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      一種基準電壓電路的制作方法

      文檔序號:6307490閱讀:289來源:國知局
      一種基準電壓電路的制作方法
      【專利摘要】一種基準電壓電路,包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第一NPN三極管Q1、第二NPN三極管Q2、運算放大器OP、基準電壓輸出端VREF以及失調(diào)消除模塊;上述部件的連接關(guān)系為:第二電阻R2與第一NPN三極管Q1相連,第三電阻R3與第二NPN三極管Q2相連,第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3與失調(diào)消除模塊連接,失調(diào)消除模塊連接至運算放大器OP的正相輸入端和反相輸入端,運算放大器的輸出端與基準電壓輸出端VREF連接;其中失調(diào)消除模塊包括內(nèi)置的開關(guān)電路。該基準電壓模塊可以有效減小或消除失調(diào)電壓對精度的影響,達到高穩(wěn)定性和高精度的設(shè)計目標,可廣泛地應(yīng)用于對基準電壓精度有高要求的場合,例如LED掃描顯示用的驅(qū)動電路。
      【專利說明】一種基準電壓電路

      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及一種基準電壓電路,尤其是指具備多個發(fā)光元件形成的陣列的顯示裝置中的基準電壓電路。

      【背景技術(shù)】
      [0002]LED (Light Emitting D1de,發(fā)光二極管)作為一種新興的光源器件,近年來,其芯片結(jié)構(gòu)、封裝形式、驅(qū)動方式以及應(yīng)用領(lǐng)域都發(fā)生了翻天覆地的變化,各大制造廠商、公司和研究機構(gòu),對LED的研究方興未艾,其研究重點多放在改善LED光源的發(fā)光強度、發(fā)光頻率(色度)、發(fā)光純度(頻譜)以及發(fā)光效率等方面。上述指標(特別是光學(xué)性能方面的指標)的提高或改善,除了與發(fā)光器件自身的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)(或組份)等有很大關(guān)系外,與LED的發(fā)光能量提供源——驅(qū)動電路(亦稱驅(qū)動方式)亦有著極其密切的關(guān)系。通常,LED的驅(qū)動方式主要有恒壓驅(qū)動、恒流驅(qū)動及脈沖驅(qū)動(主要指PWM驅(qū)動)三種。上述驅(qū)動方之中,前兩種是穩(wěn)態(tài)驅(qū)動,LED兩端的電壓或流過LED的電流不隨時間改變;第三種是瞬態(tài)驅(qū)動,LED的驅(qū)動電壓或電流都會隨時間變化而改變,由此,它的發(fā)光特性也會與穩(wěn)態(tài)驅(qū)動有所區(qū)別。LED所發(fā)出的光的色度會隨著通過其發(fā)光器件的電流變化而變化,但是,在許多應(yīng)用場合或用途(如液晶面板背光源、汽車儀表盤背光源等),都不能允許LED發(fā)生任何顏色的漂移。其中PWM(Pulse Width Modulat1n,脈寬調(diào)制)驅(qū)動技術(shù)能在滿電流驅(qū)動下通過調(diào)節(jié)驅(qū)動脈沖占空比(接通時間的總量)控制LED亮度,實現(xiàn)調(diào)光不調(diào)色的特殊要求,故有極廣闊的應(yīng)用前景。
      [0003]申請?zhí)枮?01110174346X的中國發(fā)明專利申請,提供了一種恒流驅(qū)動方法,其電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。整個恒流驅(qū)動芯片可以分為4個部分:帶隙基準電壓源、可編程控制電流電路、8個相同的內(nèi)部含有自動調(diào)零電路的恒流輸出和保護電路??删幊炭刂齐娏麟娐酚蛇\算放大器Al和Ml管構(gòu)成的跟隨器,外接電阻RSETl,RSET2以及使能信號ENl,EN2控制的兩個管子組成。8個含有自動調(diào)零電路的恒流輸出由A2和功率管M3構(gòu)成的跟隨器、
      M2及開關(guān)S1,S2和S3以及兩個電阻Rl和R2構(gòu)成。通過設(shè)置不同的RSETl和RSET2值產(chǎn)生不同的電流。從圖1上容易看出,流過LED的電流ILED為:

      V: * WaNI xFr I \.η、
      IiEP S8r:..
