数字化积分电路及LED驱动电路的制作方法

数字化积分电路及led驱动电路
技术领域
1.本实用新型属于电子电路技术领域，涉及一种数字化电路，尤其涉及一种数字化积分电路及led驱动电路。


背景技术：

2.现有技术采用模数转换电路(简称adc电路)对模拟信号进行数字量化，通常采用电压型或电流型。以电流型为例，如图1所示，通过一个sigma
‑
deltaadc电路，将待积分输入电流通过比较器和电容充放电电路量化为数字信号，再通过dac电路转换为模拟信号作为积分结果。图1所示adc电路可以用于恒定积分量闭环控制电路，如图2所示；实现效果是使输出信号的积分量与基准量相等。
3.现有adc电路存在如下缺陷：
4.(1)电压型adc电路需要若干完全匹配的电容进行电荷传输和计算，为确保匹配，需要较大的芯片面积来实现；
5.(2)电流型adc电路需要两个幅值相等，方向相反的电流源，难以匹配电流源的误差将直接影响量化精度；
6.(3)对于输入模拟量变化范围较大的应用，增大adc电路的量化范围会影响量化的精度(电流型)，或大大增加芯片面积(电压型)；原因是电流型的量化范围取决于两个反向的基准电流源的大小，量化范围越大，基准电流源幅值越大，基准电流源与输入电流源的比例越大，导致精度越差；电压型的量化范围取决于采样电容和基准电容上的电荷容量比例，在电压一定的条件下，电容比例越大，量化范围越大，芯片面积也越大。
7.有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的对模拟信号进行数字量化的电路，以便克服现有电路存在的上述至少部分缺陷。


技术实现要素：

8.本实用新型提供一种数字化积分电路及led驱动电路，可降低芯片面积，并提高积分量化精确度。
9.为解决上述技术问题，根据本实用新型的一个方面，采用如下技术方案：
10.一种数字化积分电路，所述数字化积分电路包括：
11.振荡控制电路，用以根据差分信号生成振荡频率信号，所述振荡频率信号为数字信号；
12.加减法计数电路，其第一输入端连接所述振荡控制电路的输出端，其第二输入端接收加减控制信号，所述加减控制信号根据差分信号的正负方向产生，加减法计数电路根据加减控制信号进行加法运算或减法运算；加减法计数电路根据所述振荡频率信号和加减控制信号进行计数并输出积分量化结果；以及
13.数模转换电路，其输入端连接所述加减法计数电路的输出端，将积分量化结果转换为模拟积分量。
14.作为本实用新型的一种实施方式，所述数字化积分电路进一步包括方向比较电路，所述方向比较电路的输出端连接加减法计数电路的第二输入端；
15.所述方向比较电路的输入端接收差分信号，所述方向比较电路根据差分信号的正负方向输出高电平或低电平至所述加减法计数电路。
16.作为本实用新型的一种实施方式，所述振荡控制电路用以根据差分信号的绝对值生成振荡频率信号；所述振荡控制电路输出的振荡频率信号与差分信号的幅值成正比。
17.作为本实用新型的一种实施方式，所述振荡控制电路包括：
18.电容；
19.充放电电路，耦接所述电容，用以控制电容的充电及放电；以及
20.比较电路，其第一输入端耦接所述电容，其第二输入端接收第一参考信号和/或第二参考信号，其输出端输出振荡频率信号。
21.作为本实用新型的一种实施方式，所述充放电电路用以在所述电容充电达到第一阈值电压的状态下控制所述电容放电；所述充放电电路用以在所述电容放电达到第二阈值电压的状态下控制所述电容充电。
22.作为本实用新型的一种实施方式，所述振荡控制电路进一步包括：电流镜、第一开关、第二开关及非门；所述数字化积分电路进一步包括电流源、电压电流转换电路及整流电路；
23.所述电压电流转换电路的输入端耦接第二电压，所述电压电流转换电路将第二电压转换为第二电流；
24.所述电流源的输出端输出设定电流；所述电流源的输出端及所述电压电流转换电路的输出端分别连接整流电路的输入端，所述整流电路的输出端分别耦接所述电流镜的第一端及第二开关的第一端；第二开关的第二端分别耦接第一开关的第一端、电容的第一端及比较电路的第一输入端；
