一种AMOLED低功耗PWM调制的电荷泵电路结构的制作方法

一种amoled低功耗pwm调制的电荷泵电路结构
技术领域
1.本发明涉及电荷泵技术领域，尤其涉及一种amoled低功耗pwm调制的电荷泵电路结构。


背景技术：

2.amoled为有源矩阵有机发光器件显示器。这种显示器和传统液晶显示器相比的优点包括低功耗、制造灵活以及刷新速率更快。与传统液晶显示器相比，amoled显示器无背光，因此各个像素由独立发光的不同颜色的oled组成。oled基于通过驱动晶体管提供的电流而发光，该驱动晶体管由编程电压控制。
3.晶体管本身是一个非线性器件，在电路中会呈现一定的电阻效应，而这个电阻的阻值是非线性变化的，根据通过电流大小不同而不同，研究表明较低导通电阻(rdson)的mosfet取代二极管，正向压降远低于二极管整流器的正向压降，因此整流器的导通损耗大大降低。
4.由于pwm调制器用于生成调整信号，调整各oled发光单元的各oled亮度，当负载很重时需要电荷泵电路用来提供高于外部电源电压的高电压或者负电压。但是根据电荷泵特性：电荷泵占空比由0到50％时，输出电压由低到高，50％到100％时输出电压由高到低，即使电荷泵达到最大输出能量，也无法满足负载要求，电荷泵的输出能量反而会下降。上述两个原因都会导致pwm调制电路的性能不稳定，功耗高。
5.本发明设计一种amoled低功耗pwm调制的电荷泵电路结构，能够通过逻辑控制，使得ph1占空比高于50％时占空比被固定在50％，此时负载变由重载切为轻载，能够有效避免rdson管子上面的能量损耗。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是提供一种amoled低功耗pwm调制的电荷泵电路结构，包括电荷泵模块、脉宽调制模块、斜坡产生模块、逻辑模块和驱动模块等五大模块。
7.其中，电荷泵模块由四个pmos管，即pmos2、pmos3、pmos4和pmos5，加飞电容c2与电容c3组成，飞电容c2的正端与pmos2的drain端以及pmos3的source端连接，飞电容c2的负端与pmos5的drain端以及pmos4的source端连接；驱动信号ph1接pmos2的gate端与pmos5的gate端，驱动信号ph2接pmos3的gate端与pmos4的gate端，输入信号avdd接pmos2的source端，输入信号vicb接pmos4的drain端，地信号gnd接pmos5的source端，输出信号vgh接pmos3的drain端以及滤波电容c3的正端，滤波电容c3的负端接地信号gnd。
8.其中，脉宽调制模块由分压电阻r2、电阻r3、误差放大器ea以及比较器comp组成，电荷泵模块的输出信号vgh接分压电阻r2的一端，分压电阻r2的另一端与输入信号fb以及分压电阻r3的一端连接，分压电阻r3的另一端接地信号gnd，误差放大器ea的正端输入连接与温度无关的输入信号vref，误差放大器ea的负端输入与输入信号fb连接，误差放大器ea的输出端vc连接比较器comp的负端输入，比较器comp的正端输入与斜坡信号slope连接，比
较器comp的输出端连接rs触发器的输入端r端，为rs触发器提供r信号。
9.其中，斜坡信号slope由斜坡产生模块生成，斜坡产生模块由一个反相器inv、一个nmos管nmos1、一个pmos管pmos1、电阻r1以及电容c1组成，50％占空比的时钟信号ck2_a接入反相器的输入端，反相器的输出端与pmos1的gate端、nmos1的gate端连接，反相器的输出端输出信号ck2_b，pmos1的source端接电源信号，pmos1的drain端接电阻r1的一端，电阻r1的另一端与电容c1的正端以及nmos1的drain端之间连接，连接处的节点信号就是为比较器comp的正端输入50％占空比的斜坡信号slope，电容c1的负端接地，nmos1的source端接地。
