發(fā)光二極管照明脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種發(fā)光二極管(Light-Emitting?Diode,LED)照明脈沖寬度調(diào)制(Pulse?Width?Modulation,PWM)驅(qū)動(dòng)電路,將PWM控制信號(hào)分為高位控制信號(hào)與低位控制信號(hào),高位控制信號(hào)作為基本的PWM控制輸入,低位控制信號(hào)作為PWM累積進(jìn)位輸入,這樣的處理方式,提高了PWM的數(shù)據(jù)刷新率,亦滿足其高分辨率輸出的要求。
【專利說明】發(fā)光二極管照明脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光二極管照明驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域,特別是涉及一種發(fā)光二極管照明脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation,PWM),是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù),廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換及發(fā)光二極管(Light-Emitting Diode, LED)照明等許多領(lǐng)域中。
[0003]LED燈亮度通常通過調(diào)節(jié)LED驅(qū)動(dòng)的PWM周期占空比來控制。通常的PWM控制位分辨率是8位,8位PWM分辨率可提供28=256個(gè)不同的輝度級(jí)別。相應(yīng)的PWM周期由256個(gè)時(shí)鐘周期組成。在集成電路中,一般芯片時(shí)鐘不超過幾十兆赫茲。為方便計(jì)算,我們選取時(shí)鐘頻率為10.24MHz,則PWM周期為256/10.24MHz=25us,因此PWM的刷新頻率為l/25us=4KHz。
[0004]為了提高分辨率,豐富色彩顯示效果,PWM控制位數(shù)就要高。若PWM控制位為16位,則可提供216=65535個(gè)不同的輝度級(jí)別。如果PWM的控制位提高到16位,我們選取的時(shí)鐘還是10.24MHz,則PWM的刷新率為10.24MHz/65536=156.25Hz。在156.25Hz刷新率控制下的LED燈,人眼就能感覺到LED的閃爍。
[0005]傳統(tǒng)的PWM驅(qū)動(dòng)電路,難以兼顧既有高的分辨率又有高的顯示刷新率。當(dāng)PWM控制位高時(shí),雖然有高的分辨率,但數(shù)據(jù)刷新率低,導(dǎo)致LED燈出現(xiàn)閃爍;當(dāng)PWM控制位低時(shí),數(shù)據(jù)刷新率能得到保障,但分辨率嚴(yán)重降低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]基于此,有必要提供一種既能提供高的分辨率,又能提供高的刷新率的發(fā)光二極管照明脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路。
[0007]—種發(fā)光二極管照明脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路,包括:
[0008]緩存器模塊,接收每一數(shù)據(jù)幀中的具有m+n位的脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)并寄存;
[0009]累積進(jìn)位模塊,接收從所述緩存器模塊輸出的脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)中的低η位信號(hào),并將所述低η位信號(hào)進(jìn)行累加,當(dāng)所述低η位信號(hào)累加后向η+1位進(jìn)位時(shí),寄存進(jìn)位后的和值并輸出低η位進(jìn)位信號(hào);
[0010]脈沖寬度調(diào)制生成模塊,接收從所述緩存器模塊輸出的脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)中的高m位信號(hào),并根據(jù)所述低η位進(jìn)位信號(hào)和高m位信號(hào)生成脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。
[0011]在一數(shù)據(jù)幀周期內(nèi),所述累積進(jìn)位模塊和所述脈沖寬度調(diào)制生成模塊接收從所述緩存器模塊輸出的2n次信號(hào),所述脈沖寬度調(diào)制生成模塊輸出2n個(gè)高m位控制信號(hào)。
[0012]在其中一個(gè)實(shí)施例中,所述累積進(jìn)位模塊包括η個(gè)位處理單元。所述η個(gè)位處理單元分別處理所述低η位信號(hào)的累加運(yùn)算并寄存和值,并向高一位的位處理單元輸出進(jìn)位信號(hào),第η位的位處理單元向所述脈沖寬度調(diào)制生成模塊輸出所述低η位進(jìn)位信號(hào)。