      [0004]( γΨα%?
      8 N■一 ^■+..:.(II
      \J
      [0005]在上面的公式中,VA是A點的電壓,VOS是運算放大器A2的失調(diào)電壓。VREF是內(nèi)部基準電壓。從公式(I)不難看出,驅(qū)動電流ILED大小和M2與Ml鏡像比例N、基準電壓VREF7Rl和R2的比值、RSETX以及運算放大器的失調(diào)電壓有關(guān)。因此,要保證輸出電流的精度,基準電壓的穩(wěn)定性、電阻的匹配性以及運算放大器的失調(diào)電壓,這些因素都需要進行周密地考慮。
      [0006]在專利申請201110174346X中,采用了自動調(diào)零技術(shù)(AZT)來提高電壓和電流的精度。通過對低頻噪聲和失調(diào)進行采樣,然后在運算放大器的輸入或輸出端,將它們從輸出信號的瞬時值中減去,實現(xiàn)對失調(diào)和Ι/f噪聲的降低。由于其對寬帶白噪聲是一種欠采樣過程,會造成白噪聲的混疊,即在降低ι/f噪聲的同時又會增大低頻端的白噪聲,因此AZT更適用于開關(guān)電容等離散信號電路。AZT包括兩個階段:失調(diào)采樣階段和輸入信號處理階段。在失調(diào)采樣階段,放大器和輸入信號斷開。失調(diào)被測量并存儲在電容中。在輸入信號處理階段,放大器放大輸入信號并從輸出信號中減去前一階段存儲的失調(diào)電壓。AZT放大器基本原理圖如圖2所示。它包括基本放大器Gml,補償放大器Gm2,第二級放大器A4和反饋放大器A3,電容Ch,和兩個開關(guān)SI,S2。Ro是Gml和Gm2的輸出阻抗(I)在失調(diào)采樣階段,開關(guān)S2和b點相連,使得Gml的輸入端短接并與輸入信號斷開,因此Gml在輸入端只有失調(diào)電壓VOSI。失調(diào)電壓產(chǎn)生的失調(diào)電流Il為:
      [0007]Il = GmlVosl (2)
      [0008]開關(guān)SI閉合,放大器A3反饋輸出電壓到Gm2的反相端。Gm2輸出電流12為:
      [0009]12 = -Gm2(A3Vo-Vos2) (3)
      [0010]Vo = Ro (11+12) A4 (4)
      [0011]Vos2是Gm2的輸入失調(diào)電壓,Vo為輸出電壓。12為電流補償基本放大器Gml的失調(diào)電流,它和輸出失調(diào)電壓方向相反并且成比例。將式(2)和式(3)代入式(4)中,可解得補償電壓VC。在輸入信號處理階段,開關(guān)S2和a點相連,使得Gml的輸入端和輸入信號相連,反饋回路被斷開(SI關(guān)斷),這時VC電壓存儲在Ch中。由于CMOS電路中開關(guān)用MOS管實現(xiàn),在輸入信號處理階段,AZT剩余的失調(diào)電壓分析必須考慮開關(guān)轉(zhuǎn)換時溝道電荷注入效應(yīng)。當(dāng)開關(guān)SI關(guān)斷時,溝道電荷部分注入到節(jié)點VC,改變了 Ch存儲的電壓。電壓變化為:
      [0012]Vc = qinj/Ch (6)
      [0013]在輸入信號處理階段輸出電壓和剩余的失調(diào)電壓VOSres為差分輸入信號為零時輸出的電壓分別為:
      [0014]V* = &si I ¥i * A j 4 ωV "' - A? Cm Wm ||.?: "ι
      [0015]Uu.S:A;A?' Cl ■(*:)
      [0016]其中,Vi是輸入信號。剩余的失調(diào)電壓VOSres為差分輸入信號為零時輸出的電壓。從式⑶中可見,Gml失調(diào)電壓減小到l/(GmlRoA3A4),Gm2放大器的失調(diào)電壓減小到l/(Gm2RoA3A4)。
      [0017]但是在上述技術(shù)方案中,假設(shè)基準電壓VREF是恒定,這在實際中很難做到。因此VREF的高精度設(shè)計亟待解決。
      [0018]本發(fā)明提供了一種簡單可行的基準電壓的設(shè)計方案,成本低,精度高,特別適合應(yīng)用在LED的恒流驅(qū)動電路中。


      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0019]本發(fā)明的一個技術(shù)方案,提供了一種基準電壓模塊,包括運算放大器OP、基準電壓輸出端VREF以及失調(diào)消除模塊,失調(diào)消除模塊連接至運算放大器OP的正相輸入端和反相輸入端,運算放大器的輸出端與基準電壓輸出端VREF連接;其中失調(diào)消除模塊包括內(nèi)置的開關(guān)電路,失調(diào)消除電路202通過內(nèi)置的開關(guān)電路,周期性地將運放的正負端以一固定頻率進行周期性切換。