25.所述第一开关的第二端耦接电流镜的第二端，所述电流镜的第三端接地；所述电容的第二端接地；
26.所述比较电路的输出端输出控制第一开关的控制信号；所述比较电路的输出端耦接非门的输入端，比较电路输出的控制信号同时作为所述振荡控制电路输出至加减法计数电路的信号；所述非门的输出端输出控制第二开关的控制信号。
27.作为本实用新型的一种实施方式，所述比较电路为迟滞比较器。
28.根据本实用新型的另一个方面，采用如下技术方案：一种led驱动电路，所述led驱动电路包括驱动控制电路和led负载，所述驱动控制电路用以驱动led负载，所述驱动控制电路包括如上述的数字化积分电路，所述驱动控制电路基于模拟积分量进行环路控制。
29.本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出的数字化积分电路及led驱动电路，可降低芯片面积，提高积分量化精确度。
30.在本实用新型的一种使用场景中，本实用新型对电路的匹配度要求较低，电流控制振荡器ico需要的电容较小，因此电路面积更小。同时，本实用新型可积分量化范围更大，电流控制振荡器ico的量化范围取决于ico可输出的频率范围，理论上不受其他参数限制，实际设计中仅受晶体管速度和氧化层漏电流限制，可以做到很宽的量化范围而无需增加成本。此外，电流控制振荡器ico的量化精度受比较器的翻转速度影响，通过设计优化可以改
善或消除，从而与量化范围无关。
附图说明
31.图1为现有用于恒定积分量闭环控制电路的电路示意图。
32.图2为现有sigma
‑
delta模拟数字转换器的电路示意图。
33.图3为本实用新型一实施例中数字化积分电路的组成示意图。
34.图4为本实用新型一实施例中数字化积分电路的电路示意图。
35.图5为本实用新型一实施例中数字化积分电路的电路时序示意图。
36.图6为本实用新型一实施例中数字化积分方法的流程图。
具体实施方式
37.下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。
38.为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。
39.该部分的描述只针对几个典型的实施例，本实用新型并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本实用新型描述和保护的范围内。
40.说明书中的“耦接”或“连接”既包含直接连接，也包含间接连接，如通过一些有源器件、无源器件或电传导媒介进行的连接；还可包括本领域技术人员公知的在可实现相同或相似功能目的的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、跟随电路等电路或部件的连接。
41.本实用新型揭示了一种数字化积分电路，图3为本实用新型一实施例中数字化积分电路的组成示意图；请参阅图3，所述数字化积分电路包括：振荡控制电路1、加减法计数电路2及数模转换电路3。
42.在本实用新型的一实施例中，振荡控制电路1用以根据差分信号生成振荡频率信号，振荡频率信号为频率可变的数字信号。所述加减法计数电路2的第一输入端连接所述振荡控制电路1的输出端，加减法计数电路2的第二输入端接收加减控制信号，加减控制信号根据差分信号的正负方向产生，加减法计数电路根据加减控制信号进行加法运算或减法运算。示例性的，当差分信号为正方向时，加减控制信号处于第一电平，加减法计数电路根据加减控制信号进行加法运算；当差分信号为负方向时，加减控制信号处于第二电平，加减法计数电路根据加减控制信号进行减法运算。其中，正负方向中的正方向可根据实际需要进行选择规定，本实用新型不对此进行限定。所述振荡控制电路1得到的振荡频率信号作为加减法计数电路2的输入，根据差分信号的正负方向生成加减法计数电路的加减控制信号，加减法计数电路根据振荡频率信号和加减控制信号进行计数并输出积分量化结果。所述数模转换电路3的输入端连接所述加减法计数电路2的输出端，将积分量化结果转换为模拟积分量。
43.在一实施例中，当差分信号为正方向时，加减控制信号处于高电平，加减法计数电路将进行累加计数。示例性的，加减法计数电路将此时的振荡频率信号中的高电平进行累
