动电路52(txdriver),电流驱动电路52一般包括电流源522和切换开关电路521，当电流源522通过切换开关电路521接通某一个led(例如可以是dg、dr以及dir中的一个)的阴极(cathode)，则接通的led就会流过电流而发光。电流源522提供的电流大小及切换开关电路521的开启或关闭，由各自的控制信号来控制。为了能满足所有led(dg、dr、dir)在最大电流下都能正常工作，需要把电压变换电路51输出的电压设置到可以满足让vf最大的led以最大电流工作的电压。例如:电流源522在最大电流下的压降vhr_max＝0.6v,最大电流:imax＝200ma,dg、dr、dir三个led在imax时的压降最大分别为vf_gmax＝4.3v、vf_rmax＝3.9v、vf_irmax＝2.0v。则需要把电压变换电路51的输出电压固定设置在vout＝vhr_max+maxim{vf_gmax,vf_rmax,vf_irmax}+
vmargin＝5.0v(vmargin为工程裕量，可以为0,此处设为0.1v)。led工作时，电流源522上的压降(电流驱动电路52的压降、或led阴极到电流源522的负端的电压，图5中电流源521的负端连接接地端gnd，电压为0v),vdrop_tx＝vout
–
{vf_g,vf_r,vf_ir}。电压变换电路51的输出端vout以5v供电时，当dg以200ma工作时，电流源522上的压降vdrop_tx＝0.6v(不考虑工程裕量)，刚好满足电流源522正常工作的电压(即电压余度，headroom电压)，但在dr或dir工作时，由于dr和dir的vf比dg低，则dr和dir工作时，电流源522上的压降vdrop_tx分别为1v和2.9v，如图6所示。在各个led的点灯时序的一个脉冲重复频率(pulse repetition frequency，prf，如图例中的prf#1或prf#2)期间，dr和dir工作时，电流源522的vdrop_tx远大于需要的0.6v的headroom电压，相对于dg，dr和dir点灯期间vdrop_tx的增加额即为功耗浪费。dr和dir以200ma工作时，额外浪费的压降分别为0.4v和2.3v，分别占电压变换电路51的5v输出电压的8％和46％。一般情况下，g、r、ir三种波长的led的工作电流远小于200ma。那么，dg工作时，也会在电流驱动电路52上造成额外的压降，例如，工作电流越小，额外浪费的压降占比越高。综上，为了兼容多种波长的led最大电流工作场景或者兼容单波长的led不同电流下的工作场景，ppg传感器的led通过电压变换电路51供电时，电压变换电路51输出固定的最大电压，以符合极限(最大电流)场景正常工作需要。对vf比较低的led、或者led在非最大电流工作场景时，电压变换电路51输出固定的最大电压会产生极大浪费，降低了电子设备的续航。
[0057]
为解决上述问题，本技术的实施例提供一种发光器件驱动电路。参照图7、图8所示，包括：电压变换电路71、至少一个发光器件(dg、dr以及dir)、电流驱动电路72以及控制器73；任一发光器件(dg、dr以及dir)以及电流驱动电路72串联于电压变换电路71的输出端vout与接地端gnd之间。其中，需要说明的是，在本技术的实施例中，并不限定发光器件与电流驱动电路72的串联关系，例如，参照图7所示，任一发光器件(dg、dr以及dir)的一端连接电压变换电路71的输出端，该任一发光器件的另一端连接电流驱动电路72的一端，该电流驱动电路72的另一端连接接地端gnd，在图8中，电流驱动电路72的一端连接电压变换电路71的输出端，该电流驱动电路72的一端的另一端连接任一发光器件(dg、dr以及dir)的一端，该任一发光器件(dg、dr以及dir)的另一端连接接地端gnd。以该发光器件采用led为例，在图7的示例中，led的阳极连接电压变换电路71的输出端，led的阴极连接电流驱动电路72；在图8的示例中led的阳极连接电流驱动电路72，led的阴极连接接地端gnd。
[0058]
其中，控制器73，被配置为：向电流驱动电路72输出第一控制信号；电流驱动电路72，被配置为：根据第一控制信号，向第一发光器件(dg、dr以及dir中的一个)提供预定电流；控制器73，被配置为：根据第一发光器件与电流驱动电路72所在路径上的电学参数向电压变换电路71输出第二控制信号；电压变换电路71，被配置为：根据第二控制信号调整电压变换电路71的输出端的电压。