      [0020]本發(fā)明還提供了一種電壓基準模塊,其特征在于,通過周期性切換,正負端之間存在的失調(diào)電壓被周期性的加到運放正端或者負端,從而正失調(diào)電壓和負失調(diào)電壓相加歸零,實現(xiàn)消除失調(diào)電壓對電壓精度的影響。
      [0021]本發(fā)明還提供了一種電壓基準模塊,其特征在于,還包括時鐘模塊,時鐘模塊與失調(diào)消除電路連接。
      [0022]本發(fā)明還提供了一種電壓基準模塊,其特征在于,在脈沖時鐘信號的控制下,周期性地切換。
      [0023]本發(fā)明還提供了一種電壓基準模塊,其特征在于,時鐘模塊與運算放大器連接。
      [0024]本發(fā)明還提供了一種電壓基準模塊,其特征在于,電壓基準模塊用于提供LED恒流驅(qū)動的基準電壓
      [0025]本發(fā)明還提供了一種恒流驅(qū)動模塊,包括上述基準電壓模塊。
      [0026]本發(fā)明還提供了一種LED恒流驅(qū)動模塊,包括上述基準電壓模塊。
      [0027]本發(fā)明還提供了一種LED顯示恒流驅(qū)動模塊,包括上述基準電壓模塊。
      [0028]本發(fā)明還提供了一種LED掃描顯示用的恒流驅(qū)動模塊,包括上述基準電壓模塊。
      [0029]本發(fā)明還提供了一種恒流驅(qū)動芯片,包括上述基準電壓模塊。
      [0030]本發(fā)明還提供了一種IC芯片,該芯片中包括基準電壓模塊,包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第一 NPN三極管Ql、第二 NPN三極管Q2、運算放大器OP、基準電壓輸出端VREF以及失調(diào)消除模塊;上述部件的連接關(guān)系為:第二電阻R2與第一 NPN三極管Ql相連,第三電阻R3與第二 NPN三極管Q2相連,第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3與失調(diào)消除模塊連接,失調(diào)消除模塊連接至運算放大器OP的正相輸入端和反相輸入端;其中失調(diào)消除模塊包括內(nèi)置的開關(guān)電路。
      [0031]需要指出的是本發(fā)明中的所謂的矩陣狀,例如可以是僅I行或僅I列的點線狀排列,I行I列、也就是僅由I個被驅(qū)動元件所構(gòu)成的排列也包含于此。所謂矩陣并非表現(xiàn)整體形狀的說法,不需要一定成為方形網(wǎng)目狀的必要性,因此,可以成為能夠呈彎曲且柔軟地進行形狀變化的配置。如果所連接的連接形態(tài)為矩陣狀連接的話,則不論實際的形狀、形態(tài)。但是,如果也包含實際形狀而成為矩陣狀的話,則能夠簡便地進行充放電控制電路的配線,因此,變得更加理想。
      [0032]本發(fā)明的優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述,并且在某種程度上,基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的,或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書,權(quán)利要求書,以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

      【專利附圖】

      【附圖說明】
      [0033]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的恒流驅(qū)動電路圖
      [0034]圖2為現(xiàn)有技術(shù)的自動調(diào)零電路圖
      [0035]圖3為本發(fā)明的一個實施例的基準電壓電路圖
      [0036]圖4a為前半周期的基準電壓電路圖
      [0037]圖4b為后半周期的基準電壓電路圖

      【具體實施方式】
