一种miniLED驱动电路的制作方法

一种miniled驱动电路
技术领域
1.本发明涉及集成电路领域，具体地说，是涉及一种miniled驱动电路。


背景技术：

2.led显示由于具有寿命长、发光效率高、亮度高、快速开关、高动态对比显示、色域广和可拼接等优点，使其广泛应用户外显示如广告屏，室内大屏如会议室屏等场合，而且最近电视机也开始普及采用miniled做背光。随着led尺寸越来越小，led逐渐向miniled和microled发展，led驱动电流也逐渐减小，从大于20ma减小到2ma左右。随着电流的减小，led驱动输出电流的精度要求也越来越高。现有的miniled驱动芯片其模拟电路部分仍延用5v电源供电，且其器件也大都延用5v耐压的器件来实现。其电路结构如图1所示，图中只给出了电源线的连接，未标出信号走线和模块间的连接关系。核心的模拟电路如图1所示有电压基准、参考电流、电流镜像与电流放大和多个通道恒流驱动。电压基准模块产生参考电压送给参考电流模块，参考电流模块根据参考电压和rext引脚接的电阻产生参考电流，参考电流经过电流镜像和电流放大后送到各个通道恒流驱动模块，通道恒流驱动输出恒定电流到outn引脚。模拟电路由于具有rext，outn等5v耐压端口，需要处理5v电压幅度的信号，所以长期以来采用5v耐压的器件设计。逻辑处理电路和sram是较大规模数字电路，采用1.8v及以下的低压器件设计，可以省面积。由器件失配原理知道1.8v及以下的低压器件的器件失配比5v器件要小，相同面积下电流镜像精度更高。所以如果对模拟电路进行调整，采用1.8v及以下的低压器件设计，但同时也使其满足5v耐压端口的特性，这样既可以提高输出电流的精度，或者缩小芯片面积还可以保持芯片性能不变。
3.目前为达到更高的输出电流精度只有通过增大面积来实现。一颗芯片具有多个通道恒流驱动电路模块，如需增加面积则n个（16个或48个）相同的通道恒流驱动模块都相同的增加面积，芯片面积会大幅增加。随着led显示屏的点间距越来越小，对提高芯片的电流输出精度和集成度的要求越来越高，面积增加已存在瓶颈。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种miniled驱动电路，保持芯片原有的特性的同时获得更高的输出电流精度和更小的芯片面积，获得高性能的同时降低了成本。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种miniled驱动电路，包括外接供电电源的第一线性稳压模块和第二线性稳压模块，与第一线性稳压模块相连通过第一线性稳压模块供电的参考电流模块、电压基准模块、电流镜像与电流放大电路和若干通道恒流驱动模块，与第二线性稳压模块相连通过第二线性稳压模块供电的sram存储器和逻辑处理电路，以及用于实现串口通信的串行输入输出模块；其中，外接的供电电源也用于给参考电流模块、电压基准模块供电；参考电流模块、电压基准模块均分别连接电流镜像与电流放大电路和若干通道恒流驱动模块。进一步地，在本发明中，所述电压基准模块包括：
由场效应管p1_5v、p2_5v、n1_5v、n2_5v、n3_5v和电阻r1组成的偏置电流电路，其中，场效应管p1_5v的栅极与场效应管p2_5v的栅极相连，场效应管p1_5v的源极与场效应管p2_5v的源极均外接vdd，场效应管p1_5v的漏极与场效应管n1_5v的漏极相连，场效应管p2_5v的漏极与场效应管n2_5v的漏极相连，场效应管n1_5v的源极与场效应管n3_5v的漏极相连，电阻r1连接于场效应管n3_5v的源极与场效应管n2_5v的源极之间；偏置电流电路产生偏置电流通过场效应管p5_5v、n5_5v、n6_5v和n7_5v一路送给场效应管p1_lv产生低压的偏置信号vb给运算放大器u1做电流偏置，另一路通过场效应管p6_5v和p3_5v加到场效应管p2_lv、p3_lv和n1_lv产生低压电源vlv_pre；其中，场效应管p5_5v的栅极与场效应管p2_5v的源极相连，场效应管n5_5v的漏极与场效应管p5_5v的漏极相连，场效应管n6_5v的栅极与场效应管n5_5v的删极相连，场效应管n5_5v的源极、场效应管n6_5v的源极与场效应管n3_5v的源极相连，场效应管n7_5v的栅极与场效应管n6_5v的栅极相连，场效应管n7_5v的源极与场效应管n6_5v的源极相连，场效应管n7_5v的漏极与场效应管p6_5v的漏极相连，场效应管