[0059]
这样，当控制器通过第一控制信号控制电流驱动电路向至少一个发光器件中的第一发光器件输出预定电流时，控制器可以根据第一发光器件与电流驱动电路所在路径上的电学参数向电压变换电路输出第二控制信号；则，电压变换电路能够根据第二控制信号实时调整输出端的电压，而不再按照满足发光器件的极限(最大电流)场景工作以最大的固定电压向所有发光器件供电，从而提高发光器件的供电效率以降低整机功耗。
[0060]
示例性的，参照图7或图8所示，电流驱动电路72包括电流源722以及切换开关电路
721；切换开关电路721的公共端ct与电流源722耦合，任一发光器件(dg、dr以及dir)与切换开关电路721的任一选择端耦合(如图7或图8所示，切换开关电路721包括三个选择端c1、c2和c3，其中发光器件dg与选择端c1耦合，发光器件dr与选择端c2耦合，发光器件dir与选择端c3耦合)；第一控制信号包括：开关控制信号和电流控制信号；切换开关电路721，被配置为：根据开关控制信号将公共端ct与第一发光器件耦合的选择端导通，以将电流源722与第一发光器件耦合，例如，当将公共端ct与选择端c1导通时，电流源722与发光器件dg耦合。其中，开关控制信号与第一发光器件的点灯时序同步，即开关控制信号控制将电流源722与第一发光器件耦合时，第一发光器件点亮；电流源722，被配置为：根据电流控制信号向第一发光器件提供预定电流。此外，对应于同一个第一发光器件的第一控制信号和第二控制信号，需要进行同步处理，例如，只有在第一控制信号控制电流驱动电路72驱动第一发光器件点灯时或提前在第一控制信号控制电流驱动电路72驱动第一发光器件点灯前或滞后第一控制信号控制电流驱动电路72驱动第一发光器件点灯时刻，第二控制信号对电压变换电路71进行控制，提前或滞后(延迟)的时间可以任意配置。
[0061]
在一种具体的实现方式中，参照图9所示，可以利用电流源722的电压降(tx driver的电压降)或headroom电压，实现电压变换电路71的自动调压，这样，电学参数包括电流源722的电压降。控制器73，被配置为检测电流源722的电压降，根据电流源722的电压降向电压变换电路71输出第二控制信号；其中电流源722的电压降大于设定阈值时，第二控制信号用于控制电压变换电路71降低输出端的电压，其中电流源722的电压降小于设定阈值时，第二控制信号用于控制电压变换电路71升高输出端的电压。例如，如果txdriver的电压降或headroom电压大于设定阈值(例如0.7v)，则调小电压变换电路71的输出电压；如果tx driver的电压降或headroom电压小于设定阈值(例如0.7v)，则调大电压变换电路71的输出电压。通过这种方式，减少额外的tx driver的压降或headroom电压，减小系统的功耗。但是在该示例中，由于需要首先获取电流源722的电压降，才能根据电流源722的电压降向电压变换电路71输出第二控制信号，因此，第一控制信号的时序应当早于第二控制信号，第一控制信号控制电流驱动电路72驱动led点灯之后，第二控制信号对电压变换电路71进行调压控制。
[0062]
可选的，第二控制信号可以直接包含电流源722的电压降(tx driver的电压降vdrop_tx)或headroom电压，即控制器73可以直接把电流源722的电压降vdrop_tx或headroom电压输出到电压变换电路71，通过这个电流源722的电压降，控制电压变换电路71的输出电压。此时，电压变换电路71具备接受电压控制信号(即上述第二控制信号)，进一步可以具有调整设定阈值的功能。当输入的电流源722的电压降低于设定阈值时，则提高电压变换电路71的输出电压；当输入的电流源722的电压降高于设定阈值时，则降低电压变换电路71的输出电压。通过这种负反馈的方式，实现电压变换电路71输出电压的调整和稳定。此外，电压变换电路71可以通过硬件(例如电阻分压的形式)或者软件(例如以i2c(inter－integrated circuit，集成电路总线)接口配置寄存器)形式调整设定阈值。
[0063]