[0013]在其中一個(gè)實(shí)施例中,所述位處理單元包括D觸發(fā)器和全加器,同位的D觸發(fā)器D輸入端和同位的全加器S輸出端連接,同位的D觸發(fā)器的Q輸出端和同位的全加器的B輸入端連接,所述全加器的Co輸出端與高一位的位處理單元的全加器Ci輸入端連接,所述全加器的Ci輸入端與低一位的位處理單元的全加器Co輸出端連接,低η位控制信號(hào)的最低位所對(duì)應(yīng)的全加器Ci輸入端恒接“O”,第η位的位處理單元的全加器Co輸出端連接所述脈沖寬度調(diào)制生成模塊的輸入端。
[0014]在其中一個(gè)實(shí)施例中,所述脈沖寬度調(diào)制生成模塊包括脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)進(jìn)位處理電路和脈沖寬度調(diào)制生成電路;所述脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)進(jìn)位處理電路處理低η位進(jìn)位信號(hào),使所述高m位信號(hào)加1,新的高m位信號(hào)通過脈沖寬度調(diào)制生成電路輸出信號(hào);在一數(shù)據(jù)幀周期內(nèi),所述脈沖寬度調(diào)制生成電路輸出2n個(gè)高m位控制信號(hào)。
[0015]在其中一個(gè)實(shí)施例中,所述脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)進(jìn)位處理電路包括m個(gè)串接的半加器;所述高m位信號(hào)每一位信號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)所述半加器,分別從所述半加器的A輸入端輸入;所述半加器的Ci輸入端連接低一位所述半加器的的Co輸出端,所述高m位信號(hào)中的最低位信號(hào)所對(duì)應(yīng)的所述半加器的Ci輸入端連接所述第η位的位處理單元的全加器Co輸出端;所述半加器的S輸出端連接所述脈沖寬度調(diào)制生成電路的輸入端。
[0016]在其中一個(gè)實(shí)施例中,所述m為10,所述η為6。
[0017]上述發(fā)光二極管照明脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路,將m+n位PWM控制信號(hào)分為高m位控制信號(hào)和低η位控制信號(hào)。高m位控制信號(hào)輸入PWM生成模塊,在一數(shù)據(jù)幀周期的情況下,累積進(jìn)位模塊和PWM生成模塊接收從緩存器模塊輸出的2n次信號(hào),PWM生成模塊輸出2n個(gè)高m位控制信號(hào),與原m+n位PWM控制信號(hào)輸出2_位控制信號(hào)相比,在數(shù)據(jù)位數(shù)上是一致的。這樣,PWM刷新率比傳統(tǒng)方法提高了 2"倍的同時(shí)也保持了原有的高分辨率。
[0018]低η位控制信號(hào)輸入累積進(jìn)位模塊,經(jīng)過累積進(jìn)位,這樣保證了高的分辨率,并最大限度減少PWM輸出信號(hào)與原m+n位PWM控制信號(hào)的誤差。PWM控制信號(hào)低η位可能由于未足以向高m位進(jìn)位,暫時(shí)儲(chǔ)存于累積電路模塊的η個(gè)D觸發(fā)器中,所以最大誤差也不超過2n/2m+n,即l/2m,只要2-足夠大,PWM輸出信號(hào)與原m+n位的PWM控制信號(hào)的誤差將會(huì)非常小。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的LED照明PWM驅(qū)動(dòng)電路模塊;
[0020]圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的LED照明PWM驅(qū)動(dòng)電路;
[0021]圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的PWM控制信號(hào)進(jìn)位處理電路。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖,對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0023]圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的LED照明PWM驅(qū)動(dòng)電路模塊,包括緩存器模塊100、累積進(jìn)位模塊110和PWM生成模塊120。
[0024]緩存器模塊100作用在于接收每一數(shù)據(jù)幀中的具有m+n位的脈沖寬度調(diào)制控制信
號(hào)并寄存。
[0025]累積進(jìn)位模塊110包括η個(gè)位處理單元112。