10.其中，逻辑模块由d触发器、上升沿抓取模块、rs触发器以及与非门组成，时钟输入信号clk接所述d触发器的输入clk端，d触发器的输入端d和输出端qb短接在一起，输出端q输出占空比为50％的分频时钟信号ck2_a，分频时钟信号ck2_a作为上升沿抓取模块的输入信号，上升沿抓取模块输出分频时钟信号ck2_a的上升沿信号ck2，rs触发的输入端s端接上升沿信号ck2，rs触发的输入端r端接脉宽调制模块里的比较器comp的输出端，rs触发器的输出端接与非门的一个输入端ph1_ii，与非门的另一个输入端接占空比为50％的分频时钟信号ck2_a，与非门的输出端ph1_i信号作为驱动模块的输入端。
11.其中，驱动模块由两个驱动器件和一组错相时钟产生器组成，与非门的输出端ph1_i信号接错相时钟产生器输入端，产生出两组互不交叠的错相时钟信号，这两组信号分别接两个驱动器件的输入端，两个驱动器件的输出端分别输出驱动信号ph1与驱动信号ph2。
附图说明
12.图1所示是本发明的电路图；
13.图2所示为本发明的pwm调制的工作时序图。
具体实施方式
14.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.请参见图1，本发明提供一种amoled低功耗pwm调制的电荷泵电路结构，包括电荷泵模块、脉宽调制模块、斜坡产生模块、逻辑模块和驱动模块等五大模块。
16.其中，电荷泵模块由四个pmos管，即pmos2、pmos3、pmos4和pmos5，加飞电容c2与电容c3组成，飞电容c2的正端与pmos2的drain端以及pmos3的source端连接，飞电容c2的负端与pmos5的drain端以及pmos4的source端连接；驱动信号ph1接pmos2的gate端与pmos5的gate端，驱动信号ph2接pmos3的gate端与pmos4的gate端，输入信号avdd接pmos2的source端，输入信号vicb接pmos4的drain端，地信号gnd接pmos5的source端，输出信号vgh接pmos3的drain端以及滤波电容c3的正端，滤波电容c3的负端接地信号gnd。
17.其中，脉宽调制模块由分压电阻r2、电阻r3、误差放大器ea以及比较器comp组成，电荷泵模块的输出信号vgh接分压电阻r2的一端，分压电阻r2的另一端与输入信号fb以及分压电阻r3的一端连接，分压电阻r3的另一端接地信号gnd，误差放大器ea的正端输入连接
与温度无关的输入信号vref，误差放大器ea的负端输入与输入信号fb连接，误差放大器ea的输出端vc连接比较器comp的负端输入，比较器comp的正端输入与斜坡信号slope连接，比较器comp的输出端连接rs触发器的输入端r端，为rs触发器提供r信号。
18.其中，斜坡信号slope由斜坡产生模块生成，斜坡产生模块由一个反相器inv、一个nmos管nmos1、一个pmos管pmos1、电阻r1以及电容c1组成，50％占空比的时钟信号ck2_a接入反相器的输入端，反相器的输出端与pmos1的gate端、nmos1的gate端连接，反相器的输出端输出信号ck2_b，pmos1的source端接电源信号，pmos1的drain端接电阻r1的一端，电阻r1的另一端与电容c1的正端以及nmos1的drain端之间连接，连接处的节点信号就是为比较器comp的正端输入50％占空比的斜坡信号slope，电容c1的负端接地，nmos1的source端接地。
19.其中，逻辑模块由d触发器、上升沿抓取模块、rs触发器以及与非门组成，时钟输入信号clk接所述d触发器的输入clk端，d触发器的输入端d和输出端qb短接在一起，输出端q输出占空比为50％的分频时钟信号ck2_a，分频时钟信号ck2_a作为上升沿抓取模块的输入信号，上升沿抓取模块输出分频时钟信号ck2_a的上升沿信号ck2，rs触发的输入端s端接上升沿信号ck2，rs触发的输入端r端接脉宽调制模块里的比较器comp的输出端，rs触发器的输出端接与非门的一个输入端ph1_ii，与非门的另一个输入端接占空比为50％的分频时钟信号ck2_a，与非门的输出端ph1_i信号作为驱动模块的输入端。