在另一种具体的实现方式中，结合图7或图8所示，电学参数包括第一发光器件的驱动电流；控制器73，被配置为根据第一发光器件的驱动电流向电压变换电路71输出第二控制信号。可以利用第一发光器件的驱动电流，实现电压变换电路71的自动调压，这样，电学参数包括第一发光器件的驱动电流。例如，如果电流源722的电流增加或第一发光器件的
驱动电流(当然在串联电路上，电流源722的电流与第一发光器件的驱动电流相等)增加，则调大电压变换电路71的输出电压；如果电流源722的电流增加或第一发光器件的驱动电流减小，则调小电压变换电路71的输出电压。通过这种方式，减少额外的电流源722的压降或headroom电压，从而减小系统的功耗。
[0064]
具体的，控制器73，具体被配置为根据查找表查询第一发光器件的驱动电流对应的期望电压值，根据期望电压值向电压变换电路71输出第二控制信号，第二控制信号用于控制电压变换电路在输出端输出该期望电压值。
[0065]
参照表1所示的查找表，假定dg、dr以及dir顺序点灯，点灯时dg、dr以及dir的驱动电流分别为100ma,50ma,200ma,则对应于dg、dr以及dir的第一控制信号在控制dg、dr以及dir点灯时或点灯前或点灯后，通过分别查找表1的第一、二、三行获得电压变换电路71应该输出的期望电压值分别为4.6v、3.4v、2.8v，并以此控制电压变换电路71输出4.6v、3.4v、2.8v。查找表可以存储在电压变换电路71中；也可以存储在控制器73中；或者设置在独立于控制器73的专用存储空间(例如电子设备的存储器)中，由控制器73进行操作(例如根据第一发光器件的驱动电流和发光器件的类型查询存储在存储空间的查找表，得到期望电压值)。如果查找表存储在电压变换电路71中，控制器73可以先通过查询查找表得到期望电压值，再输出第二控制信号给电压变换电路71,控制电压变换电路71输出期望电压值；或者控制器73输出第一发光器件的驱动电流和发光器件的类型(可包含在第二控制信号中)给电压变换电路71,电压变换电路71根据第一发光器件的驱动电流和发光器件的类型查询查找表得到期望电压值，并调整输出电压到期望电压值。其中，控制器73可以直接通过控制接口控制电压变换电路71输出期望电压值，或者可以通过软件(例如以i2c接口配置寄存器)形式控制电压变换电路71输出期望电压值。
[0066][0067]
表1
[0068]
在另一种方式中，控制器73，具体被配置为根据设定公式计算第一发光器件的驱动电流对应的期望电压值，根据期望电压值向电压变换电路输出第二控制信号，第二控制信号用于控制电压变换电路在输出端输出期望电压值。
[0069]
具体的，可以以设定公式的方式获得电压变换电路71输出的期望电压值。例如，可以以一次多项式或二次多项式描述期望电压值与第一发光器件的驱动电流的关系。
[0070]
例如，vout(i)＝b(i)*i
led
(i)+c(i),i用于表示不同颜色(例如g,r,ir)的发光器件,b(i),c(i)为一元一次多项式系数，i
led
(i)表示发光器件的驱动电流。
[0071]
或者，vout(i)＝a(i)*i
led
(i)*i
led
(i)+b(i)*i
led
(i)+c(i),a(i),b(i),c(i)为一元二次多项式系数。
[0072]
以一次多项式为例，vout_green＝0.00444*i
led_green
+3.41；
[0073]
vout_red＝0.005*i
led_red
+2.5；
[0074]
vout_ir＝0.00333*i
led_ir
+1.43。
[0075]
需要说明的是，如果计算出来的vout(i)只是led的vf的话，则电压变换电路71输出的期望电压值需要等于vout(i)加上电流源722的压降。如果在设定公式中考虑了电流源722的压降，即c(i)已经包括电流源722的压降，则直接以vout(i)作为电压变换电路71输出的期望电压值。
[0076]
可以预先把能表示每个发光器件或每个发光器件的驱动电流和期望电压值的关系的设定公式存储在电压变换电路71或控制器73或专用存储空间(例如电子设备的存储器)中。需要点亮某个发光器件时，根据发光器件的驱动电流和发光器件的类型，获得对应发光器件的设定公式，再根据发光器件的驱动电流和设定公式计算出电压变换电路71输出的期望电压值vout(i)，vout(i)的计算可以由控制器73完成，再输出对应的第二控制信号给电压变换电路71控制电压变换电路71按vout(i)调整输出电压。vout(i)的计算也可以在电压变换电路71中实现，由控制器73通过第二控制信号将提供发光器件的驱动电流和发光器件的类型提供给电压变换电路71，电压变换电路71根据设定公式计算得到vout(i),再根据vout(i)调整输出电压。
