多通道電流驅動器的製作方法
2023-05-16 09:53:21 2
專利名稱：多通道電流驅動器的製作方法
技術領域：
本發明是有關於一種電流驅動電路，且特別是有關於一種多通道電流驅動器。
背景技術：
多通道電流驅動器被用來驅動多個電流性負載，例如發光二極體(lightemitting diode, LED)等負載。以LED大型廣告牌為例，其利用多個發光二極體串組成一個完整畫面。 多通道電流驅動器具有多個通道，這些通道以一對一的方式驅動這些電流性負載。然而，當 通道數目增多時，各通道彼此之間的電流值差異(charmel-to-charmel skew)將會劣化。
發明內容
本發明提供一種多通道電流驅動器，以改善各通道彼此之間的電流值差異以及減 少靜態電流(quiescent current)。本發明實施例提出一種多通道電流驅動器，其包括多個通道。這些通道中的一個 通道包括一通道開關以及一記憶型電流鏡。通道開關的第一端接收第一參考電流。記憶型 電流鏡的主電流端耦接至通道開關的第二端。其中，在通道開關提供第一參考電流給記憶 型電流鏡的期間，記憶型電流鏡的從電流端對應地輸出驅動電流；在通道開關停止提供第 一參考電流的期間，記憶型電流鏡的從電流端持續輸出該驅動電流。在本發明的一個實施例中，上述記憶型電流鏡包括一第一電晶體、一取樣電容、一 取樣開關以及一第二電晶體。第一電晶體的第一端做為記憶型電流鏡的主電流端，而第二 電晶體的第一端做為記憶型電流鏡的從電流端。取樣電容耦接至第一電晶體的控制端。取 樣開關的第一端耦接至第一電晶體的第一端，而取樣開關的第二端耦接至取樣電容。第二 電晶體的控制端耦接至取樣電容。在本發明的一個實施例中，記憶型電流鏡包括一第一電阻、一取樣開關、一取樣電 容、一放大器、一第三電晶體以及一第二電阻。第一電阻的第一端做為記憶型電流鏡的主電 流端，而第三電晶體的第一端做為記憶型電流鏡的從電流端。取樣開關的第一端耦接至第 一電阻的第一端。取樣電容耦接至取樣開關的第二端。放大器的第一輸入端耦接至取樣電 容。第三電晶體的第二端耦接至放大器的第二輸入端。第三電晶體的控制端耦接至放大器 的輸出端。第二電阻的第一端耦接至第三電晶體的第二端。在本發明的一個實施例中，多通道電流驅動器還包括一電流源以及一電流鏡。電 流源提供第二參考電流。電流鏡的主電流端耦接至該電流源以接收第二參考電流，而電流 鏡的從電流端耦接至這些通道以提供第一參考電流。基於上述，本發明實施例提供一種多通道電流驅動器，以時分復用(TimeDivision Multiplexing)方式提供同一個參考電流給各個通道的記憶型電流鏡，因此改善各通道彼 此之間的電流值差異以及減少靜態電流。為使本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合附圖作詳 細說明如下。
圖1是依照本發明實施例說明一種多通道電流驅動器的功能模塊示意圖。圖2是依照本發明實施例說明另一種多通道電流驅動器的功能模塊示意圖。圖3是依照本發明實施例說明圖2中控制信號的時序示意圖。圖4是依照本發明實施例說明圖2中記憶型電流鏡的電路示意圖。圖5是依照本發明另一實施例說明圖2中記憶型電流鏡的電路示意圖。圖6是依照本發明另一實施例說明一種多通道電流驅動器的功能模塊示意圖。圖7是依照本發明實施例說明圖6中電流鏡的電路示意圖。主要組件符號說明100、200、600 多通道電流驅動器110、210、610 電流源120、130-1、130_N、620 電流鏡220-l、220-N 通道開關230-l、230-N 記憶型電流鏡Amp 放大器C1、C2:取樣電容Dl、DN:發光二極體串Ml M5:電晶體R1、R2:電阻SW1、SW2:取樣開關