p6_5v的栅极和漏极与场效应管p3_5v的栅极相连，场效应管p1_lv的栅极和漏极与场效应管n6_5v的漏极相连；场效应管p1_lv的源极与场效应管p3_5v的栅极相连；由运算放大器u1和电阻r2、r3、r4、pnp三极管q1、q2组成的参考电压电路；运算放大器u1的正电源端与场效应管p3_5v的漏极相连，运算放大器u1的负电源端与场效应管n7_5v的源极相连，电阻r3连接于运算放大器u1的输出端与正相输入端之间，电阻r2连接于运算放大器u1的输出端与反相输入端之间，电阻r4的一端与运算放大器u1的反相输入端相连，pnp三极管q1的发射极与电阻r4的另一端相连，pnp三极管q1的基极与集电极相连后与pnp三极管q2的基极与集电极相连，pnp三极管q1的集电极与运算放大器u1的同相输入端相连；pnp三极管q1、q2的基极还与场效应管n7_5v的源极相连；其中，运算放大器u1采用1.8v及以下的低压器件。
6.进一步地，在本发明中，所述第一线性稳压模块由运算放大器u2、场效应管n4_5v和电阻r6、r7组成；其中，运算放大器u2的同相输入端经电阻r5与运算放大器u1的输出端相连，电阻r6、r7的一端均与运算放大器u2的反相输入端相连，电阻r7的另一端与三极管q1的集电极相连，电阻r6的另一端与场效应管n4_5v的源极相连，运算放大器u2的输出端与场效应管n4_5v的栅极相连，运算放大器u2的正电源端与场效应管n4_5v的漏极相连；其中，运算放大器u2采用5v器件。
7.进一步地，在本发明中，所述参考电流模块包括正电源端连接于场效应管n4_5v的源极的运算放大器u5，栅极连接于运算放大器u5的输出端的场效应管n2_lv，漏极与场效应管n2_lv的源极相连的场效应管n10_5v，栅极与场效应管n10_5v的栅极相连且源极与运算放大器u5的反相输入端相连的场效应管n9_5v，漏极与场效应管n9_5v的源极相连且源极与运算放大器u5的负电源端相连的场效应管n3_lv，一端与场效应管n9_5v的漏极相连且另一端与场效应管n10_5v的源极相连的电阻r8，以及一端与场效应管n10_5v的源极相连且另一端与电阻r8相连的电阻r9；其中，运算放大器u5的同相输入端接入基准电压vref，场效应管n2_lv的漏极接入基准电流iref，电阻r8、r9的公共端作为5v耐压引脚。
8.进一步地，在本发明中，所述通道恒流驱动模块包括：由场效应管p5_lv和p6_lv组成的第一电流镜；由第一电流镜与场效应管p7_lv、p8_lv、n4_lv、n5_lv构成的运算放大器差分对；
由场效应管p7_5v和p8_5v组成的第二电流镜；由第二电流镜与场效应管n6_lv和n15_5v组成的运算放大器的输出级；输出控制场效应管n11_5v；由场效应管n12_5v、n13_5v和n14_5v组成的vds节点过压保护电路；以及恒流输出场效应管n7_lv；其中，第一电流镜用于给电路提供电流偏置；由第二电流镜与场效应管n6_lv和n10_5v组成运算放大器的输出级的输出控制输出控制场效应管n11_5的栅极，使得vds电压等于vref2输入参考电压；钳压场效应管n7_lv的漏源两端压差被运算放大器控制在vref2电压上，使得钳压场效应管n7_lv输出恒定的电流，该恒定的电流由out引脚通过输出控制场效应管n11_5v和输出控制场效应管n11_5v流向地，从而实现恒流输出的目的；当vds电压大于场效应管n14_5v的开启电压vth后，场效应管n14_5v开启产生电流，经过场效应管n13_5v的电流镜像作用后，同过场效应管n12_5v对ng节点下拉，从而关闭输出控制场效应管n11_5v，输出控制场效应管n11_5v关闭后vds电压下降，保护钳压场效应管n7_lv。
9.进一步地，在本发明中，所述驱动电路还包括用于检测输出低压电源vlv1的电压检测模块u3、反相器u4、电平转换模块ls、场效应管p4_lv、场效应管p4_5v和场效应管n8_5v；电压检测模块u3的两输入端分别连接场效应管n4_5v的源极和三极管q1的集电极，电压检测模块u3的输出端输出低电平，通过电平转换模块ls将电压幅度转换为外部电源vdd的电压幅度并反向后接到场效应管p4_5v的栅极和场效应管n8_5v的栅极；同时电压检测模块u3的输出端经过反相器u4连接到场效应管p4_lv的栅极；场效应管p4_lv的漏极与场效应管n4_5v的漏极相连；场效应管p4_lv的源极与场效应管n8_5v的漏极相连。