[0026]高m位控制信號(hào)輸入PWM生成模塊120,低η位控制信號(hào)輸入累積進(jìn)位模塊110。低η位控制信號(hào)與下一次的PWM控制信號(hào)的低η位控制信號(hào)累加得到一個(gè)累加值,當(dāng)累加值向η+1位進(jìn)位時(shí),高m位控制信號(hào)加1,累積進(jìn)位模塊110寄存進(jìn)位后的和值。
[0027]在一數(shù)據(jù)幀周期內(nèi),累積進(jìn)位模塊110和脈沖寬度調(diào)制生成模塊120接收從緩存器模塊100輸出的2n次信號(hào)。
[0028]為描述方便,以16位PWM控制信號(hào)作更為詳細(xì)的說明。
[0029]圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的LED照明PWM驅(qū)動(dòng)電路,包括緩存器模塊(圖中未標(biāo)出)、累積進(jìn)位模塊110和PWM生成模塊120。
[0030]緩存器模塊作用在于接收每一數(shù)據(jù)幀中的具有16位的脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)并寄存。
[0031]累積進(jìn)位模塊110包括6個(gè)位處理單元112,位處理單元112包括D觸發(fā)器和全加器。
[0032]16位PWM控制信號(hào)的高10位輸入PWM生成模塊120,16位PWM控制信號(hào)的低6位輸入累積進(jìn)位模塊110。
[0033]從最低位算起,PWM控制信號(hào)低6位的第I位為PWM〈1>、第2位為PWM〈2>……第6位為PWM〈6>。從最低位算起,PWM控制信號(hào)高10位的第I位為PWM〈7>、第2位為PWM〈8>……第 10 位為 PWM〈16>。
[0034]首先描述PWM〈1>的位處理單元。PWM<1>的位處理單元包括D觸發(fā)器Dl和全加器Fl。D觸發(fā)器Dl的D輸入端和全加器Fl的S輸出端連接,D觸發(fā)器Dl的Q輸出端和全加器Fl的B輸入端連接,全加器Fl的Co輸出端與高一位的位處理單元(即PWM〈2>的位處理單元)的全加器F2的Ci輸入端連接。
[0035]PWM〈1>輸入全加器Fl的A輸入端,全加器Fl中的Ci輸入端為進(jìn)位輸入,第I位因?yàn)闆]有進(jìn)位,進(jìn)位輸入恒為“O”。全加器Fl的S輸出端連接D觸發(fā)器Dl的D輸入端,全加器Fl的S輸出端輸出當(dāng)前PWM〈1>與上一次PWM〈1>進(jìn)位后的和值SUM〈1>。SUM〈1>存入D觸發(fā)器Dl中,參加下一次的運(yùn)算。
[0036]全加器Fl的Co輸出端為進(jìn)位輸出,和高一位PWM〈2>的累積進(jìn)位電路中的全加器Ci輸入端連接。當(dāng)前幀PWM〈1>與上一幀PWM〈1>相加如果有進(jìn)位,全加器Fl的Co輸出端輸出“1”,參與高一位PWM〈2>的運(yùn)算;若沒有進(jìn)位,全加器Fl的Co輸出端則輸出“O”。
[0037]通過PWM〈1>的位處理模塊,將每一次的PWM〈1>累加,并進(jìn)位至高一位PWM〈2>,D觸發(fā)器Dl存儲(chǔ)當(dāng)前P麗〈1>與上一次PWM〈1>進(jìn)位后的和值SUM〈1>。
[0038]在一數(shù)據(jù)幀周期內(nèi),位處理模塊接收處理了 26次從緩存器模塊發(fā)來的PWM〈1>信號(hào)。
[0039]接著描述PWM〈2>的位處理單元(圖中未標(biāo)出)。PWM<2>的位處理單元包括D觸發(fā)器D2和全加器F2。D觸發(fā)器D2的D輸入端和全加器F2的S輸出端連接,D觸發(fā)器D2的Q輸出端和全加器F2的B輸入端連接,全加器F2的Co輸出端與高一位的位處理單元(即PWM<3>的位處理單元)的全加器F3的Ci輸入端連接。
[0040]PWM<2>輸入全加器F2的A輸入端,全加器Fl的Co輸出端輸出PWM〈1>進(jìn)位值至全加器F2中的Ci輸入端。全加器F2的S輸出端連接D觸發(fā)器Dl的D輸入端,全加器F2的S輸出端輸出當(dāng)前PWM〈2>與上一次PWM〈2>進(jìn)位后的和值SUM〈2>。SUM〈2>存入D觸發(fā)器D2中,參加下一次的運(yùn)算。[0041]全加器F2的Co輸出端為進(jìn)位輸出,和高一位PWM〈3>的累積進(jìn)位電路中的全加器Ci輸入端連接。當(dāng)前PWM〈2>與上一次PWM〈2>相加如果有進(jìn)位,全加器F2的Co輸出端輸出“1”,參與高一位PWM〈3>的運(yùn)算;若沒有進(jìn)位,全加器F2的Co輸出端則輸出“O”。
[0042]通過PWM〈2>的位處理單元,將每一次的PWM〈2>累加,并進(jìn)位至高一位PWM〈3>,D觸發(fā)器D2存儲(chǔ)當(dāng)前幀PWM〈2>與上一幀PWM〈2>的和值SUM〈2>。
[0043]在一數(shù)據(jù)幀周期內(nèi),位處理單元接收處理了 26次從緩存器模塊發(fā)來的PWM〈2>信號(hào)。
[0044]類似地,PWM<3>……PWM〈6>各位的位處理單元完成各位的累加進(jìn)位工作。
[0045]特別地,PWM〈6>的位處理模塊中,全加器F6的Co輸出端輸出PWM控制信號(hào)低6位的累加總進(jìn)位P0SEH,輸出至PWM生成模塊120中,使PWM控制信號(hào)的高10位實(shí)現(xiàn)進(jìn)位。