      [0038]以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式,借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題,并達成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是,只要不構(gòu)成沖突,本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合,所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
      [0039]在電源系統(tǒng)中,例如LED顯示的電源供給系統(tǒng)中,電源需要產(chǎn)生驅(qū)動像素PXL所需要的伽馬電壓、驅(qū)動電壓、地電壓和基準電壓等等。為此,電源通常包括:產(chǎn)生伽馬電壓的伽馬電壓產(chǎn)生電路、產(chǎn)生驅(qū)動電壓的驅(qū)動電壓產(chǎn)生電路、產(chǎn)生地電壓的地電壓產(chǎn)生電路和產(chǎn)生基準電壓的基準電壓產(chǎn)生電路。從驅(qū)動電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生的驅(qū)動電壓經(jīng)由驅(qū)動電壓供電線被供給到像素。
      [0040]當(dāng)恒流集成電路選用LM317芯片用于恒流源時,LM317的輸出電流1 =(VREF/R) +IADJ,式中VREF是基準電壓,為1.25V,IADJ是從調(diào)整端流出的電流,通常IADJ ( 50 μ A,可以忽略。可見LM317的恒流效果較好。由輸出通道的LED電流公式可以看出,輸出電流精度主要取決于內(nèi)部基準電壓VREF的精度,如果每顆IC的這個基準電壓能夠做的很精準,那么就可以確保IC之間的差異非常小。
      [0041]在設(shè)計的時候本發(fā)明對該基準電壓進行了小心設(shè)計,電路架構(gòu)采用自動置零技術(shù),可以有效減小或消除失調(diào)電壓對精度的影響,達到高穩(wěn)定性和高精度的設(shè)計目標。
      [0042]上述電路的設(shè)計思想是:將運放的正負端以一固定頻率進行周期性切換,那么,正負端之間存在的失調(diào)電壓就會被周期性的加到運放正端或者負端,從而正失調(diào)電壓和負失調(diào)電壓相加歸零,從而實現(xiàn)消除失調(diào)電壓對精度的影響。此結(jié)構(gòu)在芯片設(shè)計中已經(jīng)實際應(yīng)用驗證過,測試效果非常良好。同時這中設(shè)計方案并未增加系統(tǒng)成本,還增強了系統(tǒng)的可靠性,同時增加了系統(tǒng)設(shè)計的彈性。
      [0043]參考圖3,為依據(jù)本發(fā)明的基準電壓設(shè)計的一個實施例的原理框圖,其由運算放大器201,失調(diào)消除電路203,時鐘信號發(fā)生電路203組成。時鐘信號發(fā)生電路203,用以接收一控制信號;所述控制信號為一占空比可變的方波信號,并據(jù)此產(chǎn)生一與所述控制信號具有一定時序關(guān)系的時鐘信號;運算放大器201,其同相輸入端接收輸入電壓,反相輸入端可以接收例如電壓控制電流源的輸出負載的反饋電壓;失調(diào)消除電路202,接收所述時鐘信號,用以消除所述運算放大器201的輸入失調(diào)。
      [0044]失調(diào)消除電路202通過內(nèi)置的開關(guān)電路,周期性地將運放的正負端以一固定頻率進行周期性切換,那么,正負端之間存在的失調(diào)電壓就會被周期性的加到運放正端或者負端,從而正失調(diào)電壓和負失調(diào)電壓相加歸零,從而實現(xiàn)消除失調(diào)電壓對精度的影響。
      [0045]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉,失調(diào)消除電路的內(nèi)部切換可以通過不限于開關(guān)管、邏輯陣列,可編程邏輯陣列等方式來完成,但本發(fā)明并不限于上述技術(shù)手段。例如,可以通過傳輸門來實現(xiàn)上述開關(guān),可以進一步地減少電荷注入對電路參數(shù)的沖擊和精度的不良影響。