加计数。当差分信号为负方向时，加减控制信号处于低电平，加减法计数电路将进行递减计数。示例性的，加减法计数电路将此时的振荡频率信号中的高电平进行递减计数。
44.在本实用新型的一实施例中，所述振荡控制电路1用以根据差分信号的绝对值生成振荡频率信号；所述振荡控制电路1输出的振荡频率信号与差分信号的幅值成正比。
45.请继续参阅图3，在本实用新型的一实施例中，所述数字化积分电路可以进一步包括方向比较电路4、电压电流转换电路5及差分电流整流电路6。差分电流整流电路6的两个输入端可以分别为第一电流iin1、第二电流iin2，第一电流iin1、第二电流iin2也同时输入至所述方向比较电路4中。
46.图4为本实用新型一实施例中数字化积分电路的电路示意图；请参阅图4，在本实用新型的一实施例中，所述方向比较电路4的输出端连接加减法计数电路2的第二输入端；所述方向比较电路4的输入端接收差分信号，差分信号可以为差分电流，方向比较电路根据差分信号的正负方向输出高电平或低电平至所述加减法计数电路2。
47.请继续参阅图4，在一实施例中，所述振荡控制电路1包括电容cap、充放电电路及比较电路。在本实施例中，振荡控制电路为电流控制振荡器。充放电电路包括电流镜13、第一开关ck和第二开关ckb，充放电电路耦接所述电容cap，用以通过控制第一开关ck和第二开关ckb的开关状态从而控制电容cap的充电及放电。比较电路的第一输入端耦接所述电容cap的第一端，所述比较电路的第二输入端耦接第一参考信号(可以为第一阈值电压vth)或第二参考信号(可以为第二阈值电压vtl)，所述比较电路的输出端输出振荡频率信号ck。结合图4和图5可知，振荡频率信号ck与差分电流的幅值成正比，其中，信号cap为电容电压，可表征差分电流的幅值。
48.如图4所示，在本实用新型的一实施例中，所述充放电电路在所述电容cap充电达到第一阈值电压vth时，控制所述电容cap放电，即形成放电回路使电容cap进行放电。所述充放电电路在所述电容cap放电达到第二阈值电压vtl时，控制所述电容cap充电，即形成充电回路使电容cap进行充电。
49.在本实用新型的一实施例中，所述振荡控制电路进一步包括：电流镜13、第一开关ck、第二开关ckb及非门14；所述数字化积分电路可以进一步包括电流源、电压电流转换电路5及差分电流整流电路6。差分电流整流电路6用于将输入到差分电流整流电路6中的电流源输出的第一电流和电压电流转换电路输出的第二电流进行整流处理后输出电流irec至充放电电路。
50.所述电压电流转换电路5的输入端耦接第二电压，所述电压电流转换电路将第二电压转换为第二电流。所述电流源的输出端输出第一电流；所述电流源的输出端及所述电压电流转换电路5的输出端分别连接差分电流整流电路6的输入端，所述差分电流整流电路6的输出端分别耦接所述电流镜13的第一端及第二开关ckb的第一端；第二开关ckb的第二端分别耦接第一开关ck的第一端、电容cap的第一端及比较电路的第一输入端。所述第一开关ck的第二端耦接电流镜13的第二端，所述电流镜13的第三端接地；所述电容cap的第二端接地。所述比较电路的输出端输出控制第一开关ck的控制信号；所述比较电路的输出端耦接非门14的输入端，比较电路输出的控制信号同时作为所述振荡控制电路1输出至加减法计数电路2的信号；所述非门14的输出端输出控制第二开关ckb的控制信号。
51.图5为本实用新型一实施例中数字化积分电路的电路时序示意图；请参阅图5，在