[0046]這樣,PWM控制信號(hào)低6位通過累積進(jìn)位模塊110中的6個(gè)位處理模塊112的進(jìn)位運(yùn)算,實(shí)現(xiàn)向高10位進(jìn)位。
[0047]高10位控制信號(hào)輸入PWM生成模塊120,在一數(shù)據(jù)幀周期下,PWM生成模塊120將輸出26個(gè)高10位控制信號(hào),與原16位PWM控制信號(hào)輸出216位控制信號(hào)相比,在數(shù)據(jù)位數(shù)上是一致的。
[0048]通過各次PWM控制信號(hào)低6位的累積進(jìn)位,最大限度減少PWM輸出信號(hào)與原16位PWM控制信號(hào)的誤差。PWM控制信號(hào)低6位可能由于未足以向高10位進(jìn)位,暫時(shí)儲(chǔ)存于累積電路模塊111的6個(gè)D觸發(fā).器中,所以最大誤差也不超過26/216,即1/21°, PWM輸出信號(hào)與原16位的PWM控制信號(hào)的誤差非常小。
[0049]下面描述PWM生成模塊120。
[0050]PWM生成模塊120包括PWM控制信號(hào)進(jìn)位處理電路和PWM生成電路。
[0051]圖3為PWM控制信號(hào)進(jìn)位處理電路。
[0052]PWM_0UT〈0>,PWM_0UT〈1>......PWM_0UT〈9>,分別為 PWM〈7>,PWM〈8>......PWM〈16> 經(jīng)
進(jìn)位處理后的信號(hào),PWM〈7>的進(jìn)位處理電路對(duì)應(yīng)著半加器H1,PWM〈8>的進(jìn)位處理電路對(duì)應(yīng)著半加器H2……PWM〈16>的進(jìn)位處理電路對(duì)應(yīng)著半加器H10。(圖中部分半加器未標(biāo)出)
[0053]PWM控制信號(hào)低6位的進(jìn)位信號(hào)POSHl輸入至半加器Hl的Ci輸入端,PWM〈7>輸入至半加器Hl的A輸入端,POSHl和PWM〈7>相加的和值PWM_0UT〈1>從S輸出端輸出。半加器Hl的Co輸入端與高一位PWM〈8>進(jìn)位處理電路里的半加器H2的Ci輸入端連接,POSEH和PWM〈7>相加如果有進(jìn)位,半加器Hl的Co輸出端輸出“1”,參與高一位PWM〈8>的運(yùn)算;若沒有進(jìn)位,則輸出“O”。
[0054]PWM<7>的進(jìn)位信號(hào)輸入至半加器H2的Ci輸入端,PWM<8>輸入至半加器H2的A輸入端,PWM〈7>的進(jìn)位信號(hào)和PWM〈8>相加的和值PWM_0UT〈2>從S輸出端輸出。半加器H2的Co輸入端與高一位PWM〈9>進(jìn)位處理電路里的半加器H3的Ci輸入端連接,PWM〈7>的進(jìn)位信號(hào)和PWM〈8>相加如果有進(jìn)位,半加器H2的Co輸出端輸出“1”,參與高一位PWM〈9>的運(yùn)算;若沒有進(jìn)位,則輸出“O”。
[0055]在一數(shù)據(jù)幀周期內(nèi),進(jìn)位處理電路接收處理了 26次從緩存器模塊發(fā)來的高10位信號(hào)和累積進(jìn)位模塊110發(fā)來的進(jìn)位信號(hào)。
[0056]類似地,PWM〈9>……PWM〈16>各自進(jìn)位處理電路,都通過各自的半加器完成累加進(jìn)位工作,實(shí)現(xiàn)PWM控制信號(hào)低6位向高10位的進(jìn)位。[0057]新的高10位控制信號(hào)通過脈沖寬度調(diào)制生成電路輸出信號(hào)。在一數(shù)據(jù)幀周期內(nèi),PWM生成模塊接收處理了 26次從緩存器模塊100發(fā)來的高10位信號(hào)和累積進(jìn)位模塊110發(fā)來的低6位進(jìn)位信號(hào),PWM生成模塊輸出26個(gè)高10位控制信號(hào),與原16位PWM控制信號(hào)輸出216位控制信號(hào)相比,在數(shù)據(jù)位數(shù)上是一致的。這樣,PWM刷新率比傳統(tǒng)方法提高了 26倍的同時(shí)也保持了原16位PWM控制信號(hào)的高分辨率。
[0058]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式,其描述較為具體和詳細(xì),但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是,對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下,還可以做出若干變形和改進(jìn),這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此,本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光二極管照明脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路,其特征在于,包括: 