10.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明利用第一线性稳压模块和第二线性稳压模块供电，如此电压基准模块、参考电流模块、电流镜像与电流放大模块和多个通道恒流驱动模块的核心电路则可以采用1.8v及以下的低压器件设计。由于参考电流模块通道恒流驱动模块具有5v耐压的端口，所以需要对其电路进行调整，使其既可以满足5v端口耐压的要求，又可以采用1.8v及以下的低压器件设计其核心电路。电压基准模块提供参考电压给第一线性稳压模块、第二线性稳压模块，而第一线性稳压模块、第二线性稳压模块又会产生电源给电压基准模块供电，所以需设计芯片上电时给电压基准模块电路的预供电电路，待电压基准模块电路稳定工作后打开线性稳压模块，线性稳压模块输出再给电压基准模块电路供电。因此，本发明的驱动电路在获得更高的输出电流精度的同时还可以缩小芯片面积，达到获得高性能的同时降低了成本的良好效果。
附图说明
11.图1为本发明的原理框图。
12.图2为本发明中电压基准模块和第一稳压线性模块的电路原理图。
13.图3为本发明中参考电流模块的电路原理图。
14.图4为本发明中通道恒流驱动模块的电路原理图。
具体实施方式
15.下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
16.如图1~4所示，本发明公开的一种miniled驱动电路，包括外接供电电源的第一线性稳压模块和第二线性稳压模块，与第一线性稳压模块相连通过第一线性稳压模块供电的参考电流模块、电压基准模块、电流镜像与电流放大电路和若干通道恒流驱动模块，与第二线性稳压模块相连通过第二线性稳压模块供电的sram存储器和逻辑处理电路，以及用于实现串口通信的串行输入输出模块；其中，外接的供电电源也用于给参考电流模块、电压基准模块供电；参考电流模块、电压基准模块均分别连接电流镜像与电流放大电路和若干通道恒流驱动模块。如图2所示，所述电压基准模块包括：由场效应管p1_5v、p2_5v、n1_5v、n2_5v、n3_5v和电阻r1组成的偏置电流电路，其中，场效应管p1_5v的栅极与场效应管p2_5v的栅极相连，场效应管p1_5v的源极与场效应管p2_5v的源极均外接vdd，场效应管p1_5v的漏极与场效应管n1_5v的漏极相连，场效应管p2_5v的漏极与场效应管n2_5v的漏极相连，场效应管n1_5v的源极与场效应管n3_5v的漏极相连，电阻r1连接于场效应管n3_5v的源极与场效应管n2_5v的源极之间；偏置电流电路产生偏置电流通过场效应管p5_5v、n5_5v、n6_5v和n7_5v一路送给场效应管p1_lv产生低压的偏置信号vb给运算放大器u1做电流偏置，另一路通过场效应管p6_5v和p3_5v加到场效应管p2_lv、p3_lv和n1_lv产生低压电源vlv_pre；其中，场效应管p5_5v的栅极与场效应管p2_5v的源极相连，场效应管n5_5v的漏极与场效应管p5_5v的漏极相连，场效应管n6_5v的栅极与场效应管n5_5v的删极相连，场效应管n5_5v的源极、场效应管n6_5v的源极与场效应管n3_5v的源极相连，场效应管n7_5v的栅极与场效应管n6_5v的栅极相连，场效应管n7_5v的源极与场效应管n6_5v的源极相连，场效应管n7_5v的漏极与场效应管p6_5v的漏极相连，场效应管p6_5v的栅极和漏极与场效应管p3_5v的栅极相连，场效应管p1_lv的栅极和漏极与场效应管n6_5v的漏极相连；场效应管p1_lv的源极与场效应管p3_5v的栅极相连。
17.由运算放大器u1和电阻r2、r3、r4、pnp三极管q1、q2组成的电压基准电路；运算放大器u1的正电源端与场效应管p3_5v的漏极相连，运算放大器u1的负电源端与场效应管n7_5v的源极相连，电阻r3连接于运算放大器u1的输出端与正相输入端之间，电阻r2连接于运算放大器u1的输出端与反相输入端之间，电阻r4的一端与运算放大器u1的反相输入端相连，pnp三极管q1的发射极与电阻r4的另一端相连，pnp三极管q1的基极与集电极相连后与pnp三极管q2的基极与集电极相连，pnp三极管q1的集电极与运算放大器u1的同相输入端相连；pnp三极管q1、q2的基极还与场效应管n7_5v的源极相连；其中，运算放大器u1采用1.8v及以下的低压器件。