[0077]
在另一种示例中，参照图10所示，本技术的实施例提供一种发光器件驱动电路，包括：电压变换电路71、至少一个发光器件(dg、dr以及dir)、电流驱动电路72及控制器73；电压变换电路71包括反馈端fb和输出端vout，其中输出端vout与接地端gnd之间串联有第一电阻r1和第二电阻r2；第一电阻r1和第二电阻r2的连接点与反馈端fb耦合；第一发光器件(dg、dr以及dir中的一个)串联于输出端vout和电流驱动电路72之间，第一发光器件(dg、dr以及dir中的一个)与电流驱动电路72的连接点与反馈端fb之间耦合有第三电阻。示例性的，图10中示出了三个发光器件dg、dr以及dir，其中，dg与电流驱动电路72的连接点与反馈端fb之间耦合有电阻r5；dr与电流驱动电路72的连接点与反馈端fb之间耦合有电阻r4，dir与电流驱动电路72的连接点与反馈端fb之间耦合有电阻r3。
[0078]
控制器73，被配置为：向电流驱动电路72输出第一控制信号；电流驱动电路72，被配置为：根据第一控制信号，向第一发光器件提供预定电流；电压变换电路71被配置为，当确定反馈端fb的第一电压高于预定电压值时控制降低输出端vout的电压；或者，当确定反馈端fb的第二电压低于预定电压值时控制升高输出端vout的电压。
[0079]
具体的，结合图10所示，当未设置r3、r4、r5时，电压变换电路71输出电压vout由r1和r2决定，即vout＝vref*(r1+r2)/r2，vref为反馈端(feedback，fb)内部的参考比较电压。电压变换电路71的工作原理是，当反馈端fb的电压大于vref时，电压变换电路71降低vout的输出电压；当反馈端fb的电压小于vref时，电压变换电路71提高vout的输出电压。通过这种反馈控制，最终让反馈端fb的电压稳定在vref，即电压变换电路71的输出端vout的电压稳定在vref*(r1+r2)/r2。这样，即可以从每个发光器件的一端(led的阴极)连接一个电阻到电压变换电路71的反馈端fb，来实现电压变换电路71的输出端vout的电压的自动调控。具体过程如下(假定每个发光器件的驱动电流固定)，电压变换电路71启动后，没有电流流过发光器件时，vout输出电压为vref*(r1+r2)/r2(实际led会有微弱电流流过,导致输出电压变化，不过不影响过程分析)；电流驱动电路72开启后输出的预定电流，选定的第一发光器件流过电压，在电流驱动电路72形成压降。电流驱动电路72的压降增加，则反馈端fb的电压会被抬高，当反馈端fb的第一电压高于预定电压值，电压变换电路71会降低vout的输出
电压。电压变换电路71的vout的输出电压降低后，由于第一发光器件的压降不变，则电流驱动电路72的压降降低，引起反馈端fb电压降低。最终会让反馈端fb电压维持在vref的临界状态。最终，电压变换电路71的输出端vout的电压vout＝vref*[1/rx+1/r2+1/r1]*r1
–
vdrop_tx*r1/rx；其中，rx为连接fb与dg、dr以及di r阴极的电阻，即图10中的r3、r4、r5。
[0080]
以r1＝3mohm,r2＝800kohm,r5＝3mohm,则dg点亮时，电流驱动电路72的压降vdrop_tx为0.6v时，可以控制电压变换电路71的输出端vout的电压vout＝5.15v；电流驱动电路72的压降vdrop_tx为0.7v时，可以控制电压变换电路71的输出端vout的电压vout＝5.05v；如果电流驱动电路72的vdrop_tx的压降为1v时，则调整电压变换电路71的输出端vout的电压vout＝4.75v。如表2所示:
[0081]
vdrop_txvoutvf_gdg可支持的最大电流(ma)0.65.154.55》2000.75.054.352000.84.954.151600.94.853.9510014.753.75801.24.553.3540