緩存器模塊,接收每一數(shù)據(jù)幀中的具有m+n位的脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)并寄存; 累積進(jìn)位模塊,接收從所述緩存器模塊輸出的脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)中的低η位信號(hào),并將所述低η位信號(hào)進(jìn)行累加,當(dāng)所述低η位信號(hào)累加后向η+1位進(jìn)位時(shí),寄存進(jìn)位后的和值并輸出低η位進(jìn)位信號(hào); 脈沖寬度調(diào)制生成模塊,接收從所述緩存器模塊輸出的脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)中的高m位信號(hào),并根據(jù)所述低η位進(jìn)位信號(hào)和高m位信號(hào)生成脈沖寬度調(diào)制信號(hào); 在一數(shù)據(jù)幀周期內(nèi),所述累積進(jìn)位模塊和所述脈沖寬度調(diào)制生成模塊接收從所述緩存器模塊輸出的2n次信號(hào),所述脈沖寬度調(diào)制生成模塊輸出2n個(gè)高m位控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管照明脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路,其特征在于,所述累積進(jìn)位模塊包括η個(gè)位處理單元; 所述η個(gè)位處理單元分別處理所述低η位信號(hào)的累加運(yùn)算并寄存和值,并向高一位的位處理單元輸出進(jìn)位信號(hào),第η位的位處理單元向所述脈沖寬度調(diào)制生成模塊輸出所述低η位進(jìn)位信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管照明脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路,其特征在于,所述位處理單元包括D觸發(fā)器和全加器,同位的D觸發(fā)器D輸入端和同位的全加器S輸出端連接,同位的D觸發(fā)器的Q輸出端和同位的全加器的B輸入端連接,所述全加器的Co輸出端與高一位的位處理單元的全加器Ci輸入端連接,所述全加器的Ci輸入端與低一位的位處理單元的全加器Co輸出端連接,低η位控制信號(hào)的最低位所對(duì)應(yīng)的全加器Ci輸入端恒接“O”,第η位的位處理單元的全加器Co輸出端連接所述脈沖寬度調(diào)制生成模塊的輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管照明脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路,其特征在于,所述脈沖寬度調(diào)制生成模塊包括脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)進(jìn)位處理電路和脈沖寬度調(diào)制生成電路; 所述脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)進(jìn)位處理電路處理所述低η位進(jìn)位信號(hào),使所述高m位信號(hào)加1,新的高m位信號(hào)通過脈沖寬度調(diào)制生成電路輸出信號(hào); 在一數(shù)據(jù)幀周期內(nèi),所述脈沖寬度調(diào)制生成電路輸出2n個(gè)高m位控制信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管照明脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路,其特征在于,所述脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)進(jìn)位處理電路包括m個(gè)串接的半加器; 所述高m位信號(hào)每一位信號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)所述半加器,分別從所述半加器的A輸入端輸A ; 所述半加器的Ci輸入端連接低一位所述半加器的的Co輸出端,所述高m位信號(hào)中的最低位信號(hào)所對(duì)應(yīng)的所述半加器的Ci輸入端連接所述第η位的位處理單元的全加器Co輸出端; 所述半加器的S輸出端連接所述脈沖寬度調(diào)制生成電路的輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管照明脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路,其特征在于,所述m為10,所述η為6。
【文檔編號(hào)】H05B37/02GK103442482SQ201310350077
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月12日
【發(fā)明者】張偉, 李杰平, 張碧珍, 門洪達(dá), 馮根強(qiáng) 申請(qǐng)人:深圳市天微電子有限公司