18.如图2所示，所述第一线性稳压模块由运算放大器u2、场效应管n4_5v和电阻r6、r7组成；其中，运算放大器u2的同相输入端经电阻r5与运算放大器u1的输出端相连，电阻r6、r7的一端均与运算放大器u2的反相输入端相连，电阻r7的另一端与三极管q1的集电极相连，电阻r6的另一端与场效应管n4_5v的源极相连，运算放大器u2的输出端与场效应管n4_5v的栅极相连，运算放大器u2的正电源端与场效应管n4_5v的漏极相连；其中，运算放大器u2采用5v器件。
19.如图2所示，所述驱动电路还包括用于检测低压电源vlv1的电压检测模块u3、反相器u4、电平转换模块ls、场效应管p4_lv、场效应管p4_5v和场效应管n8_5v。当电压基准和第一线性稳压模块没有正常工作时，低压电源vlv1输出低电平。这时电压检测模块u3输出低电平，通过电平转换模块ls将电压幅度转换为外部电源vdd电压幅度并反向后接到场效应管p4_5v和场效应管n8_5v的栅极，关闭场效应管p4_5v，打开场效应管n8_5v。这时p3_5v的电流由外部电源vdd流向vlv_pre，再通过场效应管n8_5v流向场效应管p2_lv、p3_lv和n1_lv，最终流向地。低压电源vlv_pre被场效应管p2_lv、p3_lv和n1_lv钳位，产生预设低压电源vlv_pre给运算放大器u1供电。同时电压检测模块u3输出低电平经过反向器u4反向后输出高电平关闭场效应管p4_lv。当电压基准和第一线性稳压模块正常工作后，低压电源vlv1输出高电平。电压检测模块u3检测到低压电源vlv1输出高电平后，电压检测模块u3输出高电平，通过电平转换模块ls将电压幅度转换为外部电源vdd电压幅度并反向后接到场效应管p4_5v和场效应管n8_5v的栅极，打开场效应管p4_5v，关闭场效应管n8_5v。这时场效应管p3_5v被关闭无电流输出，同时场效应管n8_5v关闭，场效应管p2_lv、p3_lv和n1_lv的钳位作用失效。同时电压检测模块u3输出的高电平经过反向器u4反向后输出低电平打开场效应管p4_lv，低压电源vlv_pre电压等于vlv1。
20.如图3所示，所述参考电流模块包括正电源端连接于场效应管n4_5v的源极的运算放大器u5，栅极连接于运算放大器u5的输出端的场效应管n2_lv，漏极与场效应管n2_lv的源极相连的场效应管n10_5v，栅极与场效应管n10_5v的栅极相连且源极与运算放大器u5的反相输入端相连的场效应管n9_5v，漏极与场效应管n9_5v的源极相连且源极与运算放大器u5的负电源端相连的场效应管n3_lv，一端与场效应管n9_5v的漏极相连且另一端与场效应管n10_5v的源极相连的电阻r8，以及一端与场效应管n10_5v的源极相连且另一端与电阻r8相连的电阻r9；其中，运算放大器u5的同相输入端接入基准电压vref，场效应管n2_lv的漏极接入基准电流iref，电阻r8、r9的公共端作为5v耐压引脚。
21.如图4所示为本实施例的通道恒流驱动模块，由场效应管p5_lv和p6_lv组成的第一电流镜，用于给电路提供电流偏置，并与场效应管p7_lv、p8_lv、n4_lv、n5_lv构成的运算放大器的差分对。场效应管p7_5v和p8_5v组成的第二电流镜，并与场效应管n6_lv和n15_5v组成的运算放大器的输出级；其输出用于控制输出控制场效应管n11_5v，使得vds电压等于vref2输入参考电压。恒流输出场效应管n7_lv的漏源两端压差被运算放大器控制在vref2电压上，使得恒流输出场效应管n7_lv输出恒定的电流，该恒定的电流由out引脚通过输出控制场效应管n11_5v和输出控制场效应管n11_5v流向地，从而实现恒流输出的目的。场效应管n12_5v、n13_5v和n14_5v组成的vds节点过压保护电路；当vds电压大于场效应管n14_5v的开启电压vth后，场效应管n14_5v开启产生电流，经过场效应管n13_5v的电流镜像作用后，同过场效应管n12_5v对ng节点下拉，从而关闭输出控制场效应管n11_5v，输出控制场效应管n11_5v关闭后vds电压下降，保护恒流输出场效应管n7_lv。
22.通过上述设计，本发明的驱动电路在获得更高的输出电流精度的同时还可以缩小芯片面积，达到获得高性能的同时降低了成本的良好效果。因此，具有很高的使用价值和推广价值。
23.上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决
的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。