具體實施例方式圖1說明一種多通道電流驅動器100的功能模塊示意圖。此多通道電流驅動器100 被用來驅動多個電流性負載。圖1中以發光二極體串Dl與DN表示這些電流性負載。發光 二極體串Dl與DN的陽極耦接至電源電壓V_，而陰極則耦接至多通道電流驅動器100。電 流驅動器100具有多個通道，這些通道以一對一的方式驅動發光二極體串Dl與DN。每一個 通道各自具有一個電流鏡(例如電流鏡130-1或電流鏡130-N)。請參照圖1，電流驅動器100還具有電流源110與電流鏡120。電流鏡120會依據 其主電流端的電流(即電流源110所提供的參考電流IMf)，而將相等電流量的電流I11 Iin分別提供給電流鏡130-1 130-N。各通道的電流鏡130-1 130-N依據其主電流端的 電流(即電流鏡120所提供的參考電流I11 Iin)，而將K倍電流量的驅動電流Imi I· 分別提供給發光二極體串Dl DN。理想上，電流鏡120會依據參考電流Iref產生相等電流量的電流I11 I1N。然而 在實際上，可能會因為製作過程漂移或是其它因素而有微小的誤差。當通道數目增大時，各 通道彼此之間的電流值差異(charmel-to-charmel skew)將會劣化。另夕卜，驅動電流Iledi I·通常為IOmA等級的大小，利用電流比為1 K的電流 鏡130-1 130-N可大幅降低參考電流I,ef與參考電流I11 Iin的電流值，也就是降低多 通道電流驅動器100的靜態電流。上述K可以是任何實數。然而，當通道數目增多時，其靜態電流會等比例的增加。以驅動電流Iledi Iledn為50mA、K = 50為例，若通道數目N為8， 則電流鏡120的靜態電流為Iref+In+. · · +Iin = ImA+lmA+. · · +ImA = 9mA ；而若通道數目N為 196，則電流鏡120的靜態電流IMf+In+. ..+1^為197mA。很明顯的，通道數目N為196的 靜態電流遠大於通道數目N為8的靜態電流。大量的靜態電流會使多通道電流驅動器100 的操作溫度上升。圖2是依照本發明實施例說明一種多通道電流驅動器200的功能模塊示意圖。多 通道電流驅動器200包括電流源210與多個通道。電流源210耦接至這些通道以提供第一 參考電流IMfl。這些通道依據第一參考電流IMfl而驅動多個電流性負載。圖2中以發光二 極管串Dl與DN表示這些電流性負載。在本實施例中，這些通道的實現方式可以是相同的。 第一個通道包含通道開關220-1與記憶型電流鏡230-1，其中通道開關220-1受控於控制 信號Si。相類似地，第N個通道包含通道開關220-N與記憶型電流鏡230-N，其中通道開關 220-N受控於控制信號SN。圖3是依照本發明實施例說明圖2中控制信號的時序示意圖。當控制信號Sl為邏 輯高電平時，其它控制信號(例如S2、SN)為邏輯低電平，使得在此期間只有第一個通道的 通道開關220-1是導通(turn on)的。當控制信號S2為邏輯高電平時，其它控制信號(例 如Si、SN)為邏輯低電平，使得在此期間只有第二個通道的通道開關(未示出，可參照第一 個通道)是導通的。以此類推，當控制信號SN為邏輯高電平時，其它控制信號(例如Si、 S2)為邏輯低電平，使得在此期間只有第N個通道的通道開關220-N是導通的。因此，電流 源210可以時分復用(Time Division Multiplexing)方式提供同一個參考電流IMfl給各 個通道的記憶型電流鏡230-1 230-N，因此改善各通道彼此之間的電流值差異以及減少 靜態電流。以下將以第一個通道為說明範例，其它通道(例如第N個通道)可以參照第一個 通道的相關說明。請參照圖2，在第一個通道中，通道開關220-1的第一端耦接至電流源210 以接收第一參考電流I,efl。記憶型電流鏡230-1的主電流端耦接至通道開關220-1的第二 端。在通道開關220-1提供第一參考電流I,efl給記憶型電流鏡230-1的期間(即控制信號 Sl為邏輯高電平時)，記憶型電流鏡230-1的從電流端對應地輸出驅動電流Imn給發光二 極管串D1。