      [0046]上述失調(diào)消除電路的工作過程結(jié)合圖4a和4b進行講述。圖4a描述了前半周期的情況,圖4b描述了后半周期的情況。在前半周期,VA+VOS = VB (a),在后半周期,VA’ +VOS’=VB’ (b)。在經(jīng)過一次運放的正負端切換之后,VA = VA’,VB = VB’,VOS = -VOS’。將公式(a)和(b)相加,并結(jié)合正負端切換之后各電壓的數(shù)量關(guān)系,最后可以得出VA = VB。由此可見,這種周期切換的方式,使得失調(diào)電壓的影響被消除。
      [0047]本發(fā)明還提供了一種IC芯片,該芯片中包括基準電壓模塊,包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第一 NPN三極管Ql、第二 NPN三極管Q2、運算放大器OP、基準電壓輸出端VREF以及失調(diào)消除模塊;上述部件的連接關(guān)系為:第二電阻R2與第一 NPN三極管Ql相連,第三電阻R3與第二 NPN三極管Q2相連,第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3與失調(diào)消除模塊連接,失調(diào)消除模塊連接至運算放大器OP的正相輸入端和反相輸入端;其中失調(diào)消除模塊包括內(nèi)置的開關(guān)電路。
      [0048]雖然本發(fā)明所揭露的實施方式如上,但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實施方式,并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)的技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下,可以在實施的形式上及細節(jié)上作任何的修改與變化,但本發(fā)明的專利保護范圍,仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準。
      【權(quán)利要求】
      1.一種基準電壓電路,包括運算放大器、基準電壓輸出端以及失調(diào)消除模塊;其中,失調(diào)消除模塊連接至運算放大器的正相輸入端和反相輸入端;運算放大器的輸出端與基準電壓輸出端連接;其中失調(diào)消除模塊包括內(nèi)置的開關(guān)電路,失調(diào)消除電路通過內(nèi)置的開關(guān)電路,周期性地將運算放大器的正相輸入端和反相輸入端以一固定頻率進行切換。
      2.如權(quán)利要求1所述的基準電壓電路,其特征在于,通過周期性的切換,運算放大器輸入端存在的失調(diào)電壓被周期性地加到運算放大器的正相輸入端和反相輸入端,從而正失調(diào)電壓和負失調(diào)電壓相加歸零,實現(xiàn)消除失調(diào)電壓對基準電壓精度的影響。
      3.如權(quán)利要求1所述的基準電壓電路,其特征在于,開關(guān)電路周期性切換時,在前半周期和后半周期,運算放大器的輸入端接收到的失調(diào)電壓的符號相反。
      4.如權(quán)利要求1所述的基準電壓電路,其特征在于,還包括時鐘模塊,時鐘模塊與失調(diào)消除模塊連接,在脈沖時鐘信號的控制下,開關(guān)電路周期性地切換。
      5.如權(quán)利要求1所述的基準電壓電路,其特征在于,所述開關(guān)電路由傳輸門構(gòu)成。
      6.如權(quán)利要求1所述的基準電壓電路,其特征在于,所述基準電壓電路用于提供LED恒流驅(qū)動的參考電壓。
      7.一種恒流驅(qū)動電路,包括如權(quán)利要求1-6之一所述基準電壓電路。
      8.一種LED驅(qū)動芯片,包括如權(quán)利要求1-6之一所述基準電壓電路。
      9.一種LED顯示驅(qū)動芯片,包括如權(quán)利要求1-6之一所述基準電壓電路。
      10.一種掃描顯示用的驅(qū)動電路,包括可編程控制電流電路以及恒流輸出和保護電路,以及如權(quán)利要求1-6之一所述基準電壓電路;其中,電流輸出通道的參考電壓由所述基準電壓電路產(chǎn)生。
      【文檔編號】G05F1/56GK104238614SQ201410447165
      【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
      【發(fā)明者】李倩 申請人:李倩
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