本实用新型的一实施例中，用第一电流iin1和第二电流ivin2的差值的绝对值对电容cap进行充放电；第一电流iin1为电流源所提供，ivin2为第二电压信号经电压电流转换电路转换得到；差分电流整流电路的输入端为iin。电容cap的电容电压在每次充电达到vth或放电达到vtl时，ck信号(即振荡频率信号)翻转一次，并切换充放电方向，同时ck用于加减法计数器计数。图4中的电容vcap左侧部分电路本质为充放电电路，导通第二开关ckb并关断第一开关ck以实现电容充电；导通第一开关ck并关断第二开关ckb以实现电容放电。比较电路根据电压vth、vtl和vcap控制ck信号翻转，优选地，比较电路为迟滞比较器。第一电流iin1和ivin2的大小关系决定加减法计数器的加减控制信号(即图5中的up信号)，iin1>ivin2时为up信号为高电平，加减法计数电路经计数后输出积分量化结果并通过数模转换电路产生输出控制电压vout(输出控制电压vout为模拟信号)，从而控制输出控制电压vout增大，即模拟积分量可以为输出控制电压vout。其中，输出控制电压vout可用于控制数字化积分电路所在系统的输出电压。
52.请继续参阅图5，当iin1>ivin2时，up信号为高电平，即加减法计数器进行累加计数。电容cap的电容电压在每次充电达到vth或放电达到vtl时，ck信号翻转一次，通过充放电的翻转可选择较小容值的电容。在up信号为高电平时，可以对ck信号的高电平或低电平进行累加计数，对应控制输出控制电压vout增大。当iin1<ivin2时，up信号为低电平，即加减法计数器进行累减计数。电容cap的电容电压在每次充电达到vth或放电达到vtl时，ck信号翻转一次。在up信号为低电平时，可以对ck信号的高电平或低电平进行累减计数，对应控制输出控制电压vout减小。
53.本实用新型一实施例还公开了一种led驱动电路，led驱动电路包括驱动控制电路和led负载，驱动控制电路用以驱动led负载。驱动控制电路包括如上述任一实施例的数字化积分电路，驱动控制电路基于模拟积分量进行环路控制。具体的，数字化积分电路获取表征流过led负载的电流的采样信号，经本实用新型的数字化积分处理后得到模拟积分量，驱动控制电路基于模拟积分量控制led驱动电路中的主开关管，从而实现led驱动电路的环路控制，可用以实现led驱动电路的恒流输出或恒功率输出。
54.本实用新型还揭示一种数字化积分方法，图6为本实用新型一实施例中数字化积分方法的流程图；请参阅图6，在本实用新型的一实施例中，所述数字化积分方法包括：
55.步骤s1、根据差分信号生成振荡频率信号，所述振荡频率信号为数字信号；
56.步骤s2、接收加减控制信号，加减控制信号根据差分信号的正负方向产生；根据振荡频率信号和加减控制信号进行计数并输出积分量化结果；以及
57.步骤s3、将积分量化结果转换为模拟积分量。
58.在本实用新型的一实施例中，根据差分信号的正负方向输出高电平或低电平至所述加减法计数电路，作为加减法计数电路的加减控制信号。
59.在本实用新型的一实施例中，所述数字化积分方法包括：在电容充电达到第一阈值电压(如可以为vth)时，控制电容放电；在电容放电达到第二阈值电压(如可以为vtl)时，控制电容充电。
60.在本实用新型的一实施例中，根据差分信号生成振荡频率信号的步骤具体包括：根据差分信号的绝对值生成振荡频率信号。
61.在本实用新型的一实施例中，振荡频率信号与差分信号的幅值成正比。
62.在本实用新型的一实施例中，差分信号为差分电流，差分电流为第一电流iin1与第二电流ivin2进行差分运算所得。
63.综上所述，本实用新型提出的数字化积分电路及led驱动电路，可降低采用数字化积分电路的芯片的芯片面积，提高积分量化精确度。本实用新型对电路的匹配度要求较低，电流控制振荡器ico需要的电容较小，因此电路面积更小。同时，本实用新型可量化范围更大，电流控制振荡器ico的量化范围取决于ico可输出的频率范围，理论上不受其他参数限制，实际设计中仅受晶体管速度和氧化层漏电流限制，可以做到很宽的量化范围而无需增加成本。此外，电流控制振荡器ico的量化精度受比较器的翻转速度影响，通过设计优化可以改善或消除，而与量化范围无关。
64.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
65.这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点可因多种因素干扰而可能不能在实施例中体现，对于效果或优点的描述不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。