在通道開關220-1停止提供第一參考電流Irefl的期間(即控制信號Sl為邏輯 低電平時)，記憶型電流鏡230-1的從電流端持續輸出驅動電流Imn給發光二極體串D1。要特別說明的是，記憶型電流鏡230-1可以記錄其主電流端的第一參考電流IMfl 的電流值，而在停止提供第一參考電流IMfl的期間依據先前記錄的電流值持續輸出驅動電 流Imdi給發光二極體串D1。本實施例並不限制記憶型電流鏡230-1的實施方式。應用本 實施例者可以視其設計需求而以任何方式實現記憶型電流鏡230-1，例如以電荷儲存型電 ^Μ (charge storage type currentmirror)實現i己f乙型電、流鏡 230—1。圖4是依照本發明實施例說明圖2中記憶型電流鏡230-1的電路示意圖。請參 照圖4，記憶型電流鏡230-1包括第一電晶體Ml、第二電晶體M2、取樣電容Cl以及取樣 開關SW1。在本實施例中，第一電晶體Ml與第二電晶體M2是N溝道金屬氧化物半導體 (N-channel metal oxide semiconductor,NM0S)電晶體。第一電晶體 Ml 的第一端(例如 漏極)做為記憶型電流鏡230-1的主電流端，而第二電晶體M2的第一端(例如漏極)做為 記憶型電流鏡230-1的從電流端。
取樣開關SWl的第一端耦接至第一電晶體Ml的漏極，而取樣開關SWl的第二端耦 接至取樣電容Cl的第一端。取樣電容Cl的第二端耦接至第二電壓(例如接地電壓)。第 一電晶體Ml的控制端(例如柵極)耦接至取樣電容Cl的第一端，而第一電晶體Ml的第二 端(例如源極)耦接至第二電壓(例如接地電壓)。第二電晶體M2的控制端(例如柵極) 耦接至取樣電容Cl的第一端，而第二電晶體M2的第二端(例如源極)耦接至第二電壓(例 如接地電壓)。上述取樣開關SWl受控於控制信號Si。當控制信號Sl為邏輯高電平時，通道開關 220-1與取樣開關SWl為導通，此時記憶型電流鏡230-1中的電晶體Ml與M2形成一般的 電流鏡，而將參考電流IMfl以一預設倍率(例如K倍)映像為驅動電流Imnt5另外，在取樣 開關SWl為導通期間，取樣電容Cl同時儲存電晶體Ml與M2的偏壓電壓(bias voltage) 0 當控制信號Sl為邏輯低電平時，通道開關220-1與取樣開關SWl為截止(turn off)，此時 雖然記憶型電流鏡230-1的主電流端不再有參考電流I,efl，然而由於取樣電容Cl已經儲存 了電晶體Ml與M2的偏壓電壓，因此記憶型電流鏡230-1的從電流端依然可以持續地輸出 驅動電流給發光二極體串D1。記憶型電流鏡230-1的實施方式並不限於圖4所示。例如，圖5是依照本發明另 一實施例說明圖2中記憶型電流鏡230-1的電路示意圖。請參照圖5，記憶型電流鏡230-1 包括第一電阻R1、第二電阻R2、取樣開關SW2、取樣電容C2、放大器Amp以及第三電晶體M3。 第一電阻Rl的第一端做為記憶型電流鏡230-1的主電流端，而第三電晶體M3的第一端(例 如漏極)做為記憶型電流鏡230-1的從電流端。在本實施例中，放大器Amp是運算放大器， 而第三電晶體M3是NMOS電晶體。第一電阻Rl的第二端耦接至第二電壓(例如接地電壓)。取樣開關SW2的第一 端耦接至第一電阻Rl的第一端。取樣電容C2的第一端耦接至取樣開關SW2的第二端，而 取樣電容C2的第二端耦接至第二電壓。放大器Amp的第一輸入端耦接至取樣電容C2的 第一端，而放大器Amp的第二輸入端與輸出端分別耦接至第三電晶體M3的第二端(例如 源極)與控制端(例如柵極)。第二電阻R2的第一端耦接至第三電晶體M3的源極，而第 二電阻R2的第二端耦接至第二電壓。上述放大器Amp的第一輸入端可以是非反相輸入端 (non-inverting input node)，而放大器Amp的第二輸入端可以是反相輸入端(inverting input node)。上述取樣開關SW2受控於控制信號Si。