[0082]
表2
[0083]
从表2可以看出，如果dg以40ma工作时，如果电压变换电路71配置为固定输出5.15v,则额外的0.6v(5.15-4.55)压降浪费在电流驱动电路72上。通过本方案的自动调压控制，可以减少电流驱动电路72上额外的电压浪费，从而提高发光器件的供电效率降低整机功耗。
[0084]
可选的，参照图10所示，电流驱动电路72包括电流源722以及切换开关电路721；切换开关电路721的公共端与电流源722耦合，任一发光器件与切换开关电路721的任一选择端耦合；第一控制信号包括：开关控制信号和电流控制信号；切换开关电路721，被配置为：根据开关控制信号将公共端与第一发光器件耦合的选择端导通，以将电流源722与第一发光器件耦合；电流源722，被配置为：根据电流控制信号向第一发光器件提供预定电流。
[0085]
需要说明的是，上述各个实施例提供的控制器可以直接复用上述图1c示出的处理器120，或者本技术的实施例中的控制器可以通过图1c中的电子设备中具有控制功能的芯片或处理器120进行配置、管理。
[0086]
此外，在一种示例中，通过上述方式动态的调整电压变换电路71的输出端vout的电压时，相应的各信号时序的波形如图11所示，其中，开关控制信号由控制器73输出给电流驱动电路72，控制切换开关电路721分别将各个发光器件与电流源逐一导通(如图11所示，控制dg与电流源导通时，dg开启，电压变换电路71的输出端有电流就会从dg的阳极流过阴极，再通过切换开关电路721流过电流源到地，电流大小由电流源设定的电流大小决定，具体由电流控制信号控制电流源设置)。驱动电流就是按每个发光器件的点灯顺序设定的电流源的电流大小。其中，采用上述方式动态的调整电压变换电路71的输出端vout的电压后(如图11所示，dg开启期间，驱动电流为100ma，电压变换电路71的输出端vout为4.6v；dr开启期间，驱动电流为50ma，电压变换电路71的输出端vout为3.4v；dir开启期间，驱动电流为200ma，电压变换电路71的输出端vout为2.8v)，电流驱动电路72的压降vdrop_tx稳定在相
同的电压值0.6v，减少电流驱动电路72上额外的电压浪费，从而提高发光器件的供电效率降低整机功耗。
[0087]
在实际工作中，电压变换电路71采用boost电路。如图12所示，提供了一种boost电路的输出电压与发光器件的点灯的时序关系。实际电路中，boost电路的输出端一般通过电容接地，所接的电容主要用来去掉耦合在boost电路上的高频噪声以及储存能量，让boost电路的输出端vout的电压比较恒定，且降低输出端vout的电压上的噪声。每两个发光器件点亮间隙有一段时间不亮灯，用于系统做其他处理，图中的toff》0。为了保证ppg传感器的测量性能，需要在发光器件点灯(开关控制信号控制发光器件开启，例如dg、dr或dir开启期间)过程中或大部分时间内保持发光器件的供电电压保持不变(需考虑电流驱动电路72的headroom电压)或者保持发光器件的供电电压大于保持发光器件按设定电流工作的电压。假定点灯时间为ton(图中未标出),供电电压持续稳定的时间或供电电压高于保持发光器件按设定电流工作的电压的时间(需考虑电流驱动电路72的headroom电压)为tvs(图中未标出)。当tvs》ton时，boost电路的供电电压可以覆盖整个点灯时间ton，让整个点灯时间ton发光器件都能正常工作。当然，也可以tvs《＝ton，此时，boost电路的供电电压可以覆盖点灯时间ton中的一部分时间tvs，能让发光器件正常工作。图12中tr(tr1、tr2)表示boost电路从一个低电压(或0v输出)调节到一个高电压时的输出电压爬升时间(上升时间),tr1表示每个prf中,在dg点灯的开始时刻或开始时刻之前或之后(图12中为之前)，boost电路输出从0v上升到期望电压4.6v的上升时间。td(td1、td2以及td3)表示boost电路的输出电压从高电平降到低电平的时间,图12中td1表示boost电路的输出电压从dg点灯的期望电压4.6v降到dr点灯时的电压3.4v的时间。由于boost电路的输出端一般通过比较大的电容接地，boost电路的输出电压从高电平降到低电平需要电容放电，因而，td时间一般比较长。对相同的压差，一般td》》(远大于)tr，即电容在充电和放电过程中改变相同的压差时，放电时间远大于充电时间。当然，如果不考虑功耗，也可以在toff过程中，让可调boost电路的输出端接地，快速的把储存在boost电路的输出端所连接的电容上的电压释放掉，此时可以做到在充电和放电过程中改变相同的压差的td与tr时长相当。
[0088]
实际使用中，为了更好节省功耗，可以在toff阶段关闭boost电路，以降低boost电路内部自身的消耗的电能。进一步，可以通过设计，降低boost电路和电容在关断情况下的漏电损耗，例如通过设计或工艺提高boost电路在关闭状态下的对地电阻，或者采用漏电小的电容。
[0089]
实际使用中，可以按boost电路输出的期望电压的高低排序方式对发光器件的点灯顺序进行配置，因此，控制器还被配置为根据至少两个发光器件对应的电压变换电路的输出端的电压从大到小或从小到大的顺序，依次向电流驱动电路输出每个发光器件对应的第一控制信号。图12为一种按boost电路输出的期望电压从高到低的顺序对至少一个发光器件的点亮顺序进行控制，也可以按boost电路输出的期望电压从低到高的顺序对至少一个发光器件的点亮顺序进行控制。这样，boost电路的输出端的电压在各个发光器件点灯的过程中，可以按照一定的顺序变化，这样在一个prf周期中，boost的电容处于持续的充电或者持续的放电状态，避免了在一个prf周期中对电容交替进行充放电造成的损耗。
[0090]
以上实施例中，boost电路可以具有旁通(bypass)功能、降压模式(down mode)功能中的一种或多种。如果boost电路不具有bypass功能,则当boost电路输出的期望电压值
低于boost电路的最小输出电压时，则boost电路以最小输出电压输出。如果boost电路具有bypass功能不具有down mode功能，则当boost电路输出的期望电压值低于或等于boost电路的输入电压(vin)，则boost电路以输入电压vin输出。以上两种boost电路,当boost电路输出的期望电压值低于boost电路的输入电压(vin)时，可调boost电路的输出电压仍为vin,则vin与boost电路输出的期望电压值之间的压差会叠加在电流驱动电路72的head room电压上，增加电流驱动电路72上的压降,产生额外的功耗浪费。如果boost电路是具有bypass功能又具有down mode功能，则当boost电路输出的期望电压值低于或等于boost电路的输入电压(vin)，则boost电路以期望电压值输出。vin与期望电压值之间的压差会落在boost电路上，由boost电路消耗掉。此时，电流驱动电路72上的head room电压没有增加，额外的功耗浪费在boost电路上。为了解决这个问题，可以用buck-boost电路替代上述的boost电路,以进一步降低额外消耗的功耗。当期望电压值低于buck-boost的输入电压时，buck-boost电路工作在buck模式，buck-boost电路把较高的输入电压泵到较低的输出电压。当期望电压值高于buck-boost电路的输入电压时，buck-boost电路工作在boost模式，buck-boost电路把较低的输入电压泵到较高的输出电压。当期望电压值约等于buck-boost电路的输入电压时，buck-boost电路工作可工作在bypass模式(即直通模式),buck-boost电路把输入电压直接输出给输出端作为输出电压。
[0091]
上述的电压变换电路,控制器、电流驱动电路、存储器等可以任意组合的集成在同一个芯片内部，或者分设与pcb上的不同芯片中，例如可以全部集成在模拟前端(analog front end，afe)芯片中。
[0092]
在上述实施例中，对各个实施例的描述各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0093]
尽管结合具体特征及其实施例对本技术进行了描述，显而易见的，在不脱离本技术的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本技术的示例性说明，且视为已覆盖本技术范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。