20.其中，驱动模块由两个驱动器件(dr)和一组错相时钟产生器(phase_gen)组成，与非门的输出端ph1_i信号接错相时钟产生器输入端，产生出两组互不交叠的错相时钟信号，这两组信号分别接两个驱动器件的输入端，两个驱动器件的输出端分别输出驱动信号ph1与驱动信号ph2。
21.其工作原理：
22.1、clk产生：环形振荡器产生；
23.2、ck2_a产生：clk的分频信号，其占空比固定为50％；
24.3、ck2的产生：ck2_a的上升沿抓取；
25.4、fb的产生：vgh的分压，fb＝k*vgh,稳定时fb＝vref；
26.5、vc的产生：误差放大器的输出，vc＝k*(vref-fb)；
27.6、slope信号的产生：占空比为50％(受ck2_a控制)的固定斜坡信号；
28.7、r信号的产生：vc与slope信号做比较，当vc越高，r信号越往后(远离ck2)。vc越低，r信号越往前(靠近ck2)；
29.8、ph1信号产生：低电平时间为ck2信号的上升沿到r信号的上升沿，高电平时间为r信号的上升沿到ck2信号的上升沿，由于ck2上升沿固定，vc控制着r信号的上升沿，故可以通过vc改变ph1信号的占空比(最大占空比为50％，因为电荷泵占空比由0到50％时，输出电压由低到高；50％到100％时输出电压由高到低，所以控制占空比在0到50％内线性调节)，达到改变电荷泵充放电所对应的比例，控制vgh电压；
30.9、ph2信号产生：与ph1相反。
31.反馈控制工作过程：
32.通过误差放大器放大vref-fb的差值，产生出vc，vc＝av(vref-fb)，即当fb越高vc越高，fb越低vc越低；vc与slope信号相比较(当vc越高，r信号越往后，即远离ck2。vc越低，r信号越往前，即靠近ck2，从而调节ph1与ph2的占空比，控制vgh电压。反馈控制环路过程：当
fb小于vref
→
vc输出高
→
ph1低电平时间变长(最长不能超过50％)，即增加充电时间
→
vgh输出高
→
fb升高
→
vfb＝vref；同理，当fb大于vref
→
vc输出低
→
ph1低电平时间变短(最短为0)，即减小充电时间
→
vgh输出低
→
fb降低
→
fb＝vref。
33.请参见图2，环形振荡器始终产生一个固定频率的时钟cik，其经过d触发器二分频产生出占空比固定50％的时钟信号ck2_a，ck2_a信号由上升沿提取模块提取出ck2_a的上升沿时钟信号ck2作为rs触发器的s端，ck2_a信号同样还控制着斜坡产生信号模块，即slope信号是50％时间为低信号，50％时间为三角波信号，当负载很重时，vgh被负载拉低，即使电荷泵达到50％(最大输出能量)也无法满足负载要求时，vfb为低，则vc为高，即vc始终大于slope，即rs触发器的r端始终为低，r信号不触发，这时由于s信号始终会触发，所以ph1占空比会为超过50％，当大于50％之后，电荷泵输出能量反而会下降(电荷泵特性：电荷泵占空比由0到50％时，输出电压由低到高；50％到100％时输出电压由高到低。)，所以通过逻辑控制，使得ph1占空比高于50％时占空比被固定在50％，此时负载变由重载切为轻载，vgh逐渐升高，即vfb逐渐升高，则vc逐渐下降，直到vc与slope有交集，即r信号会产生高电平，即ph1占空比由50％变小，从而抑制vgh电压升高，达到负反馈控制，最终稳定vfb等于vref，即vgh稳定(vgh＝k*vfb)。
34.本发明提供的一种amoled低功耗pwm调制的电荷泵电路结构具有以下有点：
35.1、低功耗：当轻载时，可以通过0％占空比达到低功耗；
36.2、精度高，占空比调节属于模拟信号调节，相对于数字调节方式，可以达到更高精度；
37.3、效率高且面积小：相对于固定占空比，改变rdson，少一个调节rdson管，从而少了面积，少了一个调节rdson管，即避免了rdson管子上面能量损耗。
38.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
39.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限制。