當控制信號Sl為邏輯高電平時，通道開 關220-1與取樣開關SW2為導通，此時第一電阻Rl將參考電流I,efl轉換為對應的電壓。此 對應電壓會被儲存在取樣電容C2。放大器Amp與電晶體M3形成一個電壓跟隨器(voltage follower).此電壓跟隨器會依據儲存在取樣電容C2的電壓而對應地調整第二電阻R2第 一端的電壓。藉由第二電阻R2，前述第二電阻R2第一端的電壓可以被轉換為對應的驅動電 流ImD1。當控制信號Sl為邏輯低電平時，通道開關220-1與取樣開關SWl為截止，此時雖 然記憶型電流鏡230-1的主電流端不再有參考電流I,efl，然而由於取樣電容C2已經儲存了 前述電壓，因此記憶型電流鏡230-1的從電流端依然可以持續地輸出驅動電流Imn給發光 二極體串D1。多通道電流驅動器200的實施方式並不限於圖2所示。例如，圖6是依照本發明 另一實施例說明一種多通道電流驅動器600的功能模塊示意圖。多通道電流驅動器600也具有多個通道，這些通道的實施方式可以參照多通道電流驅動器200的相關說明，在此不 再贅述。多通道電流驅動器600不同於多通道電流驅動器200的地方，在於多通道電流驅 動器600具有電流源610與電流鏡620。電流源610提供第二參考電流I,ef2。電流鏡620 的主電流端耦接至電流源610，而電流鏡620的從電流端耦接至各個通道。電流鏡620接 收電流源610所提供的第二參考電流Iref2，並將第二參考電流Iref2以一預設倍率(例如L 倍)映像為第一參考電流Irefl，以提供第一參考電流給各個通道的通道開關220-1 220-N。上述L可以是任何實數，例如L = 1。本實施例並不限制電流鏡620的實施方式。應用本實施例者可以視其設計需求而 以任何方式實現電流鏡620，例如圖7是依照本發明實施例說明圖6中電流鏡620的電路示 意圖。電流鏡620包括第四電晶體M4以及第五電晶體M5。第四電晶體M4的第一端(例 如漏極)做為電流鏡620的主電流端，而第五電晶體M5的第一端(例如漏極)做為電流鏡 620的從電流端。第四電晶體M4的第二端(例如源極)耦接第一電壓(例如系統電壓Vdd)， 而第四電晶體M4的控制端(例如柵極)耦接至第四電晶體M4的漏極。第五電晶體M5的 第二端(例如源極)耦接第一電壓，而第五電晶體M5的控制端(例如柵極)耦接至該第四 電晶體M4的柵極。在本實施例中，上述第四電晶體M4與第五電晶體M5是P溝道金屬氧化
(p-channel metal oxide semiconductor, PMOS) 1 ^:1!^綜上所述，上述實施例以時分復用的方式將參考電流IMfl傳送給各個通道的記憶 型電流鏡230-1 230-N。當記憶型電流鏡230-1 230-N的主電流端不再有參考電流IMfl 時，利用記憶型電流鏡230-1 230-N的記憶功能，記憶型電流鏡230-1 230-N的從電流 端依然可以持續地輸出驅動電流Imdi Imffl給發光二極體串Dl DN。相較於圖1，再次 以驅動電流Iledi II 為50mA、K = 50、且L = 1為例，若圖6的通道數目N為8，則電流 鏡620的靜態電流為Irefl+Iref2 = ImA+lmA = 2mA。很明顯地，多通道電流驅動器600的靜 態電流OmA)小於多通道電流驅動器100的靜態電流(9mA)。若圖6的通道數目N為196， 則電流鏡620的靜態電流為Irefl+Iref2 = ImA+lmA = 2πιΑ。很明顯地，多通道電流驅動器600 的靜態電流OmA)遠小於多通道電流驅動器100的靜態電流(197mA)。由此範例可以明顯 看出當通道數目越多時，多通道電流驅動器600越具備極大的省電優勢。另外，在實際上可能會因為製作過程漂移或是其它因素，而使多通道電流驅動器 100的各通道彼此之間的電流值差異(channel-to-channel skew)將會在N = 196時大幅 劣化。圖6所示的多通道電流驅動器200與600不採用1進多(N)出的電流鏡120，而是以 時分復用的方式將同一個參考電流Irefl傳送給各個通道的記憶型電流鏡230-1 230-N， 因此不論通道數目N為196、8或2，各通道彼此之間的電流值差異是一樣的，並不會受到劣 化。因此，上述實施例中多通道電流驅動器200與600特別適合用於要求多通道均一性的 應用，例如大型LED廣告牌。雖然本發明已以實施例揭露如上，但其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域 中普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，可作些許更動與潤飾，因此本發明的保 護範圍應當以所附的權利要求界定的為準。
權利要求
1.一種多通道電流驅動器，包括多個通道，該些通道中的一個通道包括 通道開關，其第一端接收第一參考電流；以及記憶型電流鏡，其主電流端耦接至該通道開關的第二端，其中在該通道開關提供該第一參 考電流給該記憶型電流鏡的期間，該記憶型電流鏡的從電流端對應地輸出驅動電流，而在該通 道開關停止提供該第一參考電流的期間，該記憶型電流鏡的從電流端持續輸出該驅動電流。
2.如權利要求1所述的多通道電流驅動器，其中該記憶型電流鏡的從電流端耦接至發光二極體串。
3.如權利要求1所述的多通道電流驅動器，其中該記憶型電流鏡包括 第一電晶體，其第一端做為該記憶型電流鏡的主電流端；取樣電容，耦接至該第一電晶體的控制端；取樣開關，其第一端耦接至該第一電晶體的第一端，而該取樣開關的第二端耦接至該 取樣電容；以及第二電晶體，其第一端做為該記憶型電流鏡的從電流端，而該第二電晶體的控制端耦 接至該取樣電容。
4.如權利要求3所述的多通道電流驅動器，其中該第一電晶體與該第二電晶體是NMOS 電晶體。
5.如權利要求1所述的多通道電流驅動器，其中該記憶型電流鏡包括 第一電阻，其第一端做為該記憶型電流鏡的主電流端；取樣開關，其第一端耦接至該第一電阻的第一端； 取樣電容，耦接至該取樣開關的第二端； 放大器，其第一輸入端耦接至該取樣電容；第三電晶體，其第一端做為該記憶型電流鏡的從電流端，該第三電晶體的第二端耦接 至該放大器的第二輸入端，而該第三電晶體的控制端耦接至該放大器的輸出端；以及 第二電阻，其第一端耦接至該第三電晶體的第二端。
6.如權利要求5所述的多通道電流驅動器，其中該放大器是運算放大器。
7.如權利要求5所述的多通道電流驅動器，其中該第三電晶體是NMOS電晶體。
8.如權利要求1所述的多通道電流驅動器，還包括電流源，其耦接至這些通道以提供 該第一參考電流。
9.如權利要求1所述的多通道電流驅動器，還包括 電流源，其提供第二參考電流；以及電流鏡，其主電流端耦接至該電流源以接收該第二參考電流，而該電流鏡的從電流端 耦接至該些通道以提供該第一參考電流。
10.如權利要求9所述的多通道電流驅動器，其中該電流鏡包括第四電晶體，其第一端做為該電流鏡的主電流端，該第四電晶體的第二端耦接第一電 壓，而該第四電晶體的控制端耦接至該第四電晶體的第一端；以及第五電晶體，其第一端做為該電流鏡的從電流端，該第五電晶體的第二端耦接該第一 電壓，而該第五電晶體的控制端耦接至該第四電晶體的控制端。
11.如權利要求10所述的多通道電流驅動器，其中該第四電晶體與該第五電晶體是 PMOS電晶體。
全文摘要
一種多通道電流驅動器。這些通道中的一個通道包括通道開關以及記憶型電流鏡。通道開關的第一端接收參考電流。記憶型電流鏡的主電流端耦接至通道開關的第二端。其中，在通道開關提供參考電流給記憶型電流鏡期間，記憶型電流鏡的從電流端對應地輸出驅動電流；在通道開關停止提供參考電流期間，記憶型電流鏡的從電流端持續輸出該驅動電流。
文檔編號H05B37/02GK102065599SQ20101011317
公開日2011年5月18日 申請日期2010年2月4日 優先權日2009年11月12日
發明者王佳祥 申請人:點